世博中国馆上部东方之冠结构施工技术

2011-11-18   中国·YongHu.cn   来源:    作者:

陈国烽  周维良
(上海市第四建筑有限公司,上海  200126)

[摘要]上海世博会中国馆为巨型皇冠状结构,总高度69.9m,从33.22m开始外挑,最大外挑距离34.7m。针对国家馆核心筒砼与钢结构同步交叉施工、国家馆垂直层叠施工等复杂施工工况,在施工过程中以施工进度控制为关键,采用了钢筋桁架模板、箱型钢梁(内灌砼)等施工方法,取得了较好的施工效果,确保了施工工期和施工质量,对今后类似工程的施工具有较好的借鉴作用。
[关键词]核心筒;钢结构;交叉施工;钢筋桁架模板
 
1 工程概况
    2010年上海世博会中国馆位于上海市浦东新区世博会规划区核心区,以东方之冠的构思为主题的中国馆是整个世博园区的标志性永久建筑之一。中国馆由国家馆、地区馆等组成,总建筑面积160126m2。国家馆为地下一层(局部二层)、地上6层(核心筒24层);地下建筑面积为2553m2、地上建筑面积为43904m2,建筑高度为69.9m。
    上部结构体系为劲性钢筋砼框筒组合结构体系,以4个砼核心筒作为主要的抗侧力及竖向承载体系。核心筒截面为18.6m×18.6m,每个核心筒的4个角部设置箱形劲性钢柱(-7.9m~0.3m)。从+33.75m标高起采用20根巨型钢斜撑支撑起整个大悬挑的钢屋盖,巨型钢斜撑底部与核心筒内的劲性柱连接,中间部位通过楼层钢梁与核心筒连接,顶部通过钢桁架与核心筒连接。
2 工程特点和难点
    1)国家馆结构造型特殊新颖,外形呈冠状,上大下小,结构楼层自下向上逐渐外挑,最大外挑达到34.75m,施工过程中的结构稳定控制、安全防护和测量控制难度大。
    2)核心筒结构墙体、梁内钢筋绑扎密集,且钢结构劲性柱内外两侧砼标号不同,砼振动、浇捣困难。
    3)施工过程中核心筒砼结构与钢结构同步交叉施工,土建与钢结构施工搭接频繁,施工协调组织难度大。
    4)33.22m楼层与±0.000m之间无楼层板,净空高度33m,净空过大给施工带来较大困难。
3 总体施工技术路线
    4个钢筋砼核心筒逐层自下而上流水施工安装,钢结构紧随土建施工流程,分区对称吊装。33.22m、41.32m、49.42m各楼层平台随钢结构逐层自下而上分块施工,中厅区域楼板后做,待钢结构完毕后再行补缺安装。20根方钢管斜撑内浇灌C60自密实砼,根据吊装工况与结构受力情况在49.0m、60.2m标高处先后两次浇灌。
3.1砼浇注
    在国家馆每个核心筒内设置一根固定砼泵管负责砼垂直运输、浇捣:①采用合理的浇捣流程,先浇筒体墙板、后浇楼板及框架梁;②调整砼配合比(原材料石子级配),添加缓凝剂控制好砼初凝时间;③调整振动棒的口径;④做好对分钇单位的技术质量交底工作,保证核心筒结构施工质量。
3.2施工机械
    为了确保施工总工期,选择4台1200tm~1400tm的重型塔机作为施工的主要机械,4台限载2t的双笼施工人货梯内附于4个核心筒内,既作为土建施工垂直运输设备又作为钢结构吊装设备,覆盖范围广,提高了工效。
3.3施工场地
    国家馆材料进场主要通过西侧上南路进场,材料加工、堆放于国家馆的西侧场地和首层楼面(通过结构计算和加固)上4个核心筒间的空档部位(称之为中厅区域),中厅区域结构后做,待结构封顶后再行补缺安装,解决了国家馆施工过程场地问题。
3.4设计方案调整
    为了保证33.22m、41.32m、49.42m楼层平台顺利施工完成,将设计方案相应调整,劲性钢梁改成箱型钢梁(梁内填充砼),楼层平台采用钢筋桁架模板。
4 国家馆上部结构施工工艺
4.1劲性钢柱施工
    每个核心筒的4个角部设置截面为箱形(800×800)的劲性钢柱,钢筋砼保护层100mm,且外包Φ25钢筋和Φ16箍筋。
    1)劲性柱与基础底板采用埋设预埋件焊接连接,分8段由下向上随土建进程吊装,吊装就位后采用拉设缆风绳和工字钢固定。
    2)钢筋竖向长度长,容易偏移位置,在钢筋最上端采取临时固定措施后绑扎箍筋。
    3)为了保证砼浇捣质量,将劲性柱上两面开设的出浆扎Φ100@1000改为四面开设Φ100@1000出浆孔,模板采取高质量的度塑木模。浇捣砼过程派专人在板墙模板外侧敲击,确保砼密实不产生离析现象。
4.2楼层平台施工
4.2.1箱型钢梁施工
    箱型钢梁主要分布在33.22m、41.32m、49.42m和60.4m楼层面。因现场施工条件所限,箱型钢梁的砼在桁架模板安装完成后一起浇捣。为保证劲性钢梁内砼浇捣质量,在箱型钢梁上开设浇灌和透气孔,浇筑孔Φ150@1000,透气孔Φ30@500、Φ50@1000。
4.2.2钢筋桁架模板施工
    本工程上部结构共分5层,层高净空为8m和33m,无法按照常规方式进行施工作业,故选择桁架模板进行平台板的施工。
    1)楼层板的预留位置准确,在局部缺失部位采用种植钢筋的办法补齐预留钢筋。
    2)排板方向要一致,板与板之间拉钩连接紧密,保证不漏浆,模板伸入梁边的长度满足要求。
    3)钢筋桁架楼板就位后,端部竖向钢筋与钢梁点焊牢固;沿板宽度方向底模与钢梁点焊;待铺设一定面积后绑扎板底筋以防钢筋桁架侧向失稳;同时按设计要求设临时支撑。
    4)板中敷设管线时尽量采用直径较小的管线,正穿时可采用刚性管线,斜穿时宜采用柔韧性较好的材料,宜分散穿孔,避免多根管线集束预埋。
    5)钢筋桁架模板底模与母材的间隙应控制在1.0mm以内,用手持杠杆式卡具对钢筋桁架模板临近施焊处局部加压,使之与母材贴合,保证栓钉焊接质量。
    6)安装边模时将边模板紧贴钢梁面,边模板底部与钢梁点焊;安装之后拉线校直,调节后利用钢筋一端与栓钉点一端与边模板点焊,将边模固定。
    7)砼浇注过程中避免有过大集中荷载,及时将砼铲平分散,严禁将砼堆积过高。
    8)对集水井、消防井等下沉设备井采用两次浇筑的方式施工,在第一次浇筑大面积平台时,在下沉井四周用快速收口模板封闭,待楼层板强度达到C20时再将桁架模板切断,进行吊模施工下沉井。
4.3钢筋斜撑施工
    钢管斜撑从33.15m标高楼层起,起始点位于核心筒内箱型劲性柱上,顶部与屋顶大型桁架连接。斜撑截面形式为800mm×1500mm×35mm35mm,总计20根,单根最长48m、最重90t。根据现场工况分三段由下向上进行吊装。
    斜撑内浇灌C60自密实砼,根据吊装工况与结构受力情况在49.0m、60.2m标高处先后两次浇灌。斜撑的砼浇灌孔在工厂制作时进行开设,开设部位在49.0m标高处,尺寸为200mm×200mm。
4.4脚手架施工
    钢结构吊装、焊接施工均采用挂脚手的形式,在钢梁吊装前将脚手架安装、固定。
    核心筒施工采用悬挑脚手架,工具式外挑脚手架采用8#槽钢,三角形挑架和转角槽钢三角形挑架悬挑脚手架从结构标高+3.6m平面处开始安装搭设至结构标高+69.9m,每一挑的工具式悬挑脚手架搭设高度为16.2m(共4挑,覆盖3层、脚手架搭设9步),脚手架最上的围护高度为1.5m,挑架标高为+3.6m、+19.5m、+36.2m、+44.3m、+54.6m和+64.5m。
5 实施效果
    1)目前上海世博会中国馆工程国家馆结构均已经全面封顶并一次性通过结构验收,于2009年1月下旬通过上海市“金钢奖”验收、4月中旬通过上海市优质结构验收。
    2)国家馆工程采用钢筋桁架模板替代原木模钢管排架施工,节约了材料、降低了施工成本、减少了对下部结构施工的影响并缩短了施工工期。
    3)钢结构深化设计预先控制,将深化设计与现场施工,特别是土建结构有机结合,充分考虑施工过程中的结构稳定、搭接方便,为现场施工提供了便利。

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