中国结构第一高楼蕴藏的5大科技和11宗“最”

本帖最后由 csccbjs 于 2015-9-14 23:59 编辑

“危楼高百尺，手可摘星辰。不敢高声语，恐惊天上人。”这原本是古代诗人瑰丽的想象，如今，站在天津117大厦上，这美丽的诗文将变为现实。

“这座中国京津地区的全新地标拥有强大的智慧内核”，中建三局117大厦项目执行总经理侯玉杰向记者介绍，从2008年至今，七年磨一剑，117大厦项目累计获得国家实用新型专利5项、国家发明专利10项、国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步奖4项、省部级及以上科技示范工程4项、省部级及以上QC小组8个，十余项科技成果经鉴定均达到国际领先水平或先进水平。一项项让人叹为观止的中国和世界之最，完美诠释了“中国结构第一高楼”的科技基因。

1、“金刚罩”助力大厦“长高”

远在十几公里之外，记者就注意到大厦的顶端有一座高20米左右的“金刚罩”包裹着大楼核心筒顶部，仿佛一座“空中楼阁”横亘云端，117大厦“长高”的秘密就在“金刚罩”这里。

“117大厦没有像一般建筑物那样搭设脚手架，到了400米以上的高空，工人是如何施工的？”面对记者的疑问，中建三局117项目副总工程师叶建解释道，这个“空中楼阁”是由中建三局自主研发、获得国家发明技术二等奖的全国面积最大的核心筒顶升模架系统——“模块化低位顶升钢平台模架系统”，由钢平台、挂架系统、液压支撑系统、模板系统、防护系统、安全监测系统组成。

这个长36米、宽35米、最大高度21米、重约1100吨的“庞然大物”有4层楼高，可同时进行3层核心筒立体施工，实现流水作业、无缝对接。该系统随着大厦核心筒墙体一次次浇筑，又将大厦一次次顶推至597米高空，最终将“中国结构第一高楼”送入“云端”。

钢平台每平方米最大承重1吨，可放置机械设备、建筑材料等，成为一个偌大的“空中航母”。此外，平台上还配有液压系统控制室、设备房、休息室和卫生间，可供施工人员休息使用。挂架系统是工人作业平台，采用镀锌钢板网全封闭，杜绝了高空坠落的危险。

4个大行程液压油缸是整个模架顶升的引擎，通过4根钢立柱撑住整个模架系统，立柱高达19米，扩大了立体施工的楼层数，破解了超高层核心筒钢板-钢筋混凝土组合墙体快速施工难题。

为了保证模架系统更加安全有效运行，中建三局对模架主要杆件进行应力监测，可有效掌控模架的“身体状态”，确保模架使用安全。

2、“云梯”建立最快“补给通道”

垂直运输，是超高层摩天大楼施工的一大难题。

天津117大厦主塔楼需混凝土19.1万立方米、钢筋4万吨、钢构件15.3万吨，高峰期施工人员多达1万余人，垂直运输压力巨大，大量的建筑材料、施工垃圾和作业人员都靠“华山一条路”——施工电梯。

在研究了国内众多超高层垂直运输系统后，中建三局技术团队发现，传统施工电梯多分散附着在大楼外侧，这对后续幕墙、装修施工有着种种限制的117大厦来说几乎不可能。综合考察、对比后，项目将目光投向了业界罕有、突破传统的“通道塔”，率先在国内研发该技术。

单独建造一个通道塔，会不会因为跟不上巨人长高的节奏，反而影响营养供给呢？为打破这个悬在头上的追问，中建三局项目团队从设计开始就紧紧抓住了“轻量化、集中化、工业化”利器，将通道塔装配化，几乎所有构件都能实现工业化量产，除部分柱截面分段变化和层高不同外，标准节均采取“工厂制作、现场组拼、整体吊装”的高效率流水作业，所有构件均螺栓连接，这使得后期拆除也很便捷。该通道塔平面尺寸为5米×9米，一面与主楼相连，另外三面附着5部双笼施工电梯，统一调度指挥，实现“人货分离、分层停靠、分时上下”，极大提高了运输效率。

记者坐上通道塔电梯，大约五分多钟后，到达了500多米高空。途中，随着电梯逐渐攀升到楼顶，天津风光尽收眼底。据了解，一般中速施工电梯的速度为每分钟50米，而通道塔电梯最高速度可达90米。打开安全门，一条长约5米的通道搭接在楼面上，人、机、料最终由这里进入大楼，成为运输主动脉。

像117大厦这类500米以上超高建筑，超高层降效（即随着摩天大厦施工高度的攀升，受高度、天气、运力的影响，施工效率会降低）非常严重，通过使用通道塔技术，使大厦垂直运输的工作效率提高了40%。

3、巨型框架构筑坚实“脊梁”

117大厦结构设计采用钢筋混凝土核心筒+巨型框架的结构体系，是目前最为科学的超高层摩天大楼设计形式。由于超高层建筑太重不经济、太轻又不稳，所以400米以上高楼一般不会采用纯钢结构，而是采用钢结构与钢筋混凝土相结合的形式。

“大厦由4根巨型柱、8根国内最大的防屈曲支撑、9道环带桁架、8道巨型斜撑等共计15.3万吨钢构件共同构成主楼坚实的‘脊梁’。”中建三局117项目常务副总经理李干椿对记者说。

巨型柱分布在塔楼的四个角，在正负零处单根巨柱截面尺寸为45平方米，巨型柱呈六边形，内部由26个腔体组成，最厚钢板尺寸120毫米，最大截面面积108平方米。巨型柱从地下室一直贯穿至583.65米的高度，犹如“擎天巨柱”挺起整栋大楼。

大厦安装的防屈曲支撑在第一道巨型斜撑下方，共设8根，单根长度约为48米、重量约为210吨，其可为大厦整体结构提供很大的抗侧刚度和承载力，当大厦受到巨大冲击时，防屈曲支撑不会弯曲变形，只会出现短距离位移，从而保护主体结构、减小相邻构件受力等优点，使大厦抗震性能成倍增加。

根据中国建筑科研院的振动台试验结果显示，在烈度为8度地震下，结构最大层间位移角达到约1/76，但结构仍保持了较好的整体性，关键构件基本完好，说明结构具有良好的变形能力和延性，具有一定的抗震储备能力，即使有1根巨型柱坍塌也可确保大厦不会倾覆。

4、千根长桩筑牢硬朗“骨架”

滨海高新区117组团项目建设现场紧张有序

117大厦所在地为深厚软土地层，软土厚度数百米。俗话说“脚大江山稳”，为使工程桩稳固支撑117大厦，共设计了941根100米长桩作为大厦的基础，创造了房建领域工程桩长中国之最。

试桩阶段，直径为1米的百米长桩穿越5个相对含水层，在复杂的地质环境下要保证工程桩的垂直度不大于1/300、保证不塌孔、保证孔底沉渣厚度小于10厘米、保证工程桩钢筋笼的混凝土保护层厚度以及工程桩混凝土的水下浇筑顺利，这是非常艰巨的挑战。

“天下难事必作于易。”经过一轮轮的科研攻关和实验，中建三局综合在上海、武汉等临海临江地区的桩基施工经验，结合天津地区的地质情况精心编制了超长桩施工技术方案。选用ZSD2000、GPS-20等多种型号的钻机，采用气举反循环工艺和深厚沙土超深钻孔泥浆控制技术进行120米超长桩试桩施工。

通过不断调整泥浆比重和成孔钻进速度等技术参数，最终确定了可靠的长桩施工方案，经检测工程桩全部为一类桩，941根长桩与65000立方米大底板筑牢了大厦的根基，该项技术成果经湖北省住建厅专家组鉴定达到国际先进水平。