第３３卷第ｌＯ期 Ｖｏ１－３３ Ｎｏ．１０ 建筑施工 ＢＵＩＬＤＩＮＧ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ 超高层建筑地下结构考虑施工 过程的关键设计 Ｋｅｙ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｔａｌｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉＯｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ 口 钱磊 沈金 （浙江大学建筑设计研究院 杭州３１００２７） 【摘要】超高层建筑目前进入到了一个高速发展时期，但随着建筑形体的变化和高度不断的突破，建造技术开始面临更大 的挑战。而其中的某些问题．仅仅依靠施工技术本身难以解决，如果设计与施工紧密配合，在设计阶段即考虑施工过程可能面 临的问题，则更有助于问题的解决，也就更有助于设计形式合理、建造可行的超高层建筑。 【关键词】超高层建筑设计与施工围护体系厚底板微膨胀剂 【中图分类号】ＴＵ７４ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１１）１０—０９０９—０３ 超高层建筑历经ｉ００多年的发展，已成为人类文明的重 之产生，单独依靠设计或者施工都很难解决这些问题，很多 要组成部分，也是人类改造自然的重要表现。随着土地资源 时候需要设计和施工同步考虑。这样的问题在超高层建筑地 的稀缺和满足标志性与功能性的需要，超高层建筑在最近几 下结构和围护设计中显得尤为突出，以下针对其中的主要问 十年里得到了突飞猛进的发展。代表建筑有：１９３１年建成的 题进行讨论和研究。 美国纽约帝国大厦（３８１ ｍ，１０２层】，１９７２年建成的美国纽约 世界贸易中心（４１７ ｍ和４１５ ｍ，１１０层），１９９８年建成的马来 １围护设计所需要考虑的关键问题 西亚吉隆坡石油大厦（４５２ ｍ，８８层）、中国上海金茂大厦 超高层建筑通常体量较大且以商用为主，地下室作为设 （４２０．５ ｍ，８８层）和２００４年建成的中国台北的环球金融中心 备安放、商业用途和停车的主要场所，面积通常很大。在有限 （５０８ ｍ，１０１层），而最新如４９２ ｍ的上海环球金融中心和 用地面积条件下，向地下深处寻求空间是一种必然的选 ６１０ ｍ的广州新电视塔也已建成使用（图１）。 择，因此，其地下结构通常层数较多，基坑也较深。在软土和 较差的土层条件下，围护结构采用多道内支撑形式成为最常 见的情况。 超高层建筑由于结构高度高、体量大，施工周期较长。在 最短的合理时间内完成结构施工，对建设方和承建方都会带 来良好的经济效益。而主楼是整个工期的关键所在。如果基 坑内的支撑与主楼结构，特别是竖向结构重叠，必然造成主 楼施工速度的降低，因此在围护设计阶段，将内支撑与主楼 图１上海环球金融中心、上海中心及广州新电视塔 结构（一般指核心简部分，这部分通常都是竖向剪力墙结构） 避开，就可以突出主楼结构施工，从而极大地加快结构的施 不难发现，超高层建筑不仅可以展现一个国家的科技发 工进度。 展成就，也可以极大地促进相关领域科技的发展。因此，超高 层建筑已经进入新一轮发展高潮。在我国更是如此，上海中 心（６３２ ｍ）、大连绿地中心（５１８ ｍ）、广州东塔（５８０ ｍ）等一 大批超高层建筑正在或即将兴建。但是新的问题和规战也随 【作者简介】钱磊（１９７４一），男，硕士，工程师。联系地址：浙江 省杭州市浙大路３８号（３１００２７）。 图２金茂大厦基坑支护平面图及基坑支护 【收稿日期】２０１１－０８—１２ 第１Ｏ期 钱磊、沈金：超高层建筑地下结构考虑施工过程的关键设计 １０，２０１１ 上海金茂大厦为地下３层、地上８８层结构，总高度 ４２０．５ ｍ，占地面积２３ ０００ ｍ ，基坑面积近２０ ０００ ｍ２，主楼 开挖深度１９．６５ ｍ，裙房开挖深度１５．１ ｍ。为了在施工中突 出主楼施工的主线，在基坑围护结构设计时，有意识地将支 撑结构避让主楼结构，形成局部作业大空间。这样一方面方 便土方开挖作业，另一方面为主楼结构连续施Ｔｉ￣Ｊ，造了良好 条件，对加快主楼施工起积极作用。具体做法为：为了降低成 本，主楼与裙房的３道支撑形成整体，在第三道支撑以下，主 楼与裙房之间设置钻孑Ｌ灌注桩临时围护，主楼区域设置第四 道支撑［”（图－２）。该方案既突出了主楼，又控制临时围护成 本，是一个科学合理、经济实用的方案。 而图３所示的某超高层结构，同样是地下３层结构，施 工方设置了３道内支撑，但由于主楼区域完全被支撑覆盖， 所以主楼在地下部分的施工工期，较之金茂大厦多出了近３ 个月。 ２主楼厚底板设计和施工 超高层建筑由于结构高度高，上部结构的荷载通常很 大，因此基础设计是超高层建筑设计的一个关键方面，应根 据地质条件和上部结构荷载，来选取合理的形式。但不论何 种形式，厚底板都是组成基础的重要部分。 目前超高层建筑采用的桩基础，主要分为桩＋承台基 础＋底板，桩＋梁板式筏基，桩＋平板式筏基等。但这几种形 式对业主而言，很多时候设计方案差别不大，基础本身的经 济性也相差无几，但对施工进度的影响就非常显著。当然，施 工期变长，实际上就影响了项目投资的回收时间。 图４所示的是一个超高层结构的基础图纸（上半侧是主 楼区，下半侧是裙楼区）。该建筑物高２６０ ＩＩＩ，地下３层。设计 的初步方案是采用桩＋承台基础＋抗水板的方式，承台深度 为２ ｍ～３ ｍ。但从图中不难发现，由于承台的净距在５ ｍ～ ６ ｍ左右，因此在承台土方开挖过程中，使得承台之间的土 方变成了一个个不稳定的孤岛，如果要保证安全，需要全断 面开挖，这样功效和经济性都大大降低。 如何解决这个问题？如前所述，如果将基础形式设计为 桩＋筏板基础，在满足基础承载力的同时，并没有增加基础 混凝土和钢筋的用量，而施工的方便性大大增加，投入的措 施费用则大幅度减少，工期也得到了有效地缩短。 图３某超高层结构围护和主楼关系 图４某超高层基础设计 ３混凝土微膨胀剂设计与施工 ・９１Ｏ・ 超高层建筑地下结构中通常会涉及到厚底板，超大面积 楼板。由于超厚和超长的原因，结构裂缝是一个非常难于控 制的施工难题。很多设计人员都在设计阶段通过采用微膨胀 剂的做法来解决这个施工难题，但效果并不太理想。主要原 因有： （１）在我国，微膨胀剂的膨胀源均为硫铝酸钙（钙矾石）， 即以ＵＥＡ微膨胀剂为主体。相关研究表明，新生成的细粒二 水石膏要比生产水泥磨细时加入的石膏对水泥的反应快得 多。因此钙矾石是早强剂，它过早地激活水泥的活性，使混凝 土提前发热，导致混凝土在运输过程中坍落度过大地损失。 虽然ＵＥＡ配方在不断地改进，如掺加缓凝剂或塑化剂以求解 决问题，但这样的方法不仅耗费工时，也增加了经济成本。另 外，钙矾石（３Ｃａ０・ＡＬ２０３・３ＣａＳ０４・３２Ｈ２Ｏ）中有大量结晶水存在， 令混凝土结构不太稳定，风险大大增加。 （２）外掺膨胀剂令搅拌时间延长３０ Ｓ～６０ Ｓ，但因现场 操作和监管难度较高，使得构件预应力不均匀，效果大打折 扣。 （３）由于结构构件中不同部位的配筋情况存在很大差 异，因而结构构件在降温过程中，也会造成混凝土内应力不 均的现象。 实际上，其根本原因是：膨胀剂的膨胀与混凝土的收缩 不是同步进行的，膨胀补偿初期的过剩结果可能会对混凝土 结构有一定的破坏作用，因为事实上微膨胀剂的实际膨胀值 可能更大。因此，采用微膨胀剂作为一种手段来解决施工过 程中的混凝土开裂问题时，一定要慎重。 ４高强混凝土的设计与施工 目前，超高层建筑中，墙柱承受的荷载非常大，如果采用 普通混凝土，墙柱的截面往往大到建筑难以接受的程度时才 能经得住荷载。采用高强混凝土则可以有效控制墙柱轴压 比、减小截面尺寸。但是高强混凝土具有脆性，而且会随着强 度等级的提高而增加，尤其是在抗震设计中，必须考虑到这 方面的不利因素。根据现有的试验研究和工程经验，＜建筑抗 震设计规范》（ＧＢ ５００１１—２０１０）作出规定：高强混凝土的强度 等级，抗震墙不宜超过Ｃ６０；其它构件，９度时不宜超过Ｃ６０； ８度时不宜超过Ｃ７０。 正因如此，在超高层建筑中，特别是竖向构件中已采用 了高标号混凝土，但构件截面依然很大。同时，为了解决延性 和轴压比问题，竖向构件（如剪力墙），多采用劲性骨架，这些 大截面劲性骨架的采用，不仅给钢结构的施工提出了新的挑 战，而且造成了竖向构件中的钢筋绑扎与混凝土浇注难度大 大增加。采用更加高标号的混凝土于是成为一项比较迫切的 任务。近十几年来，混凝土技术，特别是高性能高强混凝土技 术取得了突破性的进展，Ｃ１００以上的混凝土也取得了成功， 因此，结合研究成果，做好更～步的试验和示范工作，推动高 强、高性能混凝土的应用，并对规范进行补充和修订，有着积 第３３卷第ｌＯ期 建筑施１－ ＢＵＩＬＤＩＮＧ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ Ｖｏ１－３３ Ｎｏ．１０ 超高层建筑土建施工关键 技术的研究和应用 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｋｅｙ Ｃｉｖｉｌ ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉＯｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｓｕｐｅｒ Ｔａｌｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ 口 张家明 （上海市静安区建设和管理服务中心 ２０００４０） 【摘要】上海某超高层建筑因地下结构施工工艺复杂、基础底板混凝土质量控制要求高等难点给工程施工造成了很大的困 难。为此，工程中采用了深基坑顺、逆作施工、大体积、混凝土裂缝控制和钢管柱内高抛免振自密实混凝土质量控制等关键施 工技术，地解决了上述难题，保证了工程质量及周边环境的安全。 【关键词】超高层建筑 地下结构施工质量控制 高抛免振 自密实混凝土 【中图分类号】ＴＵ９７４ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１１）１０—０９１Ｉ－０４ １工程概况 １．１ 工程简介 某超高层建筑是一幢集大型商业、高档办公楼及五星级 酒店于一体的综合性大楼，位于上海中心城区繁华商业地 带，地块面积２６ ８００ ｍ ，地下４层，塔楼地上６０层，建筑高 度２３５ ｍ，裙房４层，总建筑面积１８６ ２００ Ｉｌｌ ，其中地下部分 建筑面积６６ ５００ ｍ ，地上部分建筑面积１１ ９７００ ｍ 。建筑立 面见图１。该工程地下室大底板采用筏形基础，塔楼主体结 构部分为型钢混凝土框架与钢筋混凝土核心筒结构体系。基 坑主楼挖深１９ ｍ，裙房挖深１７ ｍ，电梯井挖深２３．７ ｍ。 １．２基础围护形式 图１ 建筑立面 本工程场地受ＩＢ城改造搬迁进度的影响，大基坑施工划 分４个区域，即采用塔楼区域顺作，周边裙房分为３个 的逆作施工区域。基坑外围采用厚８００ ｍｍ“二墙合一”的地 【作者简介】张家明（１９６３一），男，本科，高级工程师。联系地 下连续墙结构形式，其既作为基坑施工阶段的围护结构，又 址：上海市昌平路６９０号（２０００４０）。 兼作结构使用阶段的地下室外墙。顺、逆作之间、不同逆作分 【收稿日期】２０１１－０９—０５ 区之间均采用西１ １００ ｍｍ钻孔灌注桩加水泥土搅拌桩做临 极和紧迫的意义。 参考文献 ５小结 …１张冠林，石礼文．金茂大厦一设计、管理、施工【Ｍ】．北京：中国建筑 工业出版社．２００３． 通过上述研究和讨论不难发现，超高层建筑地下结构施 ［２］高立人，方鄂华，钱稼茹．高层建筑概念设计【Ｍ】．中国计划出版社， ２００５． 工过程中的很多难题，需要从设计的源头来解决问题，否则 ［３］徐培福．复杂高层建筑结构设计【Ｍ】．中国建筑工业出版社，２００５． 仅仅依靠改进施工技术很难解决。因此，设计和施工的紧密 ［４］赵西安．钢筋混凝土高层建筑结构设计【Ｍ】．中国建筑工业出版 结合，在设计阶段即充分考虑施工阶段地问题，是对设计人 社．１９９５． 员的必然要求。希望以上一些关键问题的对策，会对结构工 【５］张同波．建筑工程中影响施工的部分设计问题的研究与思考【７】．施 程师在结构设计中起到有益的参考和指导作用。 工技术．２０１１（１）． ・９１１・
