超高层建筑施工技术与特点

超高层建筑施工湖北省工业建筑学校第一部分超高层建筑概述一、超高层建筑定义《高层建筑混凝土结构技术规程》规定10层及10层以上的居住建筑及高度超过24m的公共建筑为高层建筑。国际上把高度超过30层或100m以上的高楼称为超高层建筑。1972年在国际高层建筑会议上，提出高层建筑的分类和定义，其中超高层建筑定义为40层以上（高度100m以上）。我国《民用建筑设计通则》规定，建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。二、中国超高层建筑发展现状我国超高层建筑虽起步较晚，但自从20世纪90年代初开始，我国已成为世界上超高层建筑最活跃与最繁荣的地区。据资料统计，全球在建的摩天大楼中，87%在中国，中国在建的摩天大楼已超过200座。序号名称城市高度1上海环球金融中心上海492米2南京紫峰大厦南京450米3深圳京基金融中心深圳441.8米4广州国际金融中心广州439米5上海金茂大厦上海421米6广州中信广场广州391.1米7深圳赛格广场深圳355米8天津津塔天津336.9米9上海世贸国际广场上海333米10常州现代传媒中心常州333米11温州世界贸易中心温州333米12武汉民生银行大厦武汉332米13北京国贸三期北京330米国内已建成330米以上的超高层建筑一览表序号名称城市高度1深圳平安国际金融大厦深圳646米2上海中心大厦上海632米3武汉绿地中心武汉606米4天津117大厦天津597米5沈阳国际金融中心沈阳427米6沈阳恒隆市府广场沈阳384米7大连裕景中心大连383米8广州广昇国际大厦广州360米9武汉葛洲坝国际广场武汉350米国内在建350米以上的超高层建筑一览表三、我国在世界高层建筑中的地位2012年世界最高建筑20栋,建筑高度从381米至828米，平均高度461米。中国有10栋，占50%，平均高度442米，低于全球平均高度。但到2020年世界最高建筑20栋,建筑高度从492米至1000米，平均高度600米。中国有10栋，占50%，平均高度563米。但若中国尚有三栋巨高层列入：一栋1000米，一栋838米，一栋729米。中国巨高层建筑的平均高度将达到640米，超过世界平均建筑高度。四、超高层建筑的未来发展在21世纪的第二个十年中，我们不仅仅会目睹世界上第一个千米高层建筑的诞生，我们也会看到很多超过600米高的高楼拔地而起。在哈利法塔竣工前，这种建筑类型并未存在。但是到2020年时，我们却有望看到世界上有八座这类的建筑耸立起来。我们正在步入“巨高层”建筑的时代，“巨高层”一词已被学会作为描述高度超过600米的建筑时的专业用语。垂直城市哈利法塔未来天空城市建筑高度828米838米虚荣高度244米8米占用高度584米，452米观景台电梯直达观景台830米停机坪737米建筑面积527,000m²（344000m²）1,050,000m²楼层地上163层，地下9层58部电梯10米/秒地上202层，地下6层93部电梯18米/秒结构材料钢/混凝土钢结构施工周期2004年1月~2011年12月2013年7月20日奠基至2014年4月完工9个月建筑重量50万吨建材,耗资80亿美元20万吨钢材,用途304套酒店客房900套公寓住宅办公写字楼1.2万人入住2957车位250套酒店客房4450套公寓住房和10万平米学校/医院/写字楼/商店/餐厅/娱乐3万人入住10000车位创新点钢/混结构设计施工和材料首创世界第一独立结构世界最高楼层高度世界最高容纳人数世界第一室外观景世界最高运行电梯世界最长钢结构建筑设计施工材料首创世界第一将囊括独立结构世界最高楼层高度世界最高容纳人数世界第一室外观景世界最高运行电梯世界最长还拥有诸多显赫世界第一。哈利法塔与湖南未来天空城市对比五、超高层建筑面临的问题及挑战1.高层建筑的优点高层建筑占地面积小，提高土地利用率，扩大市区空地，利于城市绿化，改善卫生环境。缓解城市用地紧张的问题。可以改善城市面貌，丰富城市艺术。还具有减少市政建设投资、用垂直交通代替横向(水平)交通,以减少城市交通拥堵等明显的社会经济效益。2.高层建筑发展存在的问题(1)高楼引来“风速杀手”。(2)“热岛效应”。(3)电子屏蔽效应。(4)高楼造价和施工成本剧增，维护和管理费用也剧增。(5)安全隐患大第二部分超高层建筑关键施工技术一、中国超高层建筑技术发展现状我国的超高层建筑若干施工技术已处于国际先进水平，超高层建筑领域设备已实现国产化：我国塔吊生产技术发展迅速，已能生产各种可适应超高层建筑施工需要的自升式塔吊；在混凝土超高设备泵送领域，我国已达到世界领先水平；国产大空间、大吨位、高速施工电梯也已已经实现了500米级超高层建筑的成功应用。一、中国超高层建筑技术发展现状随着超高层建筑向高度更高、结构形式更复杂、施工进度要求更快的方向发展，超高层建筑施工技术逐步发展为以超高层钢结构制作安装、高强混凝土超高泵送、模架施工技术为主的现代施工技术。超高层塔吊布置超高层模架布置超高层模架布置超高层超高压泵二、超高层建筑主要关键施工技术1、超深基坑及地下室施工技术超高层建筑埋置深度深，部分超高层建筑埋深已超过30米（十字门塔楼基坑深度为24米，珠海横琴IFC大厦基坑深度达到28米），超深基坑支护结构施工技术、地下水位控制技术、土方开挖及运输技术、信息化施工及变形控制技术难度越来越大。二、超高层建筑主要关键施工技术1、超深基坑及地下室施工技术超高层建筑地下室一般采用顺做法、半逆作法、全逆作法三种施工方法，其中半逆作法最为常见。顺做法施工：•顺做法是遵循先深后浅的原则，地下室全部采用从下至上的施工步骤，地下室结构完成后再开始上部结构施工。•顺做法优点是施工工艺成熟简单，缺点是施工周期长。二、超高层建筑主要关键施工技术1、超深基坑及地下室施工技术半逆作法施工：•半逆作法是主体塔楼区域采用顺做法，周边裙房采用逆作法，先期完成塔楼区域地下室施工，在主体塔楼施工时再采用逆作法施工周边地下室。•半逆作法优点是建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业可有效缩短工期，缺点是需采用双层围护结构，施工成本高。1、主楼基坑结构支护施工2、主楼地下室结构施工3、主楼结构施工4、裙楼支护结构施工6、主楼结构施工5、裙楼结构施工7、主楼结构施工8、主楼结构施工二、超高层建筑主要关键施工技术1、超深基坑及地下室施工技术全逆作法施工：•全逆作法是主体塔楼区域及裙房区域全部采用逆做法，基坑支护及桩基完成后首先开始首层施工，首层施工完成后同时向上施工主楼，向下施工地下结构。半逆作法优点是施工周期大大缩短，缺点是前期建筑物荷载需通过钢结构立柱传力，且地下室梁柱等节点混凝土浇筑困难。1、支护结构施工2、首层结构施工3、上部结构施工4、地下室结构施工5、上部结构施工6、地下室结构施工7、上部结构施工8、地下室结构施工9、上部结构施工二、超高层建筑主要关键施工技术1、超深基坑及地下室施工技术超高层基坑深度超深且多处于繁华地带，基坑支护一般采用地下连续墙+支撑（内支撑或环形支撑）；地下连续墙+拉锚；排桩+支撑；排桩+锚索等支护形式。部分处于大型整体地下室中的超高层基坑采用坑中坑设计，即大基坑采用一种支护形式，坑中坑采用一种支护形式。如十字门大基坑采用桩锚支护形式，坑中坑采用桩撑支护形式。坑中坑支护二、超高层建筑主要关键施工技术2、高承载力大直径桩基施工技术随着建筑物高度的不断攀升，桩基承载力要求越来越高，桩长也越来越长，施工难度也越来越大（如十字门塔楼桩基直径达2.4米，持力层达到微风化花岗岩，单桩承载力设计值达65900KN）。部分超高层工程桩基直径可达4米。大直径嵌岩桩一般可采用旋挖成孔、冲孔成孔、潜孔锤成孔技术。冲孔成孔施工冲孔成孔施工二、超高层建筑主要关键施工技术2、高承载力大直径桩基施工技术冲孔成孔适应性强，可以适应多种复杂地质情况，但遇孤石或嵌岩较深时，施工速度慢。可采用水下（地下）爆破技术对孤石及岩层进行爆破后再冲孔施工，可以大大提高工作效率。嵌岩旋挖需采用特种大功率设备，潜孔锤需采用多孔组合施工，施工难度大，且施工成本高。水下爆破施工二、超高层建筑主要关键施工技术2、高承载力大直径桩基施工技术大直径灌注桩钢筋笼钢筋规格及数量远远超过普通灌注桩，且桩长长，采用孔口钢筋笼对接，需采用特殊措施及钢筋连接工艺进行施工。钢筋工程钢筋技术方面，推广了钢筋对焊、电渣压力焊、气压焊以及机械连接（套筒挤压、锥螺纹和直螺纹套筒连接）。钢筋笼对接装置钢筋笼对接装置二、超高层建筑主要关键施工技术3、大体积混凝土施工技术超高层建筑高度高，基础厚度厚，一次性浇筑混凝土方量大（如上海环球金融中心基础一次性连续浇筑28900m3，如上海中心6米厚基础一次性连续浇筑60000m3）。大体积高强度混凝土水化热大、混凝土收缩大、裂缝控制难度大。十字门塔楼基础厚度4.0m~12.2m，采用分层浇筑，单次最大浇筑厚度5.6m，浇筑方量约6000m3。基础钢筋施工大体积混凝土浇筑二、超高层建筑主要关键施工技术3、大体积混凝土施工技术超高层超大体积混凝土一般采用优化配合比设计；优选原材料；选用中低热水泥；大掺量粉煤灰和矿物掺合料；采用聚羧酸系高性能减水剂；采用蓄热保温保湿养护方法；采用实时温度检测等综合控制方法。大体积混凝土养护二、超高层建筑主要关键施工技术4、高强混凝土超高泵送施工技术超高层建筑的混凝土强度高、粘度大，随着泵送高度的增加，泵送施工越来越困难。随着材料性能及设备性能的不断提升，我国在超高层泵送领域已创造多项世界纪录（如深圳京基大厦创下C120超高强混凝土一次性泵送417米高度的纪录）。二、超高层建筑主要关键施工技术4、高强混凝土超高泵送施工技术混凝土浇筑机械选择：超高层每层混凝土浇捣方量较大，混凝土浇筑一般采用2泵2管一泵到顶的施工技术。应用双泵技术在1组出现故障时，另1组仍可继续进行工作，避免输送中断造成质量事故。高度较高的巨高层建筑一般会增加备用泵及管路系统。砼泵管固定装置砼泵管弯管固定装置应用实例二、超高层建筑主要关键施工技术4、高强混凝土超高泵送施工技术超高层高压泵带有专项管道水洗技术，利用该专项技术的砼活塞、自动补偿磨损间隙的眼镜板、切割环及管路的良好密封性。采用水洗技术，直接用混凝土泵泵送水洗，使其能够做到泵送多高，水洗多高。水洗输送管可以最大限度利用管道中的混凝土，减少混凝土浪费和对施工环境的污染。超高层砼泵管水洗示意图高抛自密实混凝土配比试验高抛自密实混凝土配比试验试验柱安装试验柱自密实混凝土扩展度检测试验柱混凝土浇筑钢管柱高抛自密实混凝土试验试验柱剖口及横向抽芯检测钢管柱高抛自密实混凝土试验试验柱剖口及横向抽芯检测钢管柱高抛自密实混凝土试验试验柱竖向抽芯检测钢管柱高抛自密实混凝土试验自密实混凝土超声波检测曲线钢管柱高抛自密实混凝土试验二、超高层建筑主要关键施工技术5、模架施工技术在超高层建筑领域，大型塔吊、钢结构安装技术日益成熟，混凝土核心筒结构施工是影响整体施工的关键环节，模架体系的先进性、科学性成了制约整个混凝土结构施工的关键因素。模架体系一般可采用滑模体系、液压单片爬升体系、液压整体爬升体系、液压整体提升体系、智能化整体顶升体系等多种形式，经过多年的发展，现常用液压整体爬升体系及智能化整体顶升体系两种模式。5.1、液压爬升模板及平台施工技术液压爬升模板及平台是通过附着于已浇筑混凝土上的轨道作为受力构件，进行逐层爬升。全自动液压爬升系统提高了模板系统的自动化程度，减轻了操作人员的工作强度。其封闭的爬架系统可以用于放置钢筋、电箱、电焊机、工具箱、常用材料等，并且底部设置悬挂安全平台以防止高空坠物，提供了适宜的操作环境及安全保障。5.1、液压爬升模板及平台施工技术自动液压爬模脚手模板体系由内外构架支撑系统、动力系统、钢平台系统、脚手架系统和模板系统组成。其中钢平台系统处于整个体系的顶部，是施工人员的操作平台和液压布料机的放置场地；脚手系统作为施工人员