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聚焦首个采用斜交网格新型结构体系建成的广州国际金融中心工程(广州西塔)

2020年01月09日

打印专业人士:叶浩文   来源:建筑工业化装配式建筑网(ID:ind-building)

一、工程概况


广州国际金融中心为集办公、酒店、休闲娱乐为一体的综合性商务中心,位于珠江大道西侧、花城大道南侧,西边毗邻富力中心,南边为第二少年宫。工程总建筑面积45万m²,包括四层地下室(局部五层)、5层裙楼、两栋28层的附楼和一栋103层的主塔楼组成,其中主塔楼总高度440.75米,平面呈三角拟合弧状心形,立面为中间粗两端细的梭形,整体造型设计为光滑通透的水晶(如图8.13.1 广州国际金融中心全景)。


图8.13.1 广州国际金融中心全景


结构形式采用斜交网格新型结构体系,在国内外尚属首例,在设计、施工过程中无规范可循,设计师要求采用2根钢管混凝土柱空间相贯,在柱轴线交点处截面面积最小,所受轴力最大。广州国际金融中心首次应用了一个新型“X”节点,利用竖向放置的椭圆形拉板连接4根相贯的钢管,节点区内钢管壁适当加厚,细腰处设置水平加强环,该节点形式简洁,受力明确,便于管内混凝土浇灌施工。


其中主塔楼结构体系为筒中筒混合结构,核心筒为钢筋混凝土结构,外框筒为钢结构,其中外框钢柱为巨型斜交网格体系,每27米高度为一个节段,共17节,每节由15个“X”形节点和30根倾斜钢柱组成,钢管直径由底部的1.8米逐渐过渡为顶部的0.8米,钢管内灌注C70~C90的超高性能混凝土;混凝土核心筒在67层上下存在结构体系的转变,67层以下为六边形规则设计,67~74层为结构过渡层,74层以上核心筒结构变为自身不能稳定的倾斜弧形薄墙结构;内外筒之间为钢梁组合楼盖,楼盖采用永久性钢筋桁架肋钢模板。


外围护采用全幕墙结构,内隔断为混凝土砌块墙与轻质隔板墙。并设计有消防、通风、空调、强弱电、给排水、真空垃圾等配套机电系统。


二、一体化建造技术与创新


1.超高层智能化整体顶升工作及模架系统的创新应用


(1)“空中造楼机”一体化工作平台


根据“主受力体系高空不变”的理念,本系统在低于施工层两层高度范围内设置3-5套顶撑结构,其通过支撑与设置在施工层上一层高度的大钢平台连接,形成一个稳定的钢骨架,平台上部可堆放大宗钢筋、消防水箱、布料机等施工料具,平台下部设置有可滑动、可调节的结构挂架和模板系统(如图8.13.2所示)。


图8.13.2 大钢平台和支撑点


(2)“长行程”顶升


顶升油缸一个行程即可顶升一个结构层,5米层高的顶升工序在2个小时内即可全部完成,彻底简化了顶升程序,实现智能化,确保施工质量、安全,显著提高了顶升速度(如图8.13.3所示)。


图8.13.3 智能化控制系统


(3)可变模架系统


根据“模架体系高空易调”的理念,可调节并能沿轨道滑动的模架系统,满足横竖向高度精确调整的要求,并实现了模架系统的支、拆的有轨作业。


工作平台下部设置通向工程结构各个变化范围的轨道,模架全部通过导轮挂设在轨道上,实现结构变化到什么地方,模架就能滑动到什么地方(如图8.13.4所示)。


图8.13.4 可调节的挂架系统


设计了可调节高度并能沿轨道滑动的模板吊杆装置,满足模板竖向高度精确调整的要求,并实现了模板支、拆的有轨作业(如图8.7.5所示)。


8.13.5 可调节的模板系统


(4)施工电梯27米的自由升降高度


采用平面钢桁架连接,使三部施工电梯成为一个整体,保证受力不变,整体结构稳定,加大电梯的自由提升高度,增强安全性(如图8.13.6所示)。


图8.13.6 自由升降施工电梯27米高度


2.4D-BIM创新综合技术


广州国际金融中心工程量巨大、工期非常紧张、场地非常狭小、施工难度大、专业分包多,总承包协调管理难度大,基于上述特点,项目团队结合BIM技术开发了符合工程特点的全新BIM综合技术应用管理体系,取得了显著效果。


(1)4D-BIM技术在项目管理系统中的创新应用


1) “4D”管理系统


用计算机辅助软件建立起工程的立体三维模型,引入时间维度,随着时间及现场施工进度的变化,施工状态和各种信息随之变化,实现整个施工过程的可视化模拟,从而可针对性的对进度计划及现场施工管理做出调整及问题规避(如图8.13.7~8所示)。


图8.13.7 动态可视化模拟界面


图8.13.8 全过程计划与实际比照界面


2) 成本管理系统


主要包括模拟、优化项目成本结构;对工程分组、分解进行成本计划;进行成本计划跟踪管理、对实际费用超支情况进行预警;预算与实际成本对比分析;成本动态跟踪管理、预测与利润分析等。


3) 合同管理系统及权限查询系统


主要进行合同策划,实现合同分类管理;执行严格的合同审批流程;自动化处理各种合同业务;严格、实时控制合同费用;全方位、全周期的管理合同所有环节。


项目信息管理系统还专门设置了权限查询模块,根据不同岗位、不同职位设置相应权限,进行进度、合同、成本、材料等信息的查询。确保项目在不同层次、不同部门中形成系统性运作。


(2)应用 BIM 技术建立三维模拟测量控制网体系


应用 BIM 技术,通过三维模拟核心筒施工,外侧钢结构吊装,建立虚拟仿真模拟测量系统,科学校核主控测量网、核心筒测量网、空间钢结构测量网体系。


(3)全仿真模拟分析技术应用


运用 BIM 技术对整个建造过程进行全过程模拟验算,计算分析出每个施工阶段各构件内力及变形是否超出设计值,是否需要采取临时加固措施;预测重点控制部位和工序以及整体工序安排是否存在缺陷或优化空间(如图8.13.9~10所示)。


图8.13.9 核心筒倾斜弧形墙体应力与变形模型


图8.13.10 风荷载下结构位移分布图


本工程为超高层建筑,外筒在施工过程中受温度变化影响较大, 因此对广州市的原始气象资料作针对性的分析,通过施工时的针对性技术措施将气象环境影响降至最低(如图8.7.11所示)。


图8.13.11 日照作用下结构变形模型


应用 BIM 技术仿真模拟分析地震荷载对结构的影响,将整个施工步骤分成三大部分,分别在67层以下主体施工、67层以上主体施工和结构封顶后三个阶段计算地震作用对施工过程中结构的影响,将以图解形式详细描述(如图8.13.12所示)。


图8.13.12 第一部分地震作用位移图


另外,通过4D-BIM技术应用,采集项目施工过程中的原始信息,优化传统运营流程,完善运营阶段各项指标及维修保养计划。


3.超高层工业化建造


广州国际金融中心工程通过工业化施工,不仅顺利按期完成了工程任务,而且工程质量也达到了较高的水准。主要包括工厂化加工现场组装的集成装配式装饰施工,有效减少了现场作业量,减少施工工序,提高施工工效,减少现场施工工人和材料运输量,缩短施工工期;利用装饰材料构件的加工组装能力和加工精度,让计算机控制的专用机器设备来完成大量的、重复的、高精度的加工,通过人来设计和指挥生产,来整合各种繁多、复杂的材料精细化加工生产。



(1)巨型超高斜交网格钢管柱加工、制作工业化


通过对设计图纸的认识及深化,将钢管柱合理分段,并在场外进行批量加工制作,然后运入场内进行吊装,从而达到提高工作效率,保证施工质量及安全的目的。


(2)室内墙面进口氧化铝板安装施工工业化


将L型钢角码与U型钢制龙骨之间采用螺栓连接(利用孔位进行三维调节),利用氧化铝板块侧面的预先开好的挂口,将板块直接在U型龙骨上挂装(如图8.13.13氧化铝板安装示意图和图8.13.14 L型钢角码与U型钢制龙骨连接)。


图8.13.13 氧化铝板安装示意图


图8.13.14 L型钢角码与U型钢制龙骨连接


(3)暗架调节式氟碳喷涂铝板天花施工工业化


比原常规做法增加了一个调节装置,可以自由伸缩调节,解决了施工过程中由于无胶缝、板块缝隙小所造成的施工难度。同时,在氟碳喷涂铝板背面安装背面加强龙骨,一方面增强铝板的强度,另一方面用于调节铝板的平整度(如图8.13.15所示)。


图8.13.15 暗架调节式氟碳喷涂铝板安装示意及预拼装


(4)核心筒电梯厅天花A级白色透光软膜套装开启式安装


将主龙骨固定在基层灯箱内,并A1级透光软膜安装在副龙骨上,利用一个连环锁扣,将主龙骨与副龙骨连接起来。连环锁扣起到开启、关闭的作用。当推动整个软膜面层时,整个软膜将会利用锁扣吊扣起来;当拨动连环锁扣的拨片时,可将软膜面层整个拆卸下来(如图8.13.16所示)。


图8.13.16 天花透光软膜套装开启式安装示意及组装


(5)幕墙施工工业化


按照施工图纸的工艺要求,集中对幕墙材料进行加工制作,根据幕墙结构特点,按照一定的单元、板块进行批量制作,完成之后进场拼装及调整,从而提高工作效率,减少材料浪费,并保证幕墙的施工质量。


三、项目所获社会经济效益


广州国际金融中心工程(广州西塔),成功将C100高性能混凝土成功泵送至400m以上;荣获“鲁班奖”、“詹天佑奖”、中建集团总公司“科学技术奖一等奖”;2009年通过鉴定总体达到“国际领先水平”;以该项目为主要支撑的《超高层智能化整体顶升工作平台及模架体系》荣获2011年国家技术发明奖二等奖。


本项目形成了一种用于建筑施工的顶升模板的控制系统及方法(ZL200810220298.1),低位三支点长行程顶升钢平台可变整体提升模板系统(ZL200810029576.5),一种高泵送混凝土的制造方法(ZL201010591819.1)和挂架系统(ZL 200820050893.0)等专利,并在工程中加以实施,取得了极高的社会经济效益。

(责任编辑:何雯丽)





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延伸阅读:

广州周大福金融中心工程(广州东塔)项目实践 绿色建造的研究与探索 实践案例——深圳长圳公共住房项目实践

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