论土木工程中超高层施工技术

摘要：1972年8月，国际高层建筑会议在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市里海大学召开，会议专门讨论并提出了高层建筑和超高层建筑的分类和定义：超高层建筑指40层以上，高度100米以上的建筑物。超高层建筑的出现是人类美好愿望、社会需求、科技进步和经济发展的完美结合。本文从超高层建筑的发展及其基本特征入手，分析了钢结构施工技术方面，从而深入的阐述了建筑工程中超高层的施工技术。

关键词：超高层；社会需求；科技进步；经济发展；钢结构；施工技术

超高层建筑的出现解决了世界人口剧增同时土地资源却出现供应紧张并且价格持续上扬的尖锐矛盾问题，超高层建筑的发展也带动了人们向高空发展,拓展生存空间,在极为有限的土地上建造更大面积的建筑的欲望。如此一来，更是带动了经济发展大大提高了城市化发展的程度，利用有限的空间创造无限的价值，这也是超高层建筑的出现和未来发展的重要意义之一！

一、超高层建筑的基本特征

由于超高层建筑与普通建筑施工应用技术的差异，其施工特征主要表现为以下几点：一是投资大，工期长，资金压力重；二是高度大与独特的建筑造型效果，增加了结构施工难度；三是基础埋置深，混凝土基础底板和裂缝控制施工要求高；四是作业空间狭小，对作业时间、空间增加了组织难度；五是多处于繁华地段，交通、环保、场地等因素给施工平面布置带来较大困难。

二、 超高层建筑施工技术的优化重点

如前所言，随着超高层建筑工程规模扩大、建筑结构日趋复杂，超高层建筑施工技术也随施工难度与施工环节的变化不断革新，其施工技术路线优化主要包括以下几方面：

1）以主楼施工为重点：突出工期保证措施，通过统筹规划，尽量提前主楼施工，尽可能地缩短资金回收周期；2）以建筑安全和稳定性为核心：结合超高层建筑作业环境和特征，着力于优化基础和结构施工工艺，为缩短工程总工期创造条件；3）以高效的垂直运输体系为支撑：针对垂直发展建筑物高空作业环境差、作业面狭窄、施工进度紧等特征，尽可能地应用科技进步成果以提高机械化设备尤其是垂直运输体系的施工效率；4）强化总承包管理，重点提升施工作业空间和时间的利用效率：结合超高层建筑逐层施工的作业面特点，有序组织各楼层空间施工，实现建筑施工空间的立体流水作业，使各工种、工序紧密衔接，尽可能地削弱作业面狭窄对建设工期产生的负面影响。

三、超高层建筑项目中的现代施工技术应用

1、钢结构施工技术

超高层建筑钢结构的应用，重点包括高层重型钢结构、轻型钢结构、大跨度空间钢结构、钢和混凝土组合结构等领域。钢结构生产制作工业化程度高、强度高、施工速度快，因此在超高层建筑施工中应用极为广泛。但就钢结构强度来说，在超高层建筑施工中应用钢结构施工技术关键是要认识这一问题；即钢结构建筑耐高温性差，其稳定性主要保持在常温至250度之间，当温度超过300度时，建筑钢材的强度就会随温度上升而开始下降，且由于钢材的良好导热性能，超高层建筑极易因此招致毁灭性的危害，“9.11事件”中的世贸大厦就是其中的典型案例。因此，钢结构施工技术的应用，必须考察包括防火围护、防火涂料及紧急避难所等在内的配套设施设计与施工。此外，超高层建筑钢结构施工技术的应用严重依赖于大型塔吊，塔吊起重能力直接影响到钢结构的安装效率，因此吊装机械安装、拆除以及钢结构的吊装、测控、焊接等技术标准也相对更为严格。

2、超高层建筑的混凝土泵送技术

超高层建筑建设大都采用泵送混凝土技术。超高层建筑工程所需的混凝土体量大、强度高，要确保浇筑功效，不仅需要配备相当多的混凝土泵机、布料机，对泵送混凝土的配合比也有相当高的要求。目前国内的高泵程混凝土采用的“双掺技术”即掺粉煤灰和化学外加剂，反映了配合比设计、泵送设备、泵管布置铺设以及混凝土外加剂等技术的综合应用，混凝土泵送高度也随之逐次突破，上世纪90年末所采用的一泵到顶技术即可将混凝土直接泵送到高空浇筑地点，使超高层建筑的施工效率得到大幅提升。

四、超高层钢结构施工实例

1、北京银泰中心：北京银泰中心位于长安街建国门外，为长安街最高的标志性建筑之一，其北塔楼为249.9m超高层全钢结构，作为地震区，建设超高全钢结构建筑具有相当的挑战性。该工程是北京地区首座超200米的全钢结构工程，也是当时北京市最高的全钢结构塔楼工程。全钢塔楼结构有其特殊的施工规律和施工工艺，由于其柔度更大，焊接量更多，施工测控和焊接变形控制尤为重要。通过本工程的自主创新研究，形成成套超高层全钢结构塔楼施工技术，包括“超高层全钢塔楼结构的测控技术”、“超高层钢结构国产厚板负温焊接技术”、“超高层钢结构的焊接变形技术”。通过本工程的研究形成超高层钢结构施工的综合管理能力；形成超高层钢结构的施工工艺；使北京地区成套施工技术逐步成熟，填补了北京市在超高层钢结构施工领域的空白；该工程已获中国土木工程学会颁发的第十届土木工程最高奖———詹天佑奖。

2、安徽国际金融中心：安徽国际金融中心工程是目前安徽省境内最高的楼，局部檐高249米，总建筑面积31平方米。其中，一期工程22万平方米， A塔楼共26层，高99.75米；B塔楼共57层，局部结构60层，檐高239.7米，屋顶上置直升机停机坪。该工程开工日期为2009年8月5日，计划竣工日期为2012年1月9日，总日历天数为888天。它是全球5大顶尖设计大师联手设计，具有5大安徽首创，9大顶尖配置，比肩世界的顶级写字楼、办公及商业中心的综合体。

该工程地处安徽省合肥市梅山路一带热闹而繁华地区。在该项目中，我积极采用新技术、新材料、新工艺。大大加快了施工进度、提高了施工质量。钢管柱混凝土设计强度为C60，施工采用的是高抛自密实混凝土施工技术，这种混凝土灌注方式不用振捣，而是通过混凝土的“自由落体”运动实现“自我振捣”，确保浇筑无气泡、无空鼓，这种新的施工方法对混凝土的配合比就要求非常严格，在整个安徽省内也属首次。在主体结构A、B塔结构施工阶段,采用液压自动爬模技术，该技术优点在于整个结构仅用一个液压滑动模板，一次组装；爬升过程中不用再支模、 拆模、 搭设脚手和运输等工作，混凝土保持连续浇筑，施工速度快，可避免施工缝，同时具有节省大量模板、 脚手材料和劳力，减轻劳动强度，降低施工成本，施工安全等优点。

3、南京德基广场二期工程： 南京德基广场二期工程地处南京繁华的新街口商业中心区，是集商业、餐饮、办公、酒店、公寓为一体的综合性超高层建筑。工程占地面积21450m2，首层建筑面积16000m2，总建筑面积265126m2，总建筑高度340m，地下5层，地上主塔楼60层，裙楼地上8层。本工程裙楼地下部分采用逆作法施工，地上部分顺作施工，从±0.00楼板开始地下、地上同时施工，裙楼地上、地下结构施工完成后再进行主楼顺作施工。本工程地下室基坑周长552m,基坑开挖深度23.7～27.9 m，为目前国内最深且逆作层数最多的基础工程。

本工程基础地板下共设计600余根工程桩，桩径从1200～1800mm不等，桩长都在50m以上，其中竖向支撑桩有钢管柱136根，格构柱129根，均为一柱一桩，采用逆作法施工，钢柱长度均为26.7m，直径为700、800、1000和1100mm不等。

该工程最大的“特点”是在施工过程当中地下5层全部采用“逆作法”施工，是国内目前为止施工层数最多的建筑物，也是江苏省最深的“逆作法”施工，逆作深度达23.6米。本工程逆作法施工过程中，创出了超长钢管柱施工垂直度偏差不超过1/600度的记录，在国内尚属首例。创新性地进行了脆弱施工环境条件下超深逆作法成套施工技术的自主技术攻关,取得取得了一系列成果。同时，在该工程当中应用的“桩柱一体化施工”填补了集团在此项施工技术领域的空白。

五、核心技术总结

通过以上实例，现总结如下技术

1、逆作法

所谓逆作法，其施工原理主要表现为：于建筑物内部浇筑中间支承桩和柱，并沿建筑物地下室轴线修筑地下连续墙等支护结构，使其作为建筑施工底板封底前承受施工荷载、上部结构自重的重要支撑；由此逐层下挖土方并浇筑地下各层结构直至底板封底；同时向上逐层建设地上结构。

与传统高层建筑的顺作施工相比，超高层建筑的逆作法技术应用具有下述技术优点：1）逆作法施工可缩短带多层地下室的超高层建筑的总工期，不存在地下结构、地上结构工期的差别，除地下一层占绝对工期外，可保障地上结构与一层以下地下室的同时施工。2）相较于临时支撑，以逐层浇筑的地下室结构、中间支承柱作为支护结构的内部支撑刚度较大，可有效减少基坑变形，能明显减弱对于相邻地下管线、道路及构筑物的沉降影响。 3）逆作法施工增加了施工时的底板支点，跨度减小，可有效满足抗浮要求并解决底板配筋问题，使底板设计趋向合理。4）逆作法施工时浇筑的地下连续墙在满足构筑物、管线布置的前提下，可紧靠或踩规划红线构筑地下连续墙并将其作为地下室永久性外墙，进而达到扩展建筑面积的目的。

2、整体滑模法与整体爬模法

超高层建筑所采用的如核心筒体、剪力墙、框架梁等竖向结构，是构筑物工期进度与结构质量控制的重点内容，由于进入标准层后超高层建筑结构施工工艺重复较多，为缩短工期、减少模板及外架周转，在超高层建筑施工采用的整体滑模法能有效保障主体结构的整体性，减少附着、运转、管网敷设及高空交叉作业，有助于扩展施工作业面、保障安全作业，综合效益显著。因此，该施工技术在超高层建筑中得到了较为广泛的推广应用。整体滑模法则主要适用于超高层建筑剪力墙结构、钢筋砼筒壁结构，通过在沿构筑物底部墙、柱、梁等构件的周边组装滑升模板，分层浇筑砼，并以液压提升设备使其滑升至需要浇筑的高度为止。通过滑模法与其他施工工艺的结合，可有效地简化施工工艺，创造更好的综合经济效益。整体滑模法与整体爬模法具有以下相同点：只需1次模板组装，可缩短施工周期；机械化程度高；节约模板和劳动力，结构整体性好；施工组织管理要求高，结构物立面造型存在一定限制。其主要区别仅在于滑模是浇筑过程中通过模板和浇筑的砼之间的相对滑动完成施工工序的，而爬模则主要是利用浇筑、提升模板完成施工的，其间并不存在模板与浇筑的砼之间的相对运动。

随着建筑施工的劳务费用的增长、建设单位对工期要求的提高，超高层建筑施工在工程施工进度、工程成本控制上也面临着更为迫切的需求。因此，在确保施工质量及施工安全的前提下，应用先进的滑模或爬模工艺技术可有效地缩短施工周期、降低综合成本，实现施工经济效益与社会效益的双赢，因此，继续深入有效的拓展爬模或滑模工艺技术的应用范围仍具有广泛的现实意义。