高耸异型钢框筒--混凝土剪力墙结构综合施工技术_剪力墙结构混凝土含量
【摘 要】近年来，随着我国经济建设和建筑行业的不断发展，大量结构复杂、造型新颖的高层钢结构建筑也如雨后春笋般的拔地而起，发展迅速，给工程结构分析、设计和施工带来了新的研究课题。长沙滨江文化园景观塔工程建筑高度116m，结构形式为钢框筒---钢筋混凝土剪力墙结构，该工程建筑造型新颖，形状复杂，结构体窄、高耸、柔度大。主体施工采用一台TC5610附着式塔吊进行垂直运输，通过三维模型优化了相关节点的设计，保证了强节点的抗震原则，降低了施工难度。通过节点模拟实验检验了节点力学性能及抗震能力。型钢混凝土的施工方法：先施工内筒，即核心钢框架部分，再施工外筒，即剪力墙部分。
【关键词】钢框筒结构；型钢混凝土；附着式塔式起重机；方钢管柱混凝土；施工测设和垂直度控制
1 工程概况
长沙滨江文化园景观塔工程(如图1所示)，该工程位于长沙市新河三角洲，西滨湘江，东南为湘江大道。该景观塔建筑高度116m，21m以下为边长36m的等边三角形逐渐收为七面锥体，21m以上逐渐变为四面墙面。结构形式为钢框筒---钢筋混凝土剪力墙结构，景观塔基础和主体混凝土设计强度等级均为C35；21m以下为钢筋混凝土结构，21m以上为95米带斜撑的钢框架结构，80m标高以下在钢结构外包四面钢筋混凝土墙面。景观塔的混凝土倾斜外墙为干挂预制清水混凝土板，钢结构外墙为玻璃幕墙。
图1 景观塔效果图
2 综合施工关键技术
2.1 异型高耸结构与塔吊协调施工关键技术
景观塔工程塔式起重机的覆盖范围要考虑：H型钢暗柱、暗梁的安装，混凝土剪力墙模板安装，方钢管梁柱内筒安装，另外要考虑塔吊附着的合理角度，并计算塔身与混凝土墙及钢框筒通过附着连接后的整体协调作用。
景观塔主体施工采用一台TC5610附着式塔吊进行垂直运输，为保证塔吊与主体正常协调工作，分别在21m、45m、63m、81m、96m标高处共设置5道附着，其中21m处附着连接在内筒混凝土框架柱，其余四道附着均连接在内筒钢框柱上。
景观塔属异型高耸结构，钢结构内筒柔度大，在侧向荷载作用下将产生一定的水平摆幅，该摆幅将通过附着杆传递给施工塔吊，使塔吊塔身也相应产生一定水平摆动；另外，塔吊在工作状态下，将有一定的侧向力通过附着杆施加在主体结构上，改变主体结构各单元杆件的受力状态。
为准确评估主体结构与塔吊的相互影响，确保主体结构安全及施工安全，第一步，首先确定了附着设置形式及施工过程，并对塔吊附着系统进行了验算；第二步，应用midas7.3软件建立了“主体与塔吊协同作用分析模型”，通过分别计算“塔吊施工荷载及风荷载作用下，主体结构各单元杆件的最大应力比”、“在最不利工况条件下，各结构单元的最大水平位移摆幅值”，确定了此种塔吊附着系统及施工模式的可行性。
为了消除和减小该摆幅的负面影响，首先制定科学合理的施工方案，同时施工内筒钢结构和外筒钢筋混凝土剪力墙，但内筒在先外筒在后，保持一定标高差。控制好施工速度，掌握混凝土强度增长，消除减小钢框筒摆幅对外围砼的影响。具体方案如下：
（1）21m标高层混凝土强度达75%以上后，开始施工钢结构吊装至27m标高，此时塔吊自由高度约34.9m。安装好第一道附着后，继续进行钢结构吊装和混凝土外墙的施工。
（2）钢结构吊装至51m标高时，混凝土外墙浇筑至39m，且混凝土强度已达75%以上时开始安装塔吊第二道附着，此时塔吊第一道附着之上的自由高度为33.5m，继续进行钢结构吊装和混凝土外墙的施工。
（3）钢结构吊装至81m标高时，混凝土外墙已浇筑至45m，且混凝土强度已达75%以上时开始安装塔吊第三道附着，此时塔吊第二道附着之上的自由高度约为23.5m，继续进行钢结构吊装和混凝土外墙的施工。
（4）钢结构吊装至87m标高时，混凝土外墙浇筑至51m，且混凝土强度已达75%以上时开始安装塔吊第四道附着，此时塔吊高度约90m，第三道附着之上的自由高度约为26.4m，继续进行钢结构吊装和混凝土外墙的施工。
（5）钢结构吊装至99m时，混凝土外墙浇筑至63m，且混凝土强度已达75%以上时开始安装第五道附着。此时，塔吊高度约为104m，第四道附着之上的自由高度约为22.3m，继续进行钢结构吊装。
（6）安装第五道附着后，继续进行钢结构吊装和混凝土外墙的施工至设计标高。
通过施工过程中控制施工高度、施工速度和掌握混凝土强度，并通过现场直接测量法，测量风振对内筒变形的影响，消除内筒摆幅对外筒混凝土的影响。
塔吊附着平面布置如图2，附着构造图如图3所示。
图2塔吊附着平面布置图
2.2 H型钢的复杂节点优化设计和安装施工关键技术
异型高耸混合结构的墙体内的暗梁、暗柱、端柱中内包H型钢，特别是钢框架与混凝土剪力墙交汇的16米标高处，暗梁与暗柱交汇处有六根H型钢相交（如图4），墙体内暗梁、暗柱、端柱内包H型钢可以看做为钢框架的一部分，埋设在钢筋混凝土剪力墙中，既形成了剪力墙的骨架又使得钢框架和剪力墙形成了一个整体。有效地增强了钢框架—混凝土剪力墙混合结构的整体性能，达到了两者协同工作的效果。如何优化该节点的设计与施工，以达到“强节点”的抗震要求，是施工的重点之一。本工程通过三维模型优化该节点的设计，保证了强节点的抗震原则，降低了施工难度。通过节点模拟实验检验了节点力学性能及抗震能力。
图4 暗梁暗柱处六根H型钢相交三维设计模型
六根H型钢相交于剪力墙暗梁暗柱交汇处，增加了施工难度，施工方法的选择，直接影响了此处的施工质量，由于此节点处空间有限，并且六根型钢相交于此，正确处理好此节点处型钢与型钢，型钢与钢筋的位置关系，是保证此节点施工质量的关键。合理的选择施工顺序，和处理好每个部件的安放顺序也尤为重要。采用了每三根型钢的组合节点焊接由工厂完成，现场施工完成两组节点的就位与连接的施工方案，保证了此节点的焊接质量和安装精度。