天津117大厦关键建造技术

天津117大厦关键建造技术2015年工程建设行业科技观摩会中建三局集团有限公司余地华超高层建筑发展现状与趋势

已建&在建

超高层建筑高度前10位（中国）中建三局总承包中建三局参与工程概况1.1工程总体概况（1）天津高新区软件和服务外包基地综合配套区

总规划占地面积约196万㎡，包括中央商务区(CBD)、高级豪华住宅区及天津环亚国际马球会三大板块，分別占地约57.27万㎡、49.46万㎡及89.88万㎡。

中建三局承接工程总建筑面积约340万㎡，合同额约200亿元人民币。住宅区(1期)中央商务区CBD住宅区(2期)马球会所马球场马房及训练场1.1工程总体概况（2）CBD一期概况

CBD一期总建筑面积：85万㎡

CBD一期地库建筑面积：34万㎡

靠山楼（37层）：197m砼总量：54万m³；其中117塔楼19万m³总用钢量约28万t；其中117塔楼14万t钢筋共13万t，其中117塔楼4万t

117大厦（117层）：597m，37万㎡

钢结构共15.3万t117塔楼靠山楼CBD一期中央商务区CBD1.1工程总体概况会所、餐饮、酒吧115L-117L酒店客房95L-114L办公（高区2）64L-92L办公（中区2）33L-61L办公（低区2）7L-30L1.2天津117大厦结构概况

本工程117主塔楼结构形式为巨型框架-核心筒-巨型斜撑结构；117塔楼

总部办公楼为框架-剪力墙结构（H形钢骨混凝土柱）。总部办公楼

塔楼首层建筑平面尺寸约65m×65m，4200㎡，以0.88°渐变至顶层时平面尺寸约45m×45m，

2100㎡

。商业廊1.2天津117大厦结构概况核心筒剪力墙：(1)钢板砼组合结构、钢

板

L1-L36

、L114M2-TOP，最

大

板

厚

70mm，Q345GJC钢梁：巨型柱：本工程特点为楼层钢梁较小，数量多其直接连接巨柱和核心筒。四

角

至

结

构顶

部

，

呈

六边

菱

形

，

底部截面45m2(2)墙厚0.3-1.4m，楼层压型钢板核心筒+巨型钢柱核心筒+巨型钢柱+转换桁架+巨型斜撑+转换桁架+巨型斜撑+钢梁核心筒核心筒+巨型钢柱1.3现场施工形象进度-117塔楼截止2015-4-9核心筒：106层标高：

523.55米1.4合同模式与项目组织架构总包范围1.4合同模式与项目组织架构合约界面PC

(采购+建造)模式总承包合约范围合约责任1.4合同模式与项目组织架构项目总承包管理业务流程深化设计管理能力计划管理能力合约管理能力总承包管理五大核心能力公共资源管理能力招标采购管理能力1.4合同模式与项目组织架构总承包商企业层面总承包项目部由于法律规定，主体结构须自行完成，故土建、钢构分包均为内部单位，但也签订FIDIC条件分包合同。各专业分包项目部供应商团队在PC模式下，须将供应商团队纳入项目各项管理流程。1.4合同模式与项目组织架构专业负责制矩阵式组织构架项目领导班子PCG项目控制组职能部门技术设计部安全监督部品质保障部综合管理部生产协调部机电部合约采购部计划部财务部职能部门机电类主塔楼机电靠山楼机电商业廊机电子项目地下室机电机电类项目及子项目对口职能负责人专业主管子项目子项目子项目项目责任工程师责任工程师责任工程师责任工程师电梯班子兼职项目主管电梯项目及子项目对口职能负责人主塔楼电梯子项目责任工程师靠山楼电梯子项目责任工程师商业廊电梯子项目责任工程师地下室电梯子项目责任工程师土建钢构类项目主管主塔楼主体结构子项目责任工程师靠山楼主体结构子项目责任工程师商业廊主体结构子项目责任工程师地下室主体结构子项目责任工程师土建钢构类项目及子项目对口职能负责人景观园林类项目主管景观园林绿化子项目景观园林机电子项目5大〝专业项目〞内各专业子项目之间紧密协调园林景观类项目及子项目对口职能负责人专业小组责任工程师责任工程师地下室装修装修类项目主管主塔楼装修子项目责任工程师靠山楼装修子项目责任工程师商业廊装修子项目装修类项目及子项目对口职能负责人幕墙工程责任工程师子项目责任工程师责任工程师矩阵的两个方向工作重点：1、横向子项目小组负责专业的推进；2、纵向职能部门负责项目总控。平衡矩阵式组织构架1.5工程特点与重难点1结构高天津117大厦受航空管制不超过600m的限制，建筑总高度597m，核心筒顶标高596.2m。2体量大天津117大厦总建筑面积85万㎡，首层建筑面积4200㎡。砼总量61万m³、总用钢量约27.9万t，其中钢筋12.9万t。1.5工程特点与重难点3工期紧天津117塔楼地上实际结构130层，合同要求2015年8年30日结构封顶，2016年8月8日整体竣工。4典型的PC总承包项目除酒店、大堂精装修之外，所有工作内容均由我司承担，包含：幕墙、电梯等机电设备的招标，以及室外景观、园林、绿化等都交由我司实施，我司向业主履行单一的总包责任。十一项之最：1.

597米——中国结构第一高楼；2.

120米——国内房建领域最长桩基；3.

210吨——国内单根最重防屈曲钢支撑；4.

84．7万平方米——创摩天大楼建筑面积世界之最；5.

6．5万方——超高层建筑混凝土底板世界之最；6.7.8.9.578米——全球最高通道塔；594米——单井道运行高度世界之最；3兆帕——超高层建筑水管压力世界之最；45平方米——超高层巨型柱截面尺寸世界之最；10.

564米——全球最高室内游泳池；11.

579米——全球最高观景平台。目录一、地基与基础关键建造技术二、垂直运输关键建造技术三、混凝土工程关键建造技术四、钢结构工程关键建造技术五、工况复核计算与施工期监测六、机电工程关键建造技术七、BIM技术研究与应用一、地基与基础关键建造技术1.1超大直径（188米）混凝土圆环非对称受力支撑体系力学分析、稳定性研究与应用1.2高承载力超大长径比钻孔灌注桩综合施工技术1.3超厚大底板综合施工技术研究与应用1.1

超大直径（188米）混凝土圆环非对称受力支撑体系力学分析、稳定性研究与应用1.1.1研究背景及重难点1）基坑开挖面积超大、超深，且工期特别紧张；2）基坑施工分区流程多次调整，给设计与施工带来诸多苦难和挑战；3）C+D区混凝土圆环支撑直径188m，基坑区位平面图在国内外均属罕见；基坑支护平面图4）超大圆环支撑体系存在多种不对称受力工况，支护结构受力复杂且不断变化，支撑变形控制难度大；5）基坑南侧紧临津静公路，地下管线众多，基坑变形控制要求高。1.1

超大直径（188米）混凝土圆环非对称受力支撑体系力学分析、稳定性研究与应用1.1.2主要研究内容：（1）超大直径（188m）混凝土圆环非对称受力支撑体系设计分析关键技术（2）施工顺序调整引起的超大直径混凝土圆环非对称受力支撑体系设计问题分析与优化研究（3）超大直径（188m）混凝土圆环非对称受力支撑体系的监测分析与信息化施工关键技术（4）超大直径（188m）混凝土圆环合理支撑体系分析研究1.2高承载力超大长径比钻孔灌注桩综合施工技术（1）主要研究内容序号2.1研究内容PHP不分散低固相泥浆在高承载力超大长径比钻孔灌注桩中的应用技术2.22.32.4消除侧摩阻力的超长双护筒设计与施工技术超大长径比桩垂直度控制技术超长超重钢筋笼制作安装技术2.5

可塑-硬塑土层竖向高密度点位环形注浆设计与施工技术2.6

水下浇注高保塑自密实高耐久性混凝土研究与应用1.3天津117大厦超厚大底板综合施工技术研究与应用序号3.13.23.33.43.5新技术粗大直径钢筋加工、配送与绑扎技术钢筋支撑架的设计与施工技术底板大直径超长高强锚栓群施工技术低水化热高强超大体积混凝土配置施工关键技术大底板浇筑模拟试验C50P8超大体积筏板混凝土一次性连续浇筑施工组织创新模式及施工关键技术3.62

垂直运输关键建造技术垂直运输技术与装备全部国产化1、顶升模架系统

—自主研发2、通道塔3、塔吊—自助研发—南京中昇，4、施工电梯

—广州京龙5、混凝土输送泵—三一重工2

垂直运输关键建造技术第一部分

顶升模架体系第二部分

超高层建筑塔吊选型与布置第三部分

外挂式塔吊支撑架的设计与施工第四部分

超高层建筑施工竖向综合运输通道塔的研发2.1

顶升模架体系顶升模架体系效果图2.1

顶升模架体系低位顶升模架体系组成低位顶升钢平台模架体系是一种采用大行程（6m）、高能力（最高达450t）液压油缸和支撑立柱，通过在核心筒预留的洞口顶升悬挂模板和挂架（作业平台）的钢平台，进而带动模板和挂架整体上升，完成竖向混凝土结构施工的一种施工方法。主要包括：钢平台系统支撑与顶升系统挂架及围护系统模板系统2.1

顶升模架体系顶升模架体系平面布置示意图2.1

顶升模架体系顶升模架爬升规划：顶模的全行程爬升规划涵盖了所有楼层混凝土浇筑高度、钢筋绑扎高度、模板留设高度、施工缝的标高、支点预留洞的标高、所有楼层的施工流程等内容。是指导核心筒塔楼施工的重要内容之一。2.2超高层建筑塔吊配置与应用技术1、地上施工吊次分析与配置本工程共需要使用塔吊吊次约为61040吊次，其中钢结构使用塔吊吊共需要吊次34537次。占58%。2、塔吊爬升2.2超高层建筑塔吊配置与应用技术2.3

外挂式塔吊支撑架的设计与施工3、塔吊支撑架的设计如图所示，塔吊支承系统的结构形式由以下一些构件构造组成：“支承架”+“拉杆”+“压杆”+“牛腿”+“耳板”+“埋件”ZSL2700ZSL1250塔吊支承系统三维轴测图2.3

外挂式塔吊支撑架的设计与施工4、支撑架处核心筒加固措施随着核心筒的增高，墙体逐渐变薄，采用钢梁对墙体进行有效加固，保证外挂架施工安全。2.4超高层建筑施工竖向综合运输通道塔的研发1、通道塔初步设计概况为了保证主塔楼施工期庞大的垂直运输需要，塔楼东南角设置一座578m高的通道塔，平面尺寸为5m×9m，共附着5部高速施工电梯，随结构楼层的升高同步安装升高。通道塔通道塔及施工电梯布置2.4超高层建筑施工竖向综合运输通道塔的研发2、主要研究内容序号研究内容（1）超高层建筑施工竖向综合运输通道塔结构设计关键技术（2）

超高层建筑施工竖向综合运输通道塔安装与拆除施工关键技术（3）（4）超高层建筑施工竖向综合运输通道塔风洞试验研究超高层建筑施工竖向综合运输通道塔风压数值模拟分析多工况条件下超高层建筑施工竖向综合运输通道塔受力及变形数值模拟分析（5）（6）

超高层建筑施工竖向综合运输通道塔监测技术研究与应用超高层建筑施工竖向综合运输通道塔附着施工电梯的优化配置（7）（8）及运行管理研究超高层建筑施工竖向综合运输通道塔敷设临时线路（临电）和管道（临水、消防、排污）的设计与施工关键技术研究与应用。2.5超高层建筑施工期核心筒逃生系统研发与应用逃生爬梯效果图2.5超高层建筑施工期核心筒逃生系统研发与应用

附墙装置节点：1）前期用与对拉螺杆相同螺纹的螺杆拧入拉杆孔中，并用螺母将连折弯钢固定在混凝土结构表面。2）用一端焊有弯钩的Φ48钢管与折弯钢板拉结，另一端用转扣与塔梯固定。每层附墙点设置两道水平拉杆，再用斜杆对其进行斜拉加固。如上图所示。3、混凝土工程关键建造技术3.1寒冷地区超高泵送高强自密实混凝土的研制与施工技术

混凝土等级分布标准层核心筒混凝土巨形柱混凝土楼层（高度m）最大方量m3强度等级最大方量m3强度等级最大方量m3强度等级F1-F9(52.45)364.2/54C30/C401498C601253.6C70F10-F21(107.43)F22-F35(183.96)F36-F50(250.81)F51-F66(332.88)F67-F81(399.63)F82-F97(482.71)F98-F108(527.92)F109-F116(578.6)F117(583.65)303.4/54262.9/54254.2/54223.1/57209.8/57190.7/57238.4/65158.9/76.10/394.2C30/C40C30/C40C30/C40C30/C40C30/C40C30/C40C30/C40C30/C40C30/C4010121028800703425396264290165C60C60C60C60C60C60C60C60C60779.2727.4711.6480.9314.7191.1176.386.1C70C70C60C60C50C50C50C50C5099.5泵送要求天津117塔楼混凝土强度等级从C30～C70，所有的混凝土都必须“一泵到顶”，最大泵送高度596.2m

。3.1寒冷地区超高泵送高强自密实混凝土的研制与施工技术（2）主要研究内容1）超高泵送高强自密实混凝土的研制（含性能指标测试与评价技术）2）超高泵送高强自密实混凝土的泵送技术①建立“原材料-配合比-泵送指标”混凝土可泵性评价模型②盘管试验压力泌水试验等。3）冬期施工：混凝土低温环境模拟试验，保温与养护技术4）泵管实时监测系统的探索性研究5）混凝土超高泵送施工组织设计3.2高强自密实混凝土钢管柱模拟试验及施工技术研究（1）概述巨型柱腔体内为C50、C60、C70自密实混凝土。基本要求：泵管出口的混凝土达到自密实的效果，以保证复杂节点区域混凝土填充密实。3.2高强自密实混凝土钢管柱模拟试验及施工技术研究（2）主要研究内容1）多腔体异形钢管混凝土巨型柱内部自密实混凝土浇筑质量（密实度）检测与评估技术；2）多腔体异形钢管混凝土巨型柱自密实混凝土浇筑技术研究与应用；3）多腔体异型钢管混凝土巨柱施工过程有限元模拟分析；4）多腔体异型钢管混凝土巨柱施工质量影响因素研究。多腔体异型钢管焊接残余应力与变形（焊接工艺）、混凝土各工作性能指标（密实度、塌落度、收缩性能等）、混凝土施工工艺（浇筑及养护）、外界环境等。3.3钢板剪力墙混凝土裂缝控制研究与应用（1）概述钢板剪力墙的混凝土施工性能，需接近自密实。3.3钢板剪力墙混凝土裂缝控制研究与应用（2）主要研究内容1）设计及构造措施；2）C70低收缩自密实混凝土的研制与应用；3）保温、加热、养护等施工措施技术；4）钢筋、混凝土、钢板、栓钉等全方位监测技术；5）钢板-混凝土组合剪力墙预热钢板减少混凝土收缩裂缝试验；6）钢板剪力墙混凝土裂缝诱因测试分析研究。（3）主要创新点从结构设计、混凝土配比、施工养护及监测等方面，建立全方位的钢板剪力墙裂缝的综合控制技术。4、钢结构工程关键建造技术4.1多腔体巨型钢柱的制作与施工技术巨柱施工重点：1、巨型组合构件的合理拆分及节点设计；2、超大复杂构件及节点制作质量难以控制；3、多角度组合构件的验收困难；4.1多腔体巨型钢柱的制作与施工技术巨柱施工重点：4、复杂环境下的大体量厚板焊接困难；5、高空超长焊缝施工安全防护搭设困难；4.1多腔体巨型钢柱的制作与施工技术4.1.1多腔体巨型钢柱施工分段研究4.1.2巨型钢柱地面拼装技术4.1.3巨型柱复杂节点的制作与安装技术4.2超大尺寸屈曲约束支撑特点及施工难点：防屈曲支撑设置于主塔楼外框四个立面B2-L7层（标高-10.00m至38.90m），单根防屈曲支撑长约53m，重量约为223.1t，单根承载力3600kN，为当今房建领域尺寸和承载能力最大的屈曲约束支撑。防屈曲支撑是由分芯材和套筒两部分组成的双层箱体结构，其中芯材为1426

x

826

x

90

x

90箱形结构，套筒为1500

x

900x35x35的箱形结构。屈曲支撑立面位置屈曲支撑三位空间示意图4.2超大尺寸屈曲约束支撑超大尺寸屈曲约束支撑施工难点：1、构件单根重量、尺寸大，分段分节重点分析；2、分段构件内外筒相对独立，防滑措施选取难度大；3、不同材质钢板对接焊接，施工工艺选取需反复试验；4、塔楼南北侧无支撑结构，安装临时支撑困难；5、构件倾斜吊装，角度难以控制。超大尺寸屈曲约束支撑现场安装首节防屈曲支撑与巨柱连接首节防屈曲支撑顶端临时支撑二节防屈曲支撑安装防屈曲支撑端面4.3超高层核心筒单层钢板墙的施工技术钢板墙施工难点：1、钢板墙施工与土建等多家单位配合，钢筋孔、流淌孔开设需谨慎考虑；2、钢板墙焊接工艺重点考虑，残余应力有效消除；3、单条焊缝最长达13m，焊接变形难以控制；4、受顶模系统影响，钢板墙分段及吊装工艺困难；4.3超高层核心筒单层钢板墙的施工技术钢板墙的施工分段研究4.3超高层核心筒单层钢板墙的施工技术钢板墙的防变形控制：为了减小焊接的局部收缩变形，需要在焊缝两侧设置约束板固定，并在钢板墙之间加设防变形支撑。焊接约束板设置焊接完成后效果焊接约束支撑设置5、工况复核计算与施工期监测5.1结构及施工辅助设施复核计算

复核计算主要内容序号主要内容（1）内外筒高差工况复核计算（2）（3）（4）通道塔自由悬挑高度复核计算塔吊附着引起的核心