廣東筒中筒結(jié)構(gòu)超高層塔樓主要科技創(chuàng)新點

施工總承包聯(lián)合體主要科技創(chuàng)新點1、主塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計為國內(nèi)首創(chuàng)，充分發(fā)揮了各種結(jié)構(gòu)型式優(yōu)勢。主塔樓采用鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒+鋼筋混凝土核心筒的筒中筒結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)合理，充分發(fā)揮了各種結(jié)構(gòu)型式受力等優(yōu)勢。斜交網(wǎng)格筒體抵抗水平力、側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度優(yōu)于框筒。鋼管混凝土柱軸向剛度大、承載力高、延性好、抵抗風(fēng)荷載和地震產(chǎn)生的水平力和傾覆力矩強，鋼筋混凝土核心筒剛度大、受彎、受壓和受剪承載力高。該筒中筒結(jié)構(gòu)體系充分發(fā)揮了高強鋼管混凝土柱優(yōu)勢，十分高效、經(jīng)濟(jì)，比其他結(jié)構(gòu)型式節(jié)約鋼材用量達(dá)25%以上。巨型斜交網(wǎng)格鋼管混凝土柱節(jié)點設(shè)計為首創(chuàng)，該節(jié)點具有受力合理、便于施工及節(jié)省材料（節(jié)省50%用鋼量）優(yōu)點，并獲實用新型專利。2、低位三支點長行程整體頂升鋼平臺可變模架體系綜合施工技術(shù)。主塔樓核心筒結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且變化繁多。主要體現(xiàn)在70層三面長墻變?yōu)殇撝▓D1），73層鋼柱變內(nèi)向傾斜的弧墻，93層又變?yōu)橄蛲鈨A斜的弧墻，99層傾斜弧墻變?yōu)殇摴苤▓D2）。73層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后，內(nèi)筒自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。圖1：70層三面長墻變?yōu)殇撝鶊D2：73～99層結(jié)構(gòu)變化圖例針對上述結(jié)構(gòu)設(shè)計特點和施工難點，總承包聯(lián)合體項目部自主創(chuàng)新，研制了低位三支點長行程整體頂升鋼平臺可變模架體系，滿足了核心筒復(fù)雜多變的施工要求。三部施工電梯通過三角鋼架連接結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了施工電梯27m自由高度，使施工電梯直接服務(wù)最高施工面（圖3）。該系統(tǒng)及成套施工技術(shù)為國內(nèi)外首創(chuàng)，整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為同類工程提供了成功范例，已應(yīng)用于深圳京基金融中心（京基100）、廣州周大福中心（廣州東塔）。圖3：三部施工電梯通過三角鋼架連接結(jié)構(gòu)，直接服務(wù)最高工作面該成套施工技術(shù)獲“2011年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎”1項；省部級科學(xué)技術(shù)一等獎、優(yōu)秀專利獎銀獎1項、優(yōu)秀施工方案二等獎1項；獲發(fā)明專利2項、實用新型專利11項；國家級科學(xué)技術(shù)成果鑒定為總體上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。3、高強超高性能混凝土超高泵送成套施工技術(shù)。本工程高強超高性能混凝土主要使用在兩個部位：一是主塔樓核心筒墻體結(jié)構(gòu)（采用C50-C80）；二是主塔樓外框鋼管混凝土柱（采用C60-C90）。C60及以上高強超高性能混凝土約為8.2萬m3，其中C80混凝土最高泵送至410m，C90混凝土最高泵送至167m。高強超高性能混凝土如此大批量的現(xiàn)場應(yīng)用、如此高的泵送高度，在國內(nèi)尚屬首例，在世界上也屬罕見。對此，總承包聯(lián)合體項目部確定高強超高性能混凝土（C100）超高泵送（400m）施工技術(shù)研究與應(yīng)用課題，進(jìn)行全面研發(fā)、實驗和技術(shù)攻關(guān)，成果顯著。研發(fā)了C80、C90、C100高強超高性能混凝土及C100自密實混凝土，并于333m、440.75m高度進(jìn)行了C100混凝土一次到頂泵送試驗（圖4、5、6）及C100自密實混凝土411.7m高度一泵到頂試驗（圖7），創(chuàng)造了高強超高混凝土及超高自密實混凝土超高泵送新的世界高度。圖4：主塔樓333m高度泵送試驗現(xiàn)場圖5：主塔樓440.75m高度泵送試驗現(xiàn)場圖6：主塔樓440.75m高度泵送試驗成功圖7：C100自密實混凝土411.7m高度一泵到頂試驗現(xiàn)場與中聯(lián)重科聯(lián)合開發(fā)全球出口壓力最大（40MPa）、泵送高度達(dá)1000m的HBT90.40.572RS混凝土輸送泵機(jī)（圖8），并采用GPS技術(shù)跟蹤泵機(jī)泵送參數(shù)。圖8：HBT90·圖8：HBT90·40·572RS混凝土輸送泵機(jī)4、巨型“X”鋼節(jié)點的制作、安裝成套技術(shù)主塔樓外框“X”節(jié)點鋼管柱共255根，單件最大重量為64噸，單件最長13m，最大管徑1.8m，壁厚55mm(圖9)，橢圓拉板厚100m(圖10)?！癤”節(jié)點鋼管柱屬復(fù)雜雙向傾斜空間構(gòu)件，受力復(fù)雜，構(gòu)件對接部位多，每端口對接中心控制點均不在一個平面內(nèi)，其夾角面多而復(fù)雜，是鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝最大難點，具有超長、超重、雙向傾斜三大特點。圖9：“X”節(jié)點鋼管柱圖10：“X”節(jié)點鋼管柱單件最大橢圓拉板厚100mm針對巨型“X”鋼節(jié)點制作、安裝難點，創(chuàng)新和應(yīng)用了巨型“X”鋼節(jié)點制作、安裝成套技術(shù)，總體上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。采用三維空間坐標(biāo)法，設(shè)計專用胎架，以制作坐標(biāo)放地樣和三維測量、檢測進(jìn)行組裝（見圖11）。圖11：“X”節(jié)點鋼管柱組裝圖例對鋼管進(jìn)行VSR時效振動（見圖12）和局部加熱（見圖13）相結(jié)合進(jìn)行消減殘余應(yīng)力峰位，達(dá)到優(yōu)良效果。圖12：對鋼管進(jìn)行VSR時效振動方法圖13：對鋼管進(jìn)行局部控制加熱方法消減殘余應(yīng)力峰值消減殘余應(yīng)力峰值采用“無纜風(fēng)”安裝施工技術(shù)，縮短了工期，節(jié)約了成本，減少了施工作業(yè)影響范圍（圖14）。采用高精度全站儀現(xiàn)場測量與構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)模型電腦擬合技術(shù)，安裝偏差控制在3mm以內(nèi)（圖15）。圖14：“無纜風(fēng)”安裝施工技術(shù)圖15：采用高精度全站儀對所有鋼柱進(jìn)行安裝偏差控制5、創(chuàng)新研發(fā)聯(lián)合體總承包管理模式下的項目管理信息系統(tǒng)。根據(jù)廣州西塔施工總承包聯(lián)合體管理模式和超高層建筑工程施工特點、難點，創(chuàng)新研發(fā)和應(yīng)用了信息化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：門戶網(wǎng)站、辦公平臺及項目管理信息系統(tǒng)（圖16），項目管理信息系統(tǒng)主要功能是：4D施工管理（圖17）、成本管理、合同管理、進(jìn)度控制、質(zhì)量管理、安全管理、材料和設(shè)備管理、工程技術(shù)資料管理、視頻監(jiān)控等。圖16：項目管理信息系統(tǒng)圖17：4D施工管理信息系統(tǒng)該系統(tǒng)主要創(chuàng)新和特色是：不僅實現(xiàn)了各功能模塊的深度集成，還將勞務(wù)隊伍和農(nóng)民工的考核與管理納入了項目管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了工程業(yè)務(wù)處理功能和PDCA業(yè)務(wù)流程動態(tài)控制；應(yīng)用4D技術(shù)，實現(xiàn)了超高層工程施工可視化管理。項目信息化管理系統(tǒng)成功應(yīng)用，對工程質(zhì)量、安全、工期及成本控制等提供了有效的管理技術(shù)支持，大大提高了項目管理水平，降低了成本支出。同時還對同類型工程項目管理有重要的參考和推廣價值，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該成果經(jīng)過鑒定，總體上達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。6、主塔樓以一種獨特的曲線形狀及透明的光滑建筑立面為主要設(shè)計理念，而且顯露建筑物本身獨具一格的建筑結(jié)構(gòu)。主塔樓8.5萬m2單元式玻璃幕墻采用夾膠中空雙層Low-E玻璃（圖18），既滿足了《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，同時有效地解決了高可見光透過率與低太陽能透過率不兼顧的矛盾，實現(xiàn)了“透明建筑”設(shè)計效果。這種中空雙層Low-E玻璃節(jié)能效果顯著，降低了進(jìn)入室內(nèi)輻射熱，最大限度節(jié)省空調(diào)能耗，比普通玻璃節(jié)能約為60%。圖18：單元式玻璃幕墻采用夾膠中空雙層Low-E玻璃7、創(chuàng)新超高層建筑系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控及健康監(jiān)測技術(shù)廣州西塔主塔樓結(jié)構(gòu)高度為440.75m，是一種典型的高柔結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計、施工要求，本項目創(chuàng)新地進(jìn)行了系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控（圖19）及健康監(jiān)測（圖20），是世界上第一座自施工階段開始就進(jìn)行系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控及健康監(jiān)測的超高層建筑。圖19主樓樓板結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量檢查圖20：混凝土樓板回彈檢測施工監(jiān)控主要內(nèi)容有：基礎(chǔ)底板和主樓首層沉降，樓層監(jiān)測點位移，首層組合樓板的鋼梁撓度，鋼構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變。本工程結(jié)構(gòu)變化較大，傳力體系復(fù)雜。施工過程對建筑物沉降和平動監(jiān)測，可及時獲取各施工階段的結(jié)構(gòu)受力及變形情況。對監(jiān)測數(shù)量與理論計算數(shù)量進(jìn)行分析比較，可及時調(diào)整施工安裝的變形誤差。對受力較大、應(yīng)力集中的部位進(jìn)行應(yīng)力測試，跟蹤構(gòu)件的應(yīng)力變化情況，及時掌握構(gòu)件的受力數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，可對結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行科學(xué)的評價，保證施工的正常進(jìn)行和建筑外形尺寸的準(zhǔn)確。環(huán)境監(jiān)測的主要內(nèi)容有：施工現(xiàn)場的溫度、濕度、風(fēng)力。掌握施工現(xiàn)場的氣象情況，可為測量和監(jiān)測時間的選擇提供科學(xué)依據(jù)，保證測量精度。及時掌握施工現(xiàn)場氣象情況，保證施工生產(chǎn)順利進(jìn)行。長期健康監(jiān)測主要內(nèi)容有：主樓的沉降和整體垂直度監(jiān)測，樓層監(jiān)測點位移監(jiān)測，鋼構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。工程竣工交付使用后進(jìn)行長期（1年）健康監(jiān)測，可宏觀把握建筑物在正常使用狀態(tài)下的工作狀況，對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析比較，可預(yù)測建筑物未來工作狀況。8、通風(fēng)與空調(diào)工程采用大量先進(jìn)技術(shù)和低能耗設(shè)備，達(dá)到人性化、節(jié)能環(huán)保要求。（1）采用變風(fēng)量末端系統(tǒng)主塔樓辦公區(qū)域采用VAV變風(fēng)量末端（圖21）及變頻調(diào)節(jié)的組合式空氣處理機(jī)，末端VAV變風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置可根據(jù)不同功能空間的溫度設(shè)定，自動調(diào)節(jié)風(fēng)量，同時根據(jù)末端變風(fēng)量裝置反饋的信號變頻調(diào)節(jié)組合式空氣處理機(jī)的風(fēng)量、水量，節(jié)約風(fēng)機(jī)及制冷機(jī)的耗電。（2）冷凝水回收及冷卻塔補水系統(tǒng)將裙樓及主塔樓的冷凝水回收集中，并由冷凝補水系統(tǒng)向冷卻塔補水，利用了冷凝水溫較低的特點，既提高冷卻塔的供熱效率又減少冷卻塔耗水補水的費用（圖22）。圖21：VAV變風(fēng)量末端圖22：冷凝水回收及冷卻水補水系統(tǒng)圖21：VAV變風(fēng)量末端圖22：冷凝水回收及冷卻水補水系統(tǒng)（3）主塔樓酒店區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)采用帶熱回收的離心式冷水機(jī)組（圖23），回收冷卻水系統(tǒng)的冷凝熱量向酒店客房生活熱水供熱，提高能源綜合利用效率。（4）二級泵分區(qū)、變流量技術(shù)空調(diào)冷水系統(tǒng)采用按功能及環(huán)路阻力和不同要求分區(qū)設(shè)置二級泵變流量運行（圖24），可根據(jù)末端的用冷需求，自動調(diào)節(jié)水流，減少水泵的耗電。（5）采用光觸媒、密封性能好的機(jī)制風(fēng)管和泡沫玻璃做豎井內(nèi)水管保溫等新材料，節(jié)約運行能耗。圖24：冷凍水二級泵圖23：主塔樓酒店區(qū)熱回收系統(tǒng)圖24：冷凍水二級泵圖23：主塔樓酒店區(qū)熱回收系統(tǒng)9、給水排水工程創(chuàng)新設(shè)計方式，大量采用先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到綠色設(shè)計要求。高度超過250m的超高層建筑滅火系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)行規(guī)范沒有具體規(guī)定，如何合理設(shè)計和確保滅火系統(tǒng)可靠、有效，對設(shè)計是一種新的挑戰(zhàn)。根據(jù)廣州西塔特點和現(xiàn)行規(guī)范要求，從性能化、可靠性及整體安全考慮系統(tǒng)設(shè)計，創(chuàng)新地提出穩(wěn)高壓和常高壓結(jié)合，主滅火系統(tǒng)與輔助滅火系統(tǒng)相結(jié)合的滅火組合與設(shè)置方式，滿足了廣州西塔滅火要求，同時為完善、細(xì)化高度超過250m超高層建筑滅火設(shè)計規(guī)范提出相關(guān)依據(jù)、參數(shù)及工程實例。給水排水工程設(shè)計堅持以人為本、綠色建筑要求、可持續(xù)發(fā)展理念，各系統(tǒng)綜合采用國內(nèi)外建筑給水排水最新技術(shù)、設(shè)計院原創(chuàng)技術(shù)共20項，達(dá)到四節(jié)一環(huán)保及技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計目的。給水排水工程專業(yè)設(shè)計效果明顯，共節(jié)約建筑面積約3500m2、年節(jié)約用水量約7.6萬m3,年節(jié)約用電量約481萬千瓦小時。10、大量采用高強度、高耐久性新型建筑材料，達(dá)到節(jié)材、節(jié)地、節(jié)約成本等綠色施工要求。鋼材的高強度化、高耐久性，已成為國內(nèi)外建筑鋼材技術(shù)的主要發(fā)展目標(biāo)。高強度、高耐久性鋼材的使用不但有利于節(jié)省鋼材，提高材料利用率和結(jié)構(gòu)安全程度，而且可節(jié)約建設(shè)成本。本工程采用HRB400鋼筋約3萬噸（圖25），占總量的83%；鋼結(jié)構(gòu)工程采用高建鋼Q345B、Q345QJ、