京基100:摩天一瀑落人间

来源:广东建设报  发表时间:2011-04-12 15:43:59 

项目概况

    京基100大厦位于罗湖区蔡屋围金融中心区内,由深圳市蔡屋围实业股份公司与京基集团合作建设,是集金融办公、六星级商务酒店、高级公寓、大型购物中心等于一体的超大型综合项目。它由国际著名建筑设计公司———英国TFP和ARUP担纲设计,楼高441.8米,为全球第8高摩天地标,总建筑面积220,000平方米,将超5A写字楼、铂金酒店与国际商业融为一体,目前是深圳最高建筑地标,在国内仅低于上海环球金融中心,南京绿地广场紫峰大厦,亦是世界上最高的综合体之一,更是全球第五金融中心的代言。

    大楼第5-72层为可容纳3万多人同时办公无柱空间;第73层-98层将携手世界顶级酒店管理公司———喜达屋集团,共同打造超五星级豪华酒店———瑞吉酒店;位于大楼底部的国际商务特色广场建筑面积逾8万平方米,将成为一个全新的体验式购物场所。

    

众智炼成深圳“第一高”

    中建四局京基100施工纪实

    

体型独特,高厚比为世界之最

    京基100处于深圳繁华地带,从楼上远眺,曾经的“第一高楼”地王大厦近在咫尺。主塔楼建筑为框架-核心筒结构,外部由16根钢管混凝土柱组成,内部是混凝土核心筒,东西立面设置了5道巨形斜撑,立面上设有5道腰桁架及3道伸臂桁架,94层以上为顶拱结构。建筑轮廓南北为弧形,东西面为垂直立面,塔楼的外立面均采用玻璃幕墙围护。

    最为特别的是,京基100主塔楼高厚比为9.5:1,为国内摩天大楼之最。令狐延告诉记者,建筑的高宽比越大,它的建造设计难度就越大:建筑结构、消防安全和垂直交通系统等都是设计难点。尤其是建筑结构,需要反复的科学测试之后,才能敲定设计方案。

    而且,因为高厚比大,结构构件不得不加大尺寸,加高强度。比如,地下室底板最厚达4.5米、核心筒混凝土剪力墙最厚1.9米、外框钢管柱最大截面尺寸达3.9×2.7米、钢构件最大厚度达130毫米,同时,结构材料强度高,如工程桩及底板混凝土强度采用C50,墙柱混凝土强度最高采用C80,钢结构钢材最高用到Q420……而实际上,施工中碰到的“硬骨头”还远不止这些。

    

钢构复杂,主体施工困难重重

    据令狐延介绍,京基100主塔楼东西向宽而南北向窄,为使楼体坚固,采用了大截面箱形钢管混凝土柱,就在一层的四个角柱上,方形管的最大截面达到了3.9×2.7米,然后在里面浇筑混凝土,并且设置了3道伸臂桁架和5道巨形斜撑,共同构筑大楼的核心结构。

    就是这3道伸臂桁架和5道巨形斜撑,成为施工的第一个“拦路虎”。这些桁架和斜撑的钢结构,无论制作、运输、吊装还是焊接,都有着很大难度。“伸臂桁架的铸钢件立柱最重达28.57吨,在吊装过程要避开顶模钢平台钢梁、顶模系统吊杆、核心筒墙体钢筋等影响。”令狐延告诉记者,除了钢结构吊装难度大,核心筒钢筋施工也受到了伸臂桁架钢结构的影响,钢筋处理难度较大;核心筒顶模系统则因受到伸臂桁架的影响,需要调整爬升步距及调整墙体竖向施工缝位置。此外,巨型斜撑中,一个剪刀撑就重达500吨左右,光是让这个“庞然大物”就位就要花不少力气呢!何况还要对各种钢构件进行预埋、吊装、焊接等,其工作量更是大得难以想象。

    在伸臂桁架之中,腰桁架的施工显得格外复杂。记者了解到,京基100共有5处结构加强层,同时也是消防避难层。而腰桁架就用在5处结构加强层上,好像竹节一样,起到固定楼体,减小楼体晃动幅度的作用。这些桁架需在施工楼层现场焊接。甚至部分落在牛腿部位的分段点,需在高空焊接,必须24小时不停歇地焊接,每处加强层总共要用到16个这样的桁架。

    

适应变化,成功利用顶模系统

    按照规划,京基100主塔楼75层以上,是超五星级瑞吉酒店。核心筒墙体在这一层发生了巨大变化———由混凝土墙体变成了钢柱,只有改装模板系统,才能适应核心筒的施工需要。据令狐延介绍,京基100工程的墙体,在高度、厚度、平面形式上变化很大,在20层板面以下还有劲性钢骨,在伸臂桁架层还有环向的钢结构构件,再加上核心筒交叉作业多,给施工造成了重重困难。为此,项目部充分借鉴了广州西塔顶模施工技术的成功经验,设计和制作了顶模系统,并根据核心筒墙体高度及厚度不断变化的情况优化顶模系统。特别是75层以上,由于核心筒墙体的变化极大,项目部又花了1个月时间,对顶模进行了改装。

    提起这套顶模系统,令狐延不由流露出自豪之情:“这是我们中建系统自主研发、设计、制造、安装、使用的高技术模架系统,获得了多项专利,获得了国家技术发明奖,适用于超高层建筑的混凝土核心筒结构的施工。”记者了解到,这套系统具有不少优点:既保证质量,又安全可靠、效率高,整层提升一次仅需要2个小时,标准层实现了2-3天一层的施工速度。而且,这套顶模系统变截面墙体施工方便,本身也是一个巨大的作业平台,一次可存放100吨以上的钢筋和施工设备。

    

铸造细节,有效控制混凝土质量

    京基100外框柱为箱型钢管柱,最大截面尺寸为2.7×3.9米,内浇C60、C80高强混凝土,管柱内设有水平及竖向加劲钢板,三层大直径钢筋,钢筋及混凝土不仅施工难度较大,连质量检测都很难完成。据了解,以往对钢管混凝土常采取超声波检测,可这种检测法难以应付京基100的复杂情况:因为内部有纵横向隔板及多层钢筋,超声波穿透时,能量损耗较大,波形紊乱,难以有效判断混凝土内部是否有缺陷。因此,项目部与湖南大学等单位合作,采用压电陶瓷片,根据其压电效应和反压电效应,使钢管混凝土得到了有效的检测,最终啃下了这块“硬骨头”。

    施工的难点,当然不仅仅限于墙体,楼顶和底板同样不容小视。令狐延告诉记者,在主塔楼94层,大约402米高的地方,设计了可自由转动的顶拱结构,令人叹为观止,可殊不知这种结构给施工带来了多少困难:此处运用的3根圆钢管,每根都要分5节安装。而大底板,是整个大厦的根基,其重要性不言而喻。

    要支撑起441.8米的高楼,底板的承重性必须经得起考验。据令狐延介绍,大底板截面尺寸达67.4×57.3×4.5米,混凝土标号为C50,总方量约1.32万方———这样高强超厚的底板,在国内外来说都是极为罕见的。而且,需连续一次浇筑成型,需控制混凝土内不产生有害裂缝。为了做好底板工程,项目部一丝不苟地对待每一个细节:从日本进口高强度水泥,优化混凝土配合比,采用多层塑料薄膜与麻袋复合覆盖养护,埋设测温管对混凝土中心温度进行监控,根据温度监控结果调整养护措施……功夫不负有心人,最终项目部有效地控制了混凝土质量,现场未发现任何有害裂缝。

    众所周知,超高泵送混凝土,是目前超高层建筑的一个施工难点。“我们从混凝土配合比、进场管理、泵送设备、泵送管道布置、泵送工艺等方面采取了多项技术措施。”令狐延还总结出几条经验:首先是设备选取,当时项目部选择了长沙中联重科公司知名的超高泵,根据项目的实际情况,中联公司还对设备进行了100多项的技术改进;其次,项目部要求中联公司派出维修小组常驻现场,对设备进行保养、检查、维修,确保设备永远处于最佳状态;再次,严格把控原料,对材料进行严格的进场管理,做到每车必检、先验后用、次品退场……以此保证了超高性能混凝土顺利泵送。

    

有条不紊,安全施工谨记心头

    施工工期紧张,从开工建设到交付使用,总工期不超过4年;施工场地狭窄,周边建筑密集,交通组织困难———这些对京基100工程的施工来说,都是客观存在的“先天不足”。

    令狐延告诉记者,目前为止,京基100工程未发生任何重大伤害事故。记者走访现场发现,正在施工的主塔楼实行封闭管理,无关人员不得进入主楼。项目还提高了安全管理的标准,要求所有进入主楼施工的人员,必须佩戴好安全帽、安全带。因此,当记者也全副武装地进入工地时,能强烈地感受到一种严肃的安全意识氛围。

    实际上,中建四局为安全施工所做的工作远不止这些。据了解,他们设立了专门的安全部,由专人负责项目安全的日常管理工作,既未雨绸缪,提前辩识各类重要危险源并督促生产部门采取适当的防护措施;又过程监控,及时发现现场安全隐患并监督相关人员整改。每周三上午,项目部组织一次安全检查,检查组对整个施工现场进行巡查,并对检查中发现的安全和文明施工隐患进行总结、奖罚、限期整改。针对工程设备较多的情况,项目专门成立了设备部,对设备的安装拆卸进行全过程管理,每天对设备运转情况进行检查,对设备的操作人员进行经常性的培训和教育,以确保设备状态良好,使用情况受控。

    三天一层的建设进度,让京基100再次实现了“深圳速度”,创造了新的辉煌。有谁知道,在新的“深圳速度”背后,建设者洒下了多少辛勤的汗水,度过了多少个不眠的夜晚,但人们绝不会忘记,深圳每一次高度的变化,都是建设者们智慧的结晶,镌刻着建设者的功劳。让建筑赞美生活,更赞美劳动者!

    

钢铁巨人“拔高”深圳

    中建三局股份钢结构公司参建京基100纪实

    

三重结构体系捍卫安全

    在罗湖蔡屋围金融中心,瀑布式流线造型的京基100格外引人注目。设计师独出心裁,将超大玻璃穹顶、联体双曲线雨篷与玻璃幕墙融为一体,远远望去,整个建筑仿佛一道可流动的瀑布。但殊不知,就是这样独特的造型设计,给钢结构施工增加了多少难度!陆建新介绍说,京基100结构高宽比达9.5:1,超过地王9:1的比例,是目前世界之最。为保证结构安全性,大厦钢结构采取了三重结构体系:X型斜支撑分别设置于大楼东西立面上;每18个楼层设置一道腰桁架,共5道,每道高3层;37、55、73层共有3道伸臂桁架与核心筒相连并贯通。

    先说X型斜支撑,这无疑是现场焊接量最大、难度最高的工程之一。“它使用了材质为Q420的高强度钢板,板厚130毫米,最长的一条竖向焊缝达4.5米。”陆建新告诉记者,X型斜支撑采用了二氧化碳气体保护半自动焊接,这是目前国内比较常见的焊接工艺,但像京基100焊接量如此之大,焊接难度如此之高,则十分罕见,一开始就连专家们都心生忐忑。可是,面对疑虑,中建钢构项目组没有丝毫退却,他们精挑细选了一批优秀焊工定位定点焊接,有些节点实行“两班倒”,比如最长的竖向焊缝,专门指定8个焊工,歇人不歇焊,整整48个小时才焊完一条焊缝;他们采取的高强度超厚钢板现场焊接工艺及防变形措施,不仅确保了一次成型,实现了无损探伤检测一次合格率100%,其焊接收缩变形位移为1~3毫米。

    对于伸臂桁架的安装,陆建新更是记忆犹新:“伸臂桁架一根杆件的重量约30吨,单单是让它吊装就位,就要花不少功夫。”原来,京基100的钢柱布置庞大而复杂:外围布设16根矩形钢柱,内灌混凝土;核心筒墙体内21层以下布设有22根王字形劲性钢柱,2根十字形劲性钢柱;76层以上核心筒中设有劲性钢柱。连接内外筒的伸臂桁架一共有3道,一道伸臂桁架有共4榀,包括8根异形柱和多根斜撑钢梁。陆建新告诉记者,伸臂桁架不仅构件尺寸较大,而且由于与土建交叉施工,吊装更为复杂、难度很大:“核心筒顶模操作平台对吊装影响很大,构件只能从平台空隙间‘塞’进去,然后再用2台塔吊配合抬吊,并进行换绳处理,慢慢挪动,一次只能移动10~30毫米。”

    

全力以赴破解施工难题

    其实,在京基100的钢结构施工中,大到X型斜支撑、伸臂桁架,小到一个埋件,无一不面临过棘手的情况。比如地下室钢柱基础地脚螺栓,内筒24个、外筒16个,有7种形式,其地脚螺栓最大直径85毫米、长3.8米。一个螺栓群96根,如何保证它们之间的安装精度呢?为此,中建钢构项目组通过认真分析和论证,确定先行拼装成组、然后整体吊装的方案,拼装后的单个埋件重达24.85吨。2008年11月,首批埋件安装完毕,经总包、监理、业主联合检查验收,全部达到规范要求,得到一致好评,首战告捷。而项目组总结的“提高巨型地脚螺栓定位安装精度”科技成果也获得了深圳市工程建设优秀QC小组成果二等奖。

    然而,真正的难题还在高处———这就是顶拱。京基100的顶拱处于94层以上,并在这一层与外筒钢柱铰接。陆建新介绍说:“整个顶拱的底座是万向支座,在400多米高空其施工难度较大。”另外,在顶部钢结构完全合拢前,顶部结构还没有形成稳定体系。这给施工带来了不少难度,增加了不少安全风险。为防止钢柱向内过度的倾斜,必须制作钢门架作临时支撑措施。

    他告诉记者,京基土建还采用了一套具有世界领先水平的核心筒施工顶模系统,其操作平台构件数量约12000件,自重约430吨,4个支撑油缸的满负荷承载力1200吨。中建三局钢构项目组承担了这套顶模系统的安装工作,制定严密的安装计划,在应用广州西塔顶模的安装经验的基础上,仅用25天就完成了安装任务,比多方商定的计划提前约10天,为确保整个工程进度立了一功。后来,随着结构高度的增高,楼层截面渐渐缩小,需多次修改这套顶模操作平台,顶模系统的每次改造施工都由他们完成。

    

解决心脏负荷,疏通交通血管

    谈京基100设计

    

京基100建筑外型像瀑布,造型的灵感来自于喷泉和瀑布,寓意着中国正在经历前所未有的经济增长,将成为深圳的新地标。在设计中,客房围绕中庭环形布局,酒店接待大厅设于94层,上部为独具特色的鹅蛋形餐饮空间,形似于飘在空中的飞艇。

    京基100由泰瑞·法瑞建筑设计有限公司提供设计方案,深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司从方案设计阶段介入跟踪,并负责施工图设计。

    京基大楼由于造型独特,而且是超高层,因此设计难点在于建筑结构、消防安全、垂直系统几个方面。虽然此建筑的方案是由外方设计,但由于深圳华森在方案阶段就跟踪介入,因此很好地解决了超高层建筑中的几大难点问题。据深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司副总建筑师谷再平与主任工程师项兵介绍,由于建筑造型的原因,他们在结构设计、电梯设计和消防设计上都有所突破,有效地提高了建筑的安全性能和运行效率、使用效率。

    

结构设计三重结构形式

    为了配合项目的造型,也为了大楼的安全和舒适性的要求,京基100在结构设计中,采用了三重结构体系抵抗水平荷载,由钢筋混凝土核心筒、巨型钢斜支撑框架以及构成核心筒和巨型钢管混凝土柱之间相互作用的伸臂桁架及腰桁架组成。

    副总建筑师谷再平介绍,核心筒就似是超高层建筑的心脏,它的大小、位置和布局与建筑功能、建筑体型及平面形状密切相关。京基100的心脏是钢筋混凝土的核心筒,核心筒采用现浇钢筋混凝土,在混凝土墙内设置了内型钢,增加核心筒的延性和刚度。

    京基办公平面近似长方形,南北两个长边为外向的弧形,核心筒位于中部。为了配合结构的突破,在设计中,采用了巨型钢斜支撑框架,东西面做了交叉巨型斜撑,巨型斜支撑设置于大楼东西两侧的垂直立面上,采用交叉型式,有利于结构形式。

    京基100的高宽比为9.5,由于后来建筑改变了高度,建筑造型显得太瘦,对结构产生不利。为了使增高后的建筑结构更合理,在结构设计中,减少了一些柱子,并加入了伸臂桁架,加了5架伸臂桁架,与核心筒连在一起,结合避难层,外面又加了5道腰桁架。

    项目中,还使用了钢腰桁架及钢伸臂桁架结构形式,腰桁架沿塔楼高度均匀分布,分别设于18层和19层、37层及38层、55层及56层、73层及74层、91层及92层,三区伸臂桁架则设于37层及38层、55层及56层、73层及74层,增加整体结构抗侧刚度,同时增加了外框架的抗扭性能。

    柱子采用了巨形钢管混凝土柱,由于有了钢管的约束,提高了抗压强度,承载能力高,塑性和延性好,既方便了施工又节省了材料。

    据项兵介绍,由于楼高比较高,而且酒店位于大楼的上部,为了进一步提高舒适度,还特意在91层的东西两端各预留了一台AMD阻尼器的位置。

    为了论证结构的合理性,深圳华森设计公司专门请了全国顶级专家进行论证,并请了广州容柏生事务所做顾问公司,此结构设计可以达到抗震设防7度及100年抗震。

    

攻坚克难胜券在握

    毫不夸张地说,在441.8米的京基100,楼体每拔高一米,都浸润着建设者无数心血和汗水。比如,抬吊伸臂桁架的这两台塔吊,就是不远万里从上海和广州运来的:“为确保吊装需要,项目将上海环球使用过的M900D塔吊运至深圳,由于施工现场场地狭小,塔吊组件需分期分批进场,前后共历时18天,里程达2.8万多公里,开创了公司远距离运输大型设备的先河。”

    京基100所处地段寸土寸金,场地异常狭小,几乎没有构件堆场,这给施工带来了很多不便:“材料进多了放不下,进少了不够用,有时没地方卸料,只能放在车上等。”为此,项目制定详细计划方案,包括深化设计和构件制作运输、进场、拼装、校正、吊装、焊接等,并根据施工实际及时调整,最终总算化解了难题。

    而高空作业带来的,则更多是艰辛与危险。陆建新深有体会地说:“古人云高处不胜寒,确实是这样,一到400米以上,会感觉温度明显降低,风力比地面大3级。”京基100的400米以上的高空作业,恰逢隆冬时节,地面温度4~5℃时,高空的实际温度低于0℃,有一次高空作业时工人们见到了雪珠飘落,这在南国深圳十分罕见,可想而知气温多低了!而且,随着楼体高度的增加,施工难度也在加大:根据建筑造型的需要,京基100上下使用的构件形状不一样,下面是矩形钢管,而到了400米以上则变成了圆钢管。这种杆件截面形式的变化,最初让工人们很难适应。此外,高空作业危险性大,一旦不慎滑或掉下一个小螺丝帽,后果都不堪设想。因此,在施工现场,项目做了一系列的安全保障措施。

    随着钢结构顺利合拢,京基100以地上100层、高441.8米的崭新记录,成为令深圳人仰望的都市新地标,而中建钢构锐意进取的铁军风采再一次震撼世人:正是他们敢为人先,勇于拼搏,才实现了中国钢结构建筑的跨越式发展;正是他们一直重安装、兴设计、强制作,精品工程才得以遍地开花;正是他们善于固基础、推企划、促转型,才铸造出令人望其项背的钢构旗舰。我们相信,不断创新的中建钢构,将以他们的“铁骨仁心”,在超高层、大跨度复杂空间钢结构领域创造更辉煌的未来。

    

消防设计防火分区,重点突破

    超高层建筑的消防问题,成为目前急需解决的问题。京基100建筑高度达到400多米,容纳了数量庞大的办公人员。像这种超高层建筑,一旦发生火灾,要凭借外力的消防手段进行扑火比较困难。谷再平说,建筑的消防设计成功与否,将直接影响整个工程的投资成本和安全使用,因此消防设计成为建筑设计的关键。

    据谷再平和项兵介绍,由于造型的原因,京基100在设计中需要有所突破,《高规》中规定,每个防火分区的建筑面积不应大于2000平方米,突破点之一就是将标准层防火分区面积扩大,超过了普通的超高层建筑,每层建筑面积达到2400-2700平方米划分为一个防火分区,增加了办公楼层使用的灵活性。为此,他们通过电脑模拟计算及试验论证,认为虽超出了高规,但扩大的范围较小,疏散楼梯的宽度远大于疏散人数,且办公层设了快速反应喷头,加快了灭火系统的启动时间,可以为扩大分区面积提供有力的弥补措施。

    另外,在此项目中,由于消防电梯不能到达顶层,由于顶部的″蛋″形造型,顶部不宜突出电梯机房,因此消防电梯在办公与酒店交接的74层避难层进行转换。在避难层的设置中,也有所突破,将避难区间隔定为了18层或17层,超出了15层间隔的要求。

    针对消防设计的难点,将办公层的6台穿梭电梯兼用做疏散电梯,以加强整座大楼的疏散能力。对距离酒店94层大堂4.6米以下的柱、柱脚和最下面的横梁均采用防火保护及耐火保护。酒店大堂还采用了机械排烟系统,为人员疏散提供了有利的条件。

    

电梯设计分区服务,提高效率

    对于超高层建筑,主要的内部垂直交通工具就是电梯,因此电梯的使用就如同人体血液的循环,非常关键。谷再平说,电梯设计是超高层建筑核心筒设计的重要环节。电梯的设计不只是一般的载人载货那般简单,应满足舒适度何速度感,利用最少的电梯及电梯井道达到较为经济又能达到高效率来满足整个建筑的垂直运输需求。

    京基100因为高度高,面积大,人数多,如何组织人流成为关键。因此在电梯的设计中,深圳华森设计公司将办公楼层划分为低区和高区两个区域,每个区域又分别由4组电梯组成,其中两组为6台电梯,另外两组为4台电梯。低区的办公大堂设于负一层及一层,乘客可乘坐位于核心筒左侧的6台双轿箱高速电梯由低区的办公大堂至39层及40层的高区办公大堂,在空中设置了转换大堂,然后可转换乘坐高区电梯。在高区的4组电梯与低区的4组电梯共用了核心筒的电梯井道,重复使用井道,节约了电梯的面积,节省了核心筒的空间,用最小的电梯面积,服务各个楼层。

    为了提高输送效率,采用了双层轿厢电梯,采取了设转换区及分区停靠的方式,运用各种局部电梯进行服务,并把局部区域的电梯系统地组织起来,提高快速、高效、平稳的垂直服务。

    

编辑: 鹜君
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