浅谈中国超高层建筑施工中的几个问题

摘 要：城市的金融商业中心寸土寸金，黄金地段的大楼必然向超高层发展。中国建造高楼的热潮是从率先改革开放的广东开始的，上海后来居上，进入21世纪以后，中国经济的飞速发展，带动了城市天际线迅速向上增长，这种热潮很快从东部城市向中、西部城市发展。在经济实力、城市形象、房地产等杠杆作用下，中国在建超高层建筑的数量已经占世界在建总数的80%以上。每一栋超高层建筑都是一个国家和地区建筑水平、科技水平、经济实力的体现。该文将以长沙国际金融中心为例，谈谈在超高层建筑施工中的基坑、混凝土、核心筒和外框柱、玻璃幕墙和动臂塔吊等几个问题。

关键词：超高层建筑 长沙国际金融中心 施工

中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0160-02

1 长沙国际金融中心的基坑施工

1.1 基坑施工的特点

长沙国际金融中心是452 m的摩天大楼，建造它要使用6万吨钢、20万立方米混凝土、11万平方米的玻璃幕墙，自重将会达到62万吨。为了让地面上的楼体站的稳固，超高层建筑都会下挖很深的基坑，基坑的深度一般不小于大楼地面高度的1/15，也就是说400 m高的楼至少要有30 m深的基础。长沙国际金融中心的基坑深度是32.5 m，局部深度达到42.45 m。

1.2 基坑施工的难点

长沙国际金融中心施工工地的西侧是同样正在施工的长沙市地铁1号线，所以就形成了两个坑的交界施工。并且工地旁边还有3栋100多米高的南北呈品字形的大楼，3栋大楼不仅在基坑的边线之内，而且离基坑的距离只有7 m，如果按照常规的施工方法垂直下挖，只有7 m的薄薄土层必将承受不住百米高楼那数万吨的重量。

建筑业曾经出现过原有建筑压垮基坑，甚至原有建筑倒塌的严重事故，而长沙国际金融中心周围有3栋百米高楼，基坑只要开挖，周围的大楼就有下沉甚至垮塌的危险。

1.3 基坑施工的方法

逆作法就很好地解决了这一问题。一般来说，逆作法有以下几种分类：全逆作法、半逆作法、分层逆作法和部分逆作法。长沙国际金融中心工程采用的是部分逆作法，传统工艺应该是把土挖完，从下往上盖，而部分逆作法采取的方法是中间往上盖，两边从上往下盖。也就是说在离建筑保持一定距离情况下，在基坑的中心位置斜向一次开挖到预定深度，而南北两侧保留一部分地基，这样就利用土体自身的重力来对斜坡进行缓压，用形成的护坡保障原有3栋大楼的地基稳固，因为这3栋楼的基础都是浅于长沙国际金融中心的基坑的。中心岛挖到预定深度以后，从下往上建造大楼主体，当主体部分混凝土浇筑至地表以后，在地面铺设附属建筑部分的楼板，然后一反常态，掏挖地下一层的土方，浇筑该层的承重柱和外墙，形成从大楼主体，通过楼板支撑基坑的稳定结构，从而有效抵挡周边原有3栋大楼的压力。就这样，建设者一层一层向地下施工，直到设计的负5层底板位置。

2 长沙国际金融中心混凝土的运输

2.1 混凝土的选择

建筑施工从地下42 m到地上452 m一共使用了50万立方米不同配比的混凝土，每一种混凝土的配合比都是工程技术人员经过多次实验精确计算出来的。高度为452 m的1号塔楼自身重量达到62万吨，施工中要使用标号为C70的高强度混凝土。C70混凝土的黏度比较大，如果不提前去控制它，不去对它的配合比进行优化的话，很难在浇筑过程当中，对它的影响因素进行排除。这不仅对混凝土的配比要精确计算，而且还要考虑运输的时间。

2.2 混凝土运输的特点

长沙国际金融中心有两座超高层塔楼，其中一号塔楼仅混凝土就使用了20万立方米，也就是说塔楼每一层要使用上千立方米的混凝土。传统的做法是使用吊车运送，但在几百米的超高层建筑上，这种方法显然不行。

2.3 混凝土运输的方法

长沙国际金融中心1号塔楼高度是452 m，工程所用的混凝土采用的是一泵到顶的技术，是用高压泵送车输送混凝土的方法。它的工作原理与抽水机相仿，利用泵体产生的巨大壓力，将混凝土压入泵管，通过垂直架设的输送管道将混凝土泵送到几百米高的工作面上。中国建设高层和超高层建筑的初期，混凝土主要靠吊车输送，随着中国经济的迅猛发展，超高层建筑在各个城市大量出现，中国生产的泵送设备逐渐取代了国外产品。2015年，深圳平安金融中心建筑工地，使用三一重工生产的泵车成功地将高强度混凝土泵送到1 000 m的高度，这标志着中国建筑行业已经具备了建造1 000 m超高层建筑的能力。

2.4 混凝土运输的设备

由于混凝土粘稠度大，里面又有石子骨料，所以超高层建筑的泵送压力是非常大的。为了满足452 m这样的高度，工程技术人员在设备选择上选用的是超高压泵，它的泵送压力是48 MPa（兆帕是工程上使用的压力单位，1 MPa约为每平方厘米的压力为10 kg），也就是说，长沙国际金融中心使用的超高压泵车，像人手指甲盖大小的面积上产生的压力就能够达到480 kg。

3 核心筒和外框柱

目前，超高层建筑通常都采用竖向核心筒、外框柱和组合楼板的结构。

3.1 核心筒的作用和特点

核心筒作为大楼支撑与楼板外的钢柱一同作为大楼的受力体系。

超高层建筑核心筒一般采用钢筋混凝土浇筑，承受超高层建筑的水平荷载（风荷载），并与结构柱共同传递建筑物的竖向载荷。核心筒侧壁一般为较厚的剪力墙，为了确保结构的整体刚度，其开口的位置和尺寸都受到结构受力及规范要求的限制，通常尽量居中，不宜开设较大的洞口。核心筒内部，结合楼梯、电梯、设备用房的划分，设有剪力墙等构件与侧壁相连，它们与层间结构梁板共同提高核心筒的整体刚度。

3.2 桁架层施工的难点及解决办法

为了加强楼体的抗风抗震能力，超高层建筑还会设计加强层，一般使用伸臂桁架和腰桁架。452 m高的1号塔楼设计了5道桁架层。桁架层的钢构件总数有873件，重达4 100多吨，最大的单体构件有36 t。桁架层的钢构件不仅又大又重，而且与外框立柱的连结点非常复杂，在安装过程中的焊接以及吊装和就位是非常困难的。为了在吊装中一次准确到位，常规的做法是在地面预拼装一个实际大小的构件，检验施工中种种可能出现的问题，但这样做费时费工，还要浪费几十吨钢材。长沙国际金融中心项目成功地使用BIM技术（BIM是建筑信息模型的英文缩写，建筑界称之为BIM技术）解决了这个难题。20世纪70年代，受全球石油危机影响，美国乔治亚理工大学的伊斯曼教授提出在计算机上完成建筑的虚拟施工，以便提高工程建筑效率。20年前，中国已经把建筑信息模型技术引入建筑业，现在许多公司都有自己的专业技术人员。

4 玻璃幕墙

4.1 玻璃幕墙的特点

随着生活水平的提高，人们对建筑工程的要求不仅仅局限于结构功能，同时还应达到个性、美观等要求；在实现基本结构功能的同时，还应带来更强烈的视觉效果。玻璃幕墙是一种现代建筑外部防护结构，除了具备遮挡、采光以及隔热保温等特点外，在结构外形上要具有更大的多变性，可以更好地提高建筑工程建设综合效益。与传统建筑外墙结构相比，超高层建筑选用玻璃幕墙建设方式进行施工，可以更好地降低建筑物自重，并且具有较强的变位适应性，减轻地震灾害，提高建筑工程的安全性。

4.2 玻璃幕墙的选择

长沙国际金融中所使用的玻璃幕墙由铝合金外框和节能玻璃组成，在幕墙制作工厂里按照规定尺寸把镀上防紫外线膜的双层玻璃装上鋁合金外框运到工地安装。23万平方米的购物中心楼顶，这里的玻璃选用了民用建筑等级最高的安全玻璃。安全方面主要是在玻璃出场之前，玻璃都进行过热浸处理，降低玻璃自爆的几率。其次采用了双层的夹胶玻璃，这样两片玻璃通过胶膜夹在一起，使得玻璃的安全性能更高，甚至几个成年人在上面蹦跳都没问题，而且玻璃即使是破了也不会发生掉落的情况。

5 “内爬式”动臂塔吊

长沙国际金融中心所使用的是目前中国最先进的“内爬式”动臂塔吊，两台“内爬式”动臂塔吊安装在了核心筒的顶端，那里是建筑工地最高的工作岗位。

5.1 “内爬式”动臂塔吊的特点

“内爬式”动臂塔吊与一般常规塔吊相比，主要有以下几个特点。

（1）“内爬式”动臂塔吊起重量大、稳定性好。

（2）采用“内爬式”，整体爬升，每当核心筒升高到一定高度，动臂塔吊就依靠两条固定在墙壁上的轨道，将最末一节车架提升固定在新的位置，吊车架依次提升，最终实现塔吊的自我爬升，节省了塔吊标准节以及附着件的租赁费用。

（3）进行“内爬式”整体爬升，不需要增加标准节，塔吊的最大起升高度只与建筑物的施工高度有关系。

（4）“内爬式”动臂塔吊需要增加内爬框以及内爬支撑钢梁。

5.2 超高层建筑在使用动臂塔吊时的难点

超高层建筑的塔吊司机因为楼梯的遮挡，只能看到核心筒工作面上狭小的范围，遇到雨雾天气，连几十米远的核心筒也难以看到，因此在工作时经常进行盲吊。盲吊是指什么都看不见，就能够把物品在几百米之下从地面上准确无误地吊到空中并运送到位。这凭靠着塔吊司机平时的一些经验和塔吊的一些数据以及地面的指挥。

6 结语

近10年间，随着我国经济的飞速发展，超高层建筑犹如雨后春笋般大量出现在各城市的中心区。但因发展时间不长，我国目前对超高层建筑基坑、核心筒、混凝土运输、幕墙及塔吊部分的研究并不多。文章希望通过对长沙国际金融中心施工中遇到的一些问题和解决的办法，提出一些成熟的经验，为今后的项目设计提供一些前瞻性思考。

参考文献

[1]唐兰.超高层建筑玻璃幕墙的施工技术研究[J].幕墙专栏，2014（11）：22-23.

[2]张文光，刘莉莉.“内爬式”动臂塔吊在超高层建筑钢结构安装中的应用[J].施工与组织管理，2014（4）：69-72.

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