南京青奥中心项目关键创新技术与应用.pdf

江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤揖朱惠清铱男渊1964-冤袁中建三局集团有限公司华东公司副总经理袁高级工程师遥 组织建设了上海招商局大厦项目尧上海房产交易信息中心项目尧上海闵行九号仓库项目尧浙江省乐清市供电大楼项目尧雨润集团项目以及国优项目南京青奥中心双塔楼及裙房工程等重点项目遥 先后获评省部级科技进步奖 3 项袁专利授权 3 项袁省部级工法 4项遥 获得江苏省建筑业企业优秀建造师尧上海市工程建设质量诚信项目经理尧中建上海地区优秀共产党员等荣誉称号遥摘要文章以南京青奥中心双塔楼及裙房工程为背景袁重点阐述了超高层建筑逆作法协同控制高度尧密柱框架-核心筒无加强层结构体系尧地下密排桩柱体系尧逆作面设置尧地下结构转换体系等设计技术袁大截面高承载力工程桩尧超长超重高精度钢立柱水下暗插技术袁超深地下连续墙先置式钢箱混凝土接头尧地下竖向结构界面处理等施工技术袁智能监测和数值模拟分析技术遥关键词逆作法曰上下同步施工曰超高层 曰无加强层结构体系曰数值模拟中图分类号 TU242曰TU247文献标志码 B文章编号1005-6270渊2023冤03-0008-05Key Innovation Technology and Application at the Nanjing Youth Olympic CenterZHU HuiqingYAO ChunREN WenboLI HongkunPENG Fei渊Chinese Construction Third Engineering Bureau Co.,Ltd袁Nanjing Jiangsu 210000 China冤Abstract院Taking the twin towers and podium project of Nanjing Youth Olympic Center as the engineeringbackground,this paper focuses on the design technologies of super high-rise building,such as inverse methodcollaborative height control,dense column frame-core tube unreinforced layer structure system,undergrounddense row pile system,Inversion interface layer setting,underground structure conversion system,etc.Construction technologies,such as large section and high bearing capacity engineering piles,underwater hiddeninsertion technology of ultra-long overweight high-precision steel columns,preinstalled steel box concrete jointsof ultra-deep underground continuous wall,interface treatment of underground vertical structures,intelligentmonitoring and numerical simulation analysis technology.Key words院reversed construction method曰top-down synchronous construction曰super high rise曰unreinforcedlayer structure system曰numerical simulation南京青奥中心项目关键创新技术与应用朱惠清袁姚纯袁任文博袁李宏坤袁彭飞渊中建三局集团有限公司袁江苏南京 210000冤1工程概况1.1 工程规模南京青奥中心双塔楼及裙房工程渊图 1冤位于南京市建邺区青奥轴线和滨江风光带交点袁 总建筑面积 27.6 万袁总投资约 56.4 亿元遥 项目由两栋超高层塔楼及裙房组成袁地下 3 层袁地上 68 层袁图 1青奥项目全景图8江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤最大高度 314.5 m遥 主要建筑功能为会议中心尧五星级酒店尧5A 写字楼及配套用房等遥 工程自 2012年 4 月 21 日开工袁2018 年 10 月 11 日竣工遥1.2 工程特点工程规模宏大尧设计先进尧功能齐全尧定位高端袁 是 2014 年世界青年运动会和多届江苏发展大会的主要会议场所遥工程社会影响大尧关注度高袁为南京市重点工程尧地标性工程袁备受各界关注遥项目方案由英国的 Zaha Hadid 事务所设计袁设计新颖尧造型独特袁将南京著名非物质文化遗产野云锦冶金银编织的制线方法运用于建筑设计中袁大量采用流线型设计袁空间设计独具匠心袁多层次的透视袁多角度的倾斜袁无穷的消逝点袁使整个建筑宛如一艘帆船渊图 2冤袁在长江边等待启航遥2关键技术与创新2.1 深厚软土地区复杂环境超高层建筑逆作法结构体系创新2.1.1 超高层建筑逆作法协同控制高度设计技术超高层建筑逆作法施工过程中袁地下室底板和地下室竖向结构施工完成前袁地上结构施工高度是控制设计与施工的关键因素遥 通过科学的工期预排袁对地上地下的施工进度进行协调袁以工期为导向袁初步确定协同控制高度袁根据场地情况袁试成桩确定桩基承载力袁经结构设计校核匹配袁以施工设计交互作业的方式袁完成协同控制高度的设计遥采用时变结构离散分析方法袁进行基于混凝土材料考虑时变效应的全逆作施工全过程模拟分析遥在分析过程中袁 对超高层建筑结构进行超细化拆分袁严格按照工期计划逐级加载袁以实现计算分析对实际施工顺序的精确模拟遥经过地上地下进度的分别预排袁 形成地上地下进度一一对应的计划表袁最终得到地下室底板封闭前地上结构施工高度尧地下室后期核心筒剪力墙结构完成时地上结构高度袁作为协同控制高度遥创新提出 野超高层建筑逆作法协同控制高度冶渊图 3冤评价指标袁形成野超高层逆作法施工方案与结构设计交互式野协同设计方法遥2.1.2 创新采用密柱框架要核心筒无加强层结构体系为实现超高层建筑逆作过程中袁地上施工高度更高袁创新提出逆作法密柱框架核心筒要无加强层结构体系遥通过密柱框架核心筒无加强层结构体系设计技术的研究和应用袁克服单桩承载力对逆作法协同控制高度的不利影响袁实现了超高层建筑的高效建造遥 采用密柱框架核心筒体系袁减小了外框单桩单柱荷载袁缩小桩尧柱截面尺寸袁在深厚软土地区桩基承载力限制下袁 取得更大的协同控制高度袁有利于实现深厚软土地区超高层逆作遥采用无加强层体系袁消除了加强层对协同控制高度的影响袁增大了协同控制高度袁同时消除了多道加强层对施工总工期的占用袁缩短了地上结构工期袁避免层间刚度尧位移突变渊图 4冤遥2.1.3 逆作法超高层建筑核心筒剪力墙地下密排桩柱体系创新技术超高层建筑逆作法施工达到协同控制高度之前袁先期核心筒剪力墙不能直接将其荷载传导至筏板基础袁数十层结构所产生的荷载须采用逆作法支承体系承担袁而常规逆作法所采用的支承体系难以满足如此大的荷载需求遥图 2整体帆船造型图 3 协同控制高度渊H冤图 4加强层和无加强层位移曲线对比9江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤本项目在核心筒墙体地下部分沿墙长方向布置密排桩基袁 内插圆钢管混凝土柱并升至首层以上袁每个约束边缘构件均采用一至多根圆钢管混凝土柱支撑袁并采用环梁将柱连为整体袁形成密排桩柱结构体系渊图 5冤袁作为逆作法核心筒支承结构体系遥 从密排桩柱一体化尧稳定性尧贯通性 3 个角度出发袁明确密排桩柱纵向传力路线袁保证体系的高承载力袁并与永久结构结合转换袁形成了逆作核心筒地下密排桩柱结构体系设计技术遥2.1.4 逆作法超高层建筑逆作面设置及嵌固条件优化技术超高层建筑逆作施工一般认为越早启动地上结构施工对工程进度越有利袁于是倾向于将 B0 层作为施工界面层遥为保证超高层建筑逆作施工过程中结构的安全及工期的缩短袁创新提出野B1 层为逆作面冶设置与嵌固方案袁可实现野地下室顶板设置厚板袁接近嵌固端无限刚度的假定冶袁 满足嵌固端下一层侧向刚度比要求袁实现了逆作法施工薄弱层下移遥采用 B1 层作为界面层袁 首先完成 B1 层结构施工袁 其后向上正作袁B1 层间不设置钢筋接头袁与上部墙体混凝土结合紧密袁 保证了 B1 层结构刚度袁利于满足嵌固条件的刚度比要求袁保证结构抗震性能遥 同时袁在 B1 层作为界面层的工况下袁因为土方开挖增加了一层明挖减少了一层暗挖渊图 6冤袁加快了土方开挖进度袁快速封闭了底板以对一桩一柱进行约束袁有利于结构稳定遥2.1.5 逆作法超高层建筑地下结构转换体系设计技术逆作法地下室结构在不同的施工阶段处于全然不同的工作状态袁 无论是竖向结构的承载体系袁还是水平结构的承力方式袁甚至于结构构件本身的形态都处于转换之中袁为保证结构安全袁不仅要对结构在不同工作状态下的性能进行设计渊图 7冤袁也要对结构转换方式方法进行设计遥逆作法超高层建筑基础形式转换技术院逆作法超高层建筑底板封闭前袁上部结构达到协同控制高度时袁 所有的上部荷载均由一桩一柱体系承担曰在结构底板完成之后袁结构基础传力体系完整袁荷载转由群桩要筏板体系承担袁并随着建筑主体施工逐渐完成袁筏板尧桩体与土体相互作用协调袁达到最终承载状态遥2.2 特殊地质复杂环境超高层建筑逆作法高效建造关键技术2.2.1 大截面高承载力工程桩施工技术超高层建筑逆作法一桩一柱工程桩具有高承载力尧超长尧大截面尧高精度尧混凝土强度高的特点袁造成了一系列问题院在深厚软土地区袁高承载力桩基的沉降较大曰超长大截面桩成孔时间长袁在孔壁土压力的作用下桩孔逐渐收缩袁 造成桩径减小曰超长大截面桩钻孔扭矩大袁钻杆长度大袁在桩孔内易因土壤条件的变化发生钻杆的偏移或弯曲袁桩孔垂直度难以保证曰超长大截面桩施工周期长袁穿越多种土层袁孔壁稳定性较差袁对泥浆护壁提出了较高的要求曰高强混凝土具有黏度大尧流动性差尧坍落度损失快的特点袁难以满足超长大截面桩大方量长时间水下施工的要求遥为保证超高层建筑逆作法大截面尧高承载力工程桩施工质量袁创新采用超长入岩扩顶桩旋挖施工技术和野二次成孔技术冶渊图 8冤遥图 5密排桩柱结构体系图 6逆作土方暗挖示意图图 7转换体系有限元分析10江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤大流态超缓凝自密实水下高强混凝土的应用技术院在超长桩水下混凝土施工过程中袁导管受到极大的水压力遥 水下 C60 混凝土黏度大袁附着在管壁时袁会造成混凝土不均与下落袁导管内出现空腔袁当导管截面强度不足时袁极易发生导管压扁袁导致混凝土堵塞遥采用 4 mm 厚壁混凝土导管袁保证导管截面强度袁避免导管破坏遥 研制了野大流态尧超缓凝尧自密实水下 C60 混凝土冶袁 初凝时间控制在 12 h18 h 之间袁坍落度控制在渊220依20冤 mm袁扩展度控制在 500 mm600 mm渊图 9冤遥2.2.2 超长超重高精度钢立柱水下暗插技术自主研发的逆作钢柱人机互动实时调垂系统渊图10冤袁输出力矩大袁调垂精度高袁加工操作简便袁满足高精度超重钢立柱调垂要求袁在南京青奥工程成功应用遥南京青奥工程地下室共有 210 根钢柱袁最重钢柱近 64 t曰其中核心筒部分均为圆管柱袁外框均为方管柱袁最大截面为阴1 600伊50袁暗插柱不仅是逆作法阶段的支撑体系袁更是本工程地上部分的结构柱袁须保证倒插柱安装成功率为 100%袁确保钢柱快速尧顺利安装遥2.2.3 超深地下连续墙野先置式冶钢箱混凝土接头的施工技术地连墙的整体性尧 止水效果均受制于其薄弱处要要要地连墙接头袁解决地连墙接头薄弱问题是地连墙设计尧施工首要任务和难题遥 地连墙接头主要为后置式接头袁存在接头刚度差尧抗剪能力差尧接头易渗水尧易发生绕流尧构造复杂尧施工工序多尧接头现场吊装困难尧钢筋笼下放困难等缺点遥项目创新性提出野先置式冶域型钢箱混凝土接头渊图 11冤代替传统地下连续墙接头袁提高地连墙接头刚度袁抗剪抗弯能力袁止水抗渗能力袁有效解决接头绕流问题袁 降低地连墙超重钢筋笼吊装风险袁有利于流水施工加快进度遥2.2.4 上下同步逆作法先期后期地下竖向结构界面处理技术受逆作法施工工艺的影响袁 先期竖向结构与后期竖向结构混凝土结合难以密实遥 超高层建筑地下室核心筒剪力墙通常采用高强混凝土袁 高强混凝土黏度大尧流动性差尧含气量高袁界面施工缝更不易密实曰超高层建筑上部荷载巨大袁施工缝处混凝土薄弱区在竖向荷载作用下发生受压破坏袁 将导致后期竖向结构承载力降低曰 超高层建筑地下室核心筒剪力墙是关键的抗震防线袁 施工缝处混凝土薄弱区降低了竖向结构的剪切刚度袁将影响结构的抗震性能遥在先期后期竖向结构界面设计抗剪构造袁 提高核心筒墙体平面刚度曰 采用微膨胀自密实混凝土浇筑后期竖向结构渊图 12冤袁保证抗剪缝混凝土密实性袁减小界面空隙袁形成微细缝隙曰并经多种材料比选袁采用了高强度尧 高流淌的 FSB 灌注性黏钢胶对界面进行注胶填实袁排除了微细缝隙对结构的不利影响遥2.3 超高层逆作法施工全过程智能监测和数值模拟分析技术逆作法施工阶段数值模拟与智能监测相结合的信息化施工能够有效指导工程施工遥通过数值模图 8扩顶桩+二次成孔图 9C60 水下混凝土坍落度图 10 人机互动实时调垂系统图 11野先置式冶域型钢箱混凝土接头11江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤拟与监测数据的对比分析袁得出一桩一柱的竖向位移及结构应力平均差异百分比基本控制在 10%以内遥 全逆作施工的施工模拟分析结果与建筑施工实测数据基本对应袁一定程度上反映了施工过程中的竖向位移与结构应力的变化趋势袁验证了施工过程设计的合理性尧安全性与经济性遥渊1冤钢管柱竖向位移智能监测技术对塔楼钢管柱进行监测袁核心筒与外框柱沉降变化具有相同的曲线特征渊图 13冤袁内尧外筒沉降差值小于 9 mm袁沉降差增量随时间逐渐变小袁沉降差最终趋于稳定袁保持在 9 mm 范围内遥渊2冤钢管柱竖向位移数据分析技术经数据整理分析袁内筒和外框钢管柱沉降速率有着相同的规律渊图 14冤遥 底板封闭前袁沉降速率较大袁底板施工养护期间袁沉降速率下降袁底板施工完成两个月后袁沉降速率稳定遥 底板封闭后沉降速率约为底板封闭前 1/3遥渊3冤逆作法塔楼钢管柱数值模拟与实测数据的对比分析数值模拟分析结果与实测数据的施工全过程竖向位移尧结构应力变化过程中的最大差异值进行整理分析渊图 15冤院竖向位移最大绝对差异值为 3.2 mm袁一桩一柱结构应力最大绝对差异值为 18.6 MPa袁 差异百分比基本控制在 20%以内遥 理论数据与实测数据的变化趋势基本一致袁数值吻合较好遥3综合效益3.1 应用推广南京青奥中心双塔楼及裙房工程成功应用了复杂环境超高层上下同步逆作法高效建造关键技术袁实现了 21 个月内完成桩基至 314.5 m 超高层塔楼结构封顶的最快施工记录袁 是全球首例超 300 m塔楼上下同步全逆作法施工案例袁对行业发展和技术进步具有显著的推进作用遥继南京青奥中心双塔项目后袁该技术又陆续运用在广州恒基中心尧南京金陵中环尧杭州萧山国际机场等标志性的逆作法工程中袁得到了大量的工程实践遥3.2 获奖情况本工程先后获得中国钢结构金奖尧国家优质工程奖尧LEED 金奖等 30 余项荣誉遥 获得华夏奖等省部级科技进步一等奖 3 项尧发明专利 3 项尧实用新型专利 5 项尧论文 9 篇遥 科技成果经鉴定整体达到国际先进水平袁其中超高层建筑密柱框架要核心筒无加强层结构体系在逆作法中的应用技术和大直径超深水下 C60 混凝土钻孔灌注桩成桩技术两项成果达到国际领先水平遥3.3 社会效益项目荣获世界高层建筑与都市人居学会最佳高层建筑奖尧最佳建造奖尧最佳室内设计奖袁投入运营以来袁相继承办了青奥会尧江苏发展大会等多场大型活动袁结构安全可靠袁设备运转正常袁节能环保袁运行良好袁得到业主及社会各界的一致好评袁为城市建设注入了新活力遥图 12二次浇筑示意图图 13钢管柱竖向位移监测数据图 14 钢管柱沉降增幅渊mm/期次冤图 15钢管柱数值模拟与实测数据对比分析12