400m以上超高層建設(shè)發(fā)展面臨的新課題（共51頁圖文）

1、400米以上超高層建筑建設(shè)發(fā)展面臨的新課題張希黔中建總公司施工技術(shù)專業(yè)委員會 主任重慶大學(xué)現(xiàn)代施工技術(shù)研究所所長2012年10月 天津高層及超高層建筑的定義：高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定10層及10 層以上的居住建筑及高度超過24米的公共建筑為高層建筑。國際上一般把高度超過30層或100m以上的高樓稱之為超高層建筑。1972年8月在美國賓夕法尼亞洲的伯利恒市召開的國際高層建筑會議上，專門討論并提出高層建筑的分類和定義。其中超高層建筑定義為40層以上（高度100米以上）。根據(jù)我國民用建筑設(shè)計通則定義建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。1.已建典型超高層建筑簡介1.1上海環(huán)球金融中心上海

2、環(huán)球金融中心塔樓地上101層，地面以上高度為492m，地下3層，總建筑面積381600m2。 主體結(jié)構(gòu)采用由巨型柱、巨型斜撐以及帶狀桁架構(gòu)成的三維巨型框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)和構(gòu)成核心筒和巨型結(jié)構(gòu)柱之間相互作用的伸臂鋼桁架組成的三重結(jié)構(gòu)體系。 1.已建典型超高層建筑簡介1.2廣州珠江新城西塔廣州珠江新城西塔建筑高度432m。主塔樓為鋼筋混凝土核心筒和鋼結(jié)構(gòu)外框筒組成的筒中筒結(jié)構(gòu) 中央電視臺新臺址主樓建筑建筑面積47.3萬平方米，地下三層，地上五十二層，高237m，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)14萬噸。塔樓外框筒由水平邊梁和雙向傾斜柱、支撐形成三角形單元模塊，外框筒與屋頂連接成整體，形成主樓的主要抗側(cè)力

3、結(jié)構(gòu)體系。兩座塔樓各自整體雙向傾斜6，內(nèi)部核心筒及內(nèi)柱豎直。懸臂結(jié)構(gòu)共14層，從塔樓37層至頂層外伸，懸臂底面為水平，標(biāo)高162.200m，頂面與塔樓屋頂位于同一個傾斜面內(nèi)。塔樓1懸臂外伸67.165m，塔樓2懸臂外伸75.165m。央視主樓效果圖1.已建典型超高層建筑簡介1.3中央電視臺新臺址主樓深圳京基100大廈1.已建典型超高層建筑簡介1.4深圳京基100大廈 深圳京基100大廈位于深圳市羅湖區(qū)紅寶路南側(cè)，地下 4層，地上100 層，建筑總高度 441. 8m，總建筑面積約24萬平方米，是目前中國大陸第三高樓?？蚣?核心筒結(jié)構(gòu)。東塔夜景效果圖2.新接在建典型超高層建筑簡介2.1廣州珠江新

4、城東塔 廣州珠江新城東塔，總建筑面積507681平方米，建筑物總高度為530米。 塔樓結(jié)構(gòu)形式為帶加強(qiáng)層的鋼管混凝土巨柱框架筒體結(jié)構(gòu)。東塔鋼結(jié)構(gòu)主要分布1外 框鋼結(jié)構(gòu)外框筒鋼柱樓層鋼梁桁架層鋼結(jié)構(gòu)2核心筒鋼結(jié)構(gòu)核心筒鋼板剪力墻核心筒勁性鋼柱3裙 房鋼結(jié)構(gòu)裙房多功能廳屋面桁架連廊鋼梁2.新接在建典型超高層建筑簡介2.2武漢綠地中心 武漢綠地中心高606米，共124層，總建筑面積30萬平方米。2.新接在建典型超高層建筑簡介2.3天津117大廈 天津117大廈 地下3層，地上117層，總設(shè)計高度570米以上，規(guī)劃建筑面積183萬平方米，預(yù)計投資270多億元人民幣。2.新接在建典型超高層建筑簡介2.4

5、深圳平安國際金融中心大廈 深圳平安國際金融中心大廈總建筑面積378600平方米，高度為塔頂646米，屋面588米，共115層。2.新接在建典型超高層建筑簡介2.5武漢中心王家墩中央商務(wù)區(qū)“武漢中心”， 設(shè)計高度428米，共88層。2.新接在建典型超高層建筑簡介2.6重慶瑞安嘉陵帆影 二期塔樓99層，三期塔樓34層，裙樓6層，建筑高度468米，總建筑面積500710平方米。三期塔樓：34層，總高度174.8米。二期塔樓：99層，總高度468米。裙樓：6層，總高度40.33米。超高層建筑施工的基本經(jīng)驗：一、受力特征：與高度H的關(guān)系（1）垂直受力與高度H成正比（2）彎矩與高度H2成正比（鋼板剪力墻問

6、題）（3）變形與高度H4成正比（阻尼器問題）H廣州東塔鋼板剪力墻（3）變形與高度H4成正比（阻尼器問題）二、深基坑施工深基坑與周邊環(huán)境超高層與裙樓沉降差處理逆作法大體積砼裂縫控制三、主體結(jié)構(gòu)施工（1）施工部署及施工順序是否合理三、主體結(jié)構(gòu)施工（2）主要施工設(shè)備選擇中央電視臺及深圳證券工程M1280D塔吊、上海環(huán)球金融中心工程M900D及M440D塔吊、廣州西塔工程M900D塔吊、京基100大廈工程M900D塔吊、沈陽恒隆工程ZSL2700塔吊、太原湖濱工程ZSL1000塔吊，形成了超高層建筑施工中的大噸位動臂式塔吊的施工技術(shù)集成。（3）砼核心筒的爬模核心筒上平臺爬模系統(tǒng)核心筒下平臺爬模系統(tǒng)（4

7、）鋼結(jié)構(gòu)施工鋼結(jié)構(gòu)吊裝鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接 鋼結(jié)構(gòu)工程少量塔樓外框筒鋼柱因超重，按設(shè)計不能再分節(jié)，必須對節(jié)點進(jìn)行分離吊裝，在節(jié)點分離部位形成長達(dá)14.88m的超長斜立向焊縫，見左圖。 在最大節(jié)點部位焊縫金屬填充量為1100公斤（兩條對稱焊縫），需要52名合格焊工連續(xù)焊接約70小時才能完成。根據(jù)規(guī)范要求在焊接完48小時后用超聲波對焊縫進(jìn)行夾渣、氣孔、裂紋等內(nèi)部缺陷探傷檢測，15天后用超聲波進(jìn)行延遲裂紋檢測，以確保焊接質(zhì)量。 超高層建筑建設(shè)發(fā)展應(yīng)考慮的主要方面：400米以上超高層建筑建設(shè)安全功能綠色環(huán)保施工方案優(yōu)化11.超高層建筑對環(huán)境影響分析及控制10.虛擬現(xiàn)實施工技術(shù)的新發(fā)展及應(yīng)用8.溫度等間接作用

8、對超高層建筑施工的影響及控制7.超高層建筑施工期風(fēng)致響應(yīng)及控制技術(shù)9.基于測量機(jī)器人的4D空間信息定位控制技術(shù)6.超高層建筑鋼、混凝土豎向變形控制研究2.超高層建筑施工期及正常運營期結(jié)構(gòu)抗火安全技術(shù)5.超高層建筑施工期性能實測及工況轉(zhuǎn)換1.超深地下工程施工對環(huán)境安全影響研究12.400米以上超高泵送混凝土集成技術(shù)研究3.鋼板剪力墻混凝土裂縫問題4.超高層建筑抗震設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)1.超深地下工程施工對環(huán)境安全影響研究1.1地鐵振動對地下永久結(jié)構(gòu)施工期及運營期影響研究深圳星河發(fā)展中心1.超深地下工程施工對環(huán)境安全影響研究地鐵交通荷載研究地鐵振動在土體介質(zhì)中的傳播規(guī)律研究地鐵振動對地下結(jié)構(gòu)影響問題研究（

9、實測及分析）地鐵振動舒適度問題的研究（實測及分析）振動對周邊環(huán)境影響實測 1.超深地下工程施工對環(huán)境安全影響研究1.2當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件下超深基坑破壞模式研究基于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，研究超深基坑開挖過程及相關(guān)施工全過程：土（石）的變形規(guī)律及破壞機(jī)理分析原因，制訂合理方案1.超深地下工程施工對環(huán)境安全影響研究1.3超深基坑土、支護(hù)墻（樁）體相互作用規(guī)律研究控制基坑變形，優(yōu)化方案設(shè)計的要點 隨著我國建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，建設(shè)工程現(xiàn)場火災(zāi)數(shù)量呈增多趨勢，火災(zāi)危害呈增大趨勢。超高層建筑施工期及正常運營期結(jié)構(gòu)抗火安全研究十分重要。上海環(huán)球金融中心施工期火災(zāi)央視新址配樓施工期火災(zāi)2.超高層建筑施工期及正常

10、運營期結(jié)構(gòu)抗火安全技術(shù) 正常運營期應(yīng)減少火災(zāi)危害，改善結(jié)構(gòu)抗火性能，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全。9.11事件中的美國世貿(mào)雙塔莫斯科電視塔高層起火（2000年）裂縫呈方格網(wǎng)狀裂縫密集數(shù)量多裂縫寬而深裂縫特點3.鋼板剪力墻混凝土裂縫問題裂縫產(chǎn)生的主要原因（1）剪力墻鋼板面大，而且對混凝土約束強(qiáng)；（2）混凝土強(qiáng)度高（C80、C60）；（3）早期失水收縮大；（4）配合比優(yōu)化不夠；建議措施（1）對鋼板及混凝土進(jìn)行實體測試，探明鋼板及混凝土收縮與約束情況；（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計：增加細(xì)而密的鋼筋網(wǎng)片構(gòu)造措施；（3）優(yōu)化配合比，減少水泥用量，使用優(yōu)質(zhì)膨脹劑等；（4）加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)：自養(yǎng)護(hù)、噴水養(yǎng)護(hù)等；（5）優(yōu)化模板構(gòu)造，

11、模板內(nèi)側(cè)加海綿內(nèi)襯；（6）優(yōu)化鋼板剪力墻混凝土澆筑方案：如探討跳倉法施工、合理設(shè)置誘導(dǎo)縫等。結(jié)構(gòu)行為與控制抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)？結(jié)構(gòu)抗震性能合理損傷破壞機(jī)制？大震下破壞準(zhǔn)則：變形控制？巨震倒塌合理機(jī)制？合理設(shè)計地震動地震動的長周期特性地震動的空間相關(guān)性地震動的隨機(jī)性設(shè)計地震動參數(shù)輸入系統(tǒng)輸出結(jié)構(gòu)分析與數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)非線性行為的模型化方法非線性分析方法巨震倒塌數(shù)值模擬高大柔多抗震設(shè)計與措施大震設(shè)計方法抗震措施抗倒塌設(shè)計方法與措施消能減震技術(shù)應(yīng)用4.超高層建筑抗震設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)超高層建筑合理倒塌模式與控制措施研究超高層建筑倒塌模式合理性評價方法研究超高層建筑基于時空需求的合理倒塌模式研究超高層建筑倒塌模式影響

12、因素與保障方法研究超高層建筑抗巨震倒塌設(shè)計方法研究提出并建立四水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)世貿(mào)雙塔倒塌（54min時間逃生和垂直倒塌）汶川地震某建筑倒塌（粉碎性） 考慮施工過程中，結(jié)構(gòu)體系不同、施工荷載不同等，導(dǎo)致施工工況與設(shè)計工況有顯著不同，進(jìn)行超高層建筑施工期性能實測研究，保證施工過程安全，控制對結(jié)構(gòu)正常使用期受力的潛在影響。深交所項目5.超高層建筑施工期性能實測及工況轉(zhuǎn)換 鋼與混凝土豎向變形差異會影響施工質(zhì)量控制，潛在影響結(jié)構(gòu)正常受力性能，一直是超高層建筑研究的熱點問題之一。中山國際金融中心6.超高層建筑鋼、混凝土豎向變形控制研究 超高層建筑，向著高聳化、復(fù)雜化、柔性化和低阻尼方向發(fā)展,這使得其固有頻率

13、越來越接近強(qiáng)風(fēng)的卓越頻率,對風(fēng)的敏感性越來越強(qiáng)；對于剛度較柔的超高層建筑結(jié)構(gòu)而言,風(fēng)荷載往往起主要作用； 超高層建筑在紊流風(fēng)作用下的響應(yīng)非常復(fù)雜，風(fēng)與超高層結(jié)構(gòu)的流-固相互作用是土木工程領(lǐng)域的世界級難題。 施工期間，雖然受風(fēng)面尚沒有完全形成，但結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，風(fēng)荷載會對施工期結(jié)構(gòu)及幕墻裝飾等產(chǎn)生較大的影響，必須進(jìn)行合理控制。7.超高層建筑施工期風(fēng)致響應(yīng)及控制技術(shù) 溫度、日照、濕度等間接作用對施工期結(jié)構(gòu)及裝飾構(gòu)件受力產(chǎn)生較大的影響，影響施工質(zhì)量控制，潛在影響這些構(gòu)件的受力性能。幕墻疲勞試驗8.溫度等間接作用對超高層建筑施工的影響及控制 4D三維+時間。 基于測量機(jī)器人、GPS、虛擬仿真、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)

14、庫及多媒體等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合建筑的屬性信息、時間信息，深度開發(fā)和利用空間信息，用于超高層建筑空間精確定位。9.基于測量機(jī)器人的4D空間信息定位控制技術(shù) 建筑虛擬施工技術(shù)是將以虛擬現(xiàn)實為基礎(chǔ)的仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑施工領(lǐng)域，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立建筑物的幾何模型和施工過程模型，對施工方案進(jìn)行實時、交互、逼真地模擬，驗證對比和優(yōu)化，進(jìn)而采用數(shù)字化手段制定和修改施工方案，并逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的施工方案編制方法。上海正大廣場10.虛擬現(xiàn)實施工技術(shù)的新發(fā)展及應(yīng)用虛擬現(xiàn)實施工技術(shù)的新發(fā)展： 高性能計算機(jī)的出現(xiàn)及應(yīng)用重慶大學(xué)曙光高性能計算機(jī)高性能軟件的出現(xiàn)及應(yīng)用虛擬現(xiàn)實施工技術(shù)應(yīng)用的普通化湖北二師圖書館虛擬施工BIM：Building Information Modeling 通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，在這里信息不僅是三維幾何形狀信息，還包含大量的非幾何形狀信息，如建筑構(gòu)件的材料、重量、價格和進(jìn)度等等。建筑全壽命周期BIM世博會中國館（復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)、工期緊迫）應(yīng)用了設(shè)計BIM技術(shù)對空氣流動等環(huán)境的影響（重慶大學(xué)主樓CFD）11.超高層建筑對環(huán)境影響分析及控制嘉陵江基坑工程施工對周邊環(huán)境的影響及控制（深圳星河發(fā)展中心）12.400米以上超高泵送混凝土集成技術(shù)研究11.1高性能混凝土超高泵送實體測