刘永策
（奥雅纳工程咨询有限公司，广东广州 510620）
[摘要]超高层建筑一般采用墙柱和梁板不同步施工，这直接导致了钢筋后锚固施工、与结构设计假设不相同的施工临时结构承载力复核等各种复杂新问题。介绍了广州东塔核心筒先于梁板施工的施工方法，特别介绍了梁板钢筋后施工的各种处理方法，对规范各种植筋深度进行分析讨论；分析了墙柱和梁板的不同步施工带来的各种施工临时结构安全问题。建议全面采用施工模拟分析技术对实际的施工工况进行分析，以理论分析结果指导实际施工，提高施工阶段临时结构的结构安全可靠度。
[关键词]高层建筑；不同步施工；核心筒；施工模拟；植筋
[中图分类号] TU745.1 [文章编号]1002-8498(2016)10-0018-04
1工程概况
广州东塔位于珠江新城CBD中心地段，总建筑面积约50万m2，集办公、服务公寓、酒店、餐厅于一体的多功能综合体，与广州西塔和广州电视塔一起成为广州新地标。塔楼建筑屋顶标高为530m，结构屋面标高518m，地上111层。塔楼采用巨柱框架+核心筒结构，竖向共设6道环桁架，其中4道设有伸臂桁架。典型楼层平面尺寸约为58. 1m×58. 1m，核心筒平面尺寸为32. 7m×32. 7m（见图1）。核心筒剪力墙地上厚度由1 500mm逐步变为400mm，混凝土强度等级从C80逐步过渡到C60。核心筒内有双层钢板墙，然后过渡到单层钢板墙后变为纯混凝土剪力墙，局部设有型钢钢骨柱。
2 塔楼核心筒先于梁板施工的施工方案
塔楼采用顶模系统，整体施工步骤：核心筒→钢柱+钢梁→压型钢板→组合楼板混凝土→筒内梁板混凝土。
这种竖向结构混凝土核心筒先于水平梁板的施工方法由于方便各工序之间形成流水、整体施工速度快，已经成为超400m超高层的常见施工顺序。核心筒施工的典型设备是顶模系统和爬模系统，其中顶模系统对墙体适应性更广，且由于在墙体的支承点偏下，其爬升时墙体混凝土龄期一般达到3层施工间隔，故墙体混凝土强度容易满足支承其上设备的龄期要求（见图2）。
3 核心筒先于梁板柱施工导致的问题
3.1 楼面梁板钢筋先预埋后连接
3.1.1 梁板钢筋预埋施工方法
核心筒墙体先行施工，外框的钢梁可采用在墙体内预埋件后连接的方式，而核心筒内的混凝土梁板结构只能采取墙内预留钢筋，后期再进行钢筋连接施工。对于板筋，核心筒施工时，板筋（俗称“胡子筋”）预留在墙体内设计标高并做好固定，将墙外水平段弯折在墙体内并紧贴模板，后期施工时将弯折板筋凿出并与楼板钢筋搭接，如图3所示。
核心筒施工时，梁钢筋及连接钢筋套筒预埋在设计位置并做好固定，套筒紧贴模板，并做好套筒包裹保护，后期施工时凿出钢筋连接套筒，进行．梁筋连接，如图4所示。套筒连接的施工质量控制需要特别注意，采取控制钢筋端部加工质量、全部验收所剩丝扣和见证抽检制度确保套筒机械连接施工质量。
钢筋套筒连接施工要求钢筋不能大角度弯折，端部必须直线，否则无法进行旋转拧紧操作，可用钢筋搭接焊接替代套筒连接。钢筋搭接焊接必须严格按照《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2012进行施工，而且宜尽量采用平焊，避免仰焊，焊接操作尽量避免使钢筋脆硬化。
3.1.2梁板预留钢筋施工方法存在的技术问题
对于混凝土梁纵向钢筋采取在墙面处预留一级套筒，后期进行100%钢筋机械连接。根据套筒材料性能报告，在机械连接施工质量有保证的情况下，机械连接抗拉和抗剪承载力不低于整根钢筋，但是同截面施工缝存在，混凝土梁的承载能力可靠性有所降低，应该酌情增加梁配筋以弥补施工缝处抗剪和抗弯损失。对于钢筋的搭接焊接和钢筋与钢板焊接后，钢筋脆硬化的试验研究资料仍然很少。
板筋采取弯折预埋在墙表面，后期凿出并扳直搭接施工。由于板筋采取扳直的冷加工处理，存在弯折部位钢筋延性降低和强度损失的情况，该工艺仅适用一级和二级延性好的小直径钢筋，比如直径≤14mm的钢筋。其他情况目前缺乏相关的试验报告和文献资料，应以可靠的钢筋冷加工试验报告为准。
3.1.3预埋钢筋与墙柱内型钢冲突处理方法
梁纵向钢筋在墙内锚固必须满足水平段>0.4laE，总长>laE由于核心筒墙体内存在较多的钢板墙或型钢柱，钢构件外包混凝土厚度太小，有时会出现预埋钢筋不够0.4laE水平锚固段的情况。广州东塔采用钢筋托板连接方式（见图5），即从钢骨上焊接钢牛腿到混凝土面，后期施工水平混凝土梁时，钢筋托板焊接在牛腿上，梁纵筋与钢筋托板进行焊接。该方法需要注意：钢筋托板的强度应计算确定，不应小于所连接钢筋强度；钢筋托板应该避开梁内箍筋；钢筋与托板的焊接可以参考《钢筋焊接及验收规程》相关条款；墙内的托板牛腿需要注意避开墙内钢筋，宜预留开洞；不应取消钢筋托板而在托板牛腿上现场焊接可焊套筒进行连接，因为现场套筒立焊焊接质量难以保证。
3.2梁钢筋预埋位置错误处理方法及对策
核心筒先于梁板施工，从技术和管理上增加了钢筋预埋施工错误的机会。在施工配合中，预埋钢筋位置错误或钢筋数量错误成为常见的问题。由于核心筒墙体存在预埋钢骨和暗柱等且钢筋密集、植筋困难，故解决这些问题的原则是：尽量利用已预留钢筋，避免全部植筋；难以植筋时宜采用机械锚栓。
3. 2.1 钢筋预埋位置水平偏位处理方法
偏位距离小，可采用增大梁端截面法，即利用已有预埋钢筋，接长梁纵筋；偏位距离大时，可采用平面折梁或者重新植筋。
3.2.2钢筋预埋位置竖向偏位处理方法
一般来说，梁整体高于楼板需要凿除重新施工，低于楼面，如果不影响其他专业，可以在梁上加承重墙来支撑楼面梁板结构。梁筋整体偏位距离大，可采用竖向折梁；整体偏位距离小，可采用变截面梁或者设计复核承载能力。
3.2.3设计复核与建议
由于墙体或连梁有钢骨、暗柱或配筋较密，植筋困难。为避免大量植筋，设计宜考虑将不重要的框架梁进行弯矩调幅，或者按照两端铰接梁来重新设计，增大底筋，减少面筋，而增加的底筋可以根据梁弯矩包络图，将部分底筋不入支座或者在梁端搭接小直径钢筋，而小直径钢筋用构造锚固深度植筋。
相对于梁、板、柱同时施工的普通项目，核心筒先于梁板施工导致后施工的混凝土的可靠性降低，故建议整体计算时按照核心筒内框梁与核心筒铰接不利情况进行整体参数计算，而施工图应该按照框架梁与核心筒刚接进行设计，框架梁宜进行弯矩调幅，减少面筋，次要的非框架主梁按照两端铰接设计。
3.3关于植筋问题的研究
3.3.1 植筋深度不够
植筋位置钢筋过密或者存在钢骨阻碍导致植筋深度不够，可用“大直径换小直径法”，即按照等承载力原理，将大直径纵筋换成小直径纵筋进行植筋施工。为避免基材混凝土整体拔出破坏，植筋间距至少5d，植筋间距远大于通常的预埋钢筋间距（1. 5d或者30mm），导致植筋的钢筋排数多，靠近梁中性轴。故设计应复核植筋的承载力，而不是简单的等面积代换。还可采用有锁键效应的后扩底锚栓，减少钻孔深度，一般可做到10d左右。当墙体不够锚固深度时，也可以采用穿墙螺栓对拉法。
3.3.2植筋深度规范要求与产品手册推荐值差距
大，现场施工管理混乱
按照《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013和《混凝土结构加固设计规范》GB50367-
2013相关条款计算，植筋深度小于钢筋锚固长度，这是由于植筋胶的黏结强度高于混凝土的强度，而且黏结剂渗入到混凝土的孔隙中形成的钢筋一胶一混凝土混合体的直径大于原钢筋的直径，增大了黏结界面，也就是增大黏结力。规范计算的植筋深度普遍大于厂家技术手册的推荐值，而由于国内植筋产品质量参差不齐，为了应对某些厂家为了夺标恶性竞争提出超低植筋深度带来的安全危害，规范规定植筋深度必须设计计算确定，不得按短期拉拔试验
值或厂商技术手册的推荐值使用。但是该条款忽略了实际上确实有一些质量和技术稳定的产品植筋深度可以做到小于规范计算值，而且这些产品的植筋深度在国外普遍认可并被应用。在广州东塔这样的复杂超高层结构中，经常会遇到按照规范计算的植筋深度无法进行植筋施工，总承包单位要求按照厂家提供的植筋推荐值进行施工，或者根据现场一定数量植筋的拉拔试验分析报告对规范计算的植筋深度进行调整。建议规范增加现场拉拔试验的详细规定以便现场对次要构件（比如楼板和次梁）的植筋深度进行合理调整。3.3.3植筋施工注意问题
施工阶段设计对于加固改造重视不够，植筋施工存在较多问题，严重影响结构安全，需要设计与施工注意：①植筋间距至少5d，不仅同排需要满足，相邻排钢筋也要满足；植筋边距至少2. 5d;②当采用植筋后焊锚板方案时，由于焊点距基材混凝土表面< 15d，应该考虑焊接产生高温对植筋胶及基材混凝土的影响，对锚固强度做适当折减。
3.4塔楼核心筒墙体、梁板和柱不同步施工
与普通梁板墙柱同时浇筑混凝土的施工顺序不同，塔楼采用顶模系统施工，塔楼核心筒墙体、梁板和柱不同步施工，核心筒施工最快，次之是巨柱，然后是外框楼面钢梁，最后是外框的组合楼板和内筒的混凝土梁板。
3. 4.1 塔楼核心筒墙体、梁板和柱施工阶段承载力复核
由于各类构件分别施工，各构件施工阶段的承载力复核也有所不同。比如核心筒先施工，筒内梁板未施工，应该验算单片剪力墙在施工设备荷载和风荷载作用下的墙体稳定。而这里核心筒墙体上的设备有3台塔式起重机（满载共800t），顶模系统（满载1200t），总重近2 000t，随着核心筒墙体不断变薄，单独矗立的核心筒墙体的施工阶段稳定和强度验算变得非常必要。这些都必须依靠施工模拟分析计算来确保施工阶段的结构安全。
3.4.2核心筒最高层与梁板楼层差问题
由于核心筒施工速度快过楼面钢梁，楼层差保持在6～10层，核心筒相对于已施工最高楼面层为一个悬臂结构，而且筒内的梁板未施工（见图2）。显然，这与设计考虑的永久工况和理论的施工过程模拟不同，结构设计并未对此工况进行强度复核。这种强度复核非常有必要，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中13.1.4条和13. 10.5条也有类似的规定。由于涉及具体施工方法、施工设备和施工组织，故只能由总承包方按照实际施工过程进行施工模拟计算，而大多数总承包方没有这种模拟计算能力。广州东塔总承包方按照核心筒先于楼板施工的实际施工工况进行施工模拟计算，结果显示可以接受的最大楼层差如表1所示。
计算结果也显示核心筒与外框钢梁层差为控制因素，实际严格以此施工，一旦楼层差超过上表限制值将要停止施工。
3.4.3 巨柱与外框楼板施工不同步
巨柱为钢管混凝土，钢骨具有较大的承载能力，在其内混凝土未浇筑前能够支承楼面钢梁的安装，这使得巨柱可以一次安装2层甚至3层，这减少了焊接工作量，加快了施工速度。而外框楼板混凝土的浇筑落后于钢梁的安装，这样需要设计楼板钢筋与巨柱的后连接节点。一般采用巨柱上焊接钢筋托板进行楼板钢筋后连接。
3.4.4 核心筒施工缝不在楼面处
酒店标准层高为3. 5m，而核心筒的顶模系统最大爬升为4. 5m（这是低层办公区层高），总承包方为加快核心筒施工速度，将酒店层的每次施工高度定为4. 5m，如此核心筒的施工缝将不一定处于楼面位置。设计应该按照高规复核墙体施工缝处的抗滑移承载力，有必要时应增加施工缝处墙体配筋。
4结语
随着国内超高层建筑高度不断刷新，新的结构形式不断涌现，与之相适应的是施工工艺也不断推陈出新。新的施工方法也导致新的结构设计问题，这需要设计师和研究人员不断更新施工方法并引入新的分析手段进行研究。建议全面采用施工模拟分析技术对实际的施工工况进行分析，并以分析结果指导实际施工，提高施工阶段临时结构的结构安全可靠度。
目前国内结构设计普遍存在重视施工图纸设计，忽视施工配合，这种做法在复杂项目中存在严重设计隐患，应该得到纠正。施工阶段的设计配合是设计的重要阶段，是实现设计意图的重要环节，应该得到设计师的重视。为了确保设计意图得以真正实现，结构设计师应该驻场监造，这在超高复杂项目的施工中非常必要。
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