超高层建筑施工技术创新实践.pdf

1、超高层建筑施工技术创新实践张琨中建三局近年承建的主要超高层建筑：上海环球北京中国尊武汉绿地中心天津117广州西塔香港环球成都绿地广州东塔武汉中心深圳华润南京青奥重庆国金苏州国金近年来，中建三局围绕制约超高层建筑施工的关键技术问题，开展了系列技术研究与应用。塔机高效运行塔机高效运行集成平台集成平台施工电梯施工电梯高效运行高效运行其他技术其他技术目 录1.超高层建筑施工装备集成平台2.廻转式多吊机集成运行平台3.单塔多笼循环运行施工电梯4.其他技术创新施工模架与塔机冲突装备立面冲突传统的模架系统施工技术暴露出诸多问题：传统模架承载力小钢筋绑扎层混凝土浇筑层混凝土养护层支承顶升层支点周转层u 研究背

2、景研究背景超高层建筑施工装备集成平台1施工模架高空拆改风险高投入大海洋平台工厂流水线u 研究目标研究目标超高层建筑施工装备集成平台1u 研究难点及思路研究难点及思路超高层建筑施工装备集成平台1p 第一步：2007年，广州西塔工程中，首次提出了“低位顶升钢平台模架体系”（简称“低位顶模”）。广州西塔低位顶模集成平台立面图钢筋绑扎层模板支设层混凝土浇筑层混凝土养护层支承层平台层第一代集成平台u 研究过程研究过程超高层建筑施工装备集成平台1p 第二步：在继承第一代集成平台“低位支承”理念的基础上，重点实现了模块化。周转前福州世茂模架周转后福州宇洋模架标准组件十字节点可周转安全性适用性u 研究过程研究

3、过程第二代集成平台超高层建筑施工装备集成平台1标准组件单片桁架p 第三步：在第二代集成平台的基础上，研发高承载力微凸支点和装备集成技术，开发第三代集成平台。u 研究过程研究过程第三代集成平台超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台与前两代集成平台最大的区别就是微凸支点，它承载力高，布置灵活，不破坏原结构。u 研究过程研究过程支承箱梁微凸支点第三代集成平台超高层建筑施工装备集成平台1 超高层建筑施工装备集成平台，具有承载力高、装备集成、适应性强、安全性好等诸多优点。u 研究过程研究过程关键技术 4关键技术 3关键技术 2关键技术 1支承技术装备集成安全系统可变体系粗放式建造集约化建造第三代集成

4、平台超高层建筑施工装备集成平台1 基于莫尔强度理论，得到微凸支点承载力计算方法及其构造参数。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术理论模型受力模型示意13ttc计算方法第三代集成平台超高层建筑施工装备集成平台1 通过有限元软件进行模拟分析，得到不同构造参数下的理论承载力。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术第三代集成平台微凸厚度微凸倒角约束拉杆数开裂角极限荷载40 mm343根61.672474 KN30 mm343根60.321482 KN约束拉杆微凸厚度微凸倒角构造参数有限元分析理论计算结果超高层建筑施工装备集成平台1 根据不同的构造参数，设置了5组试件，分别

5、进行了加载试验。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术微凸支点承载力试验第三代集成平台混凝土微凸破坏方式试件号微凸厚度微凸倒角约束拉杆数开裂荷载极限荷载140 mm343根1000 KN2300 KN230 mm343根650 KN1650 KN330 mm344根600 KN1730 KN440 mm103根620 KN1350 KN530 mm103根575 KN1980 KN超高层建筑施工装备集成平台1 在单个混凝土微凸承载力得到验证的基础上，进一步做了支承系统承载力试验（加载400t）。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术支承系统承载力试验第三代集成平台部

6、件名称最大应力最大位移钢筋混凝土墙体158MPa（钢筋）1mm支承架270MPa5mm对拉杆340MPa/承力件爪靴194MPa3mm超高层建筑施工装备集成平台1 微凸支点组件兼做墙体模板，周转使用。浇筑墙体时即形成微凸支点。装配式支点工艺简单，不破坏原结构，无预留预埋，无污染，每百米高度可节约200吨钢材。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术微凸支点组件现场安装微凸支点成型混凝土微凸实景第三代集成平台超高层建筑施工装备集成平台1 研发与微凸支点自咬合的爬升装置，实现平台“无障碍”快捷爬升并自动落位。支点连续布置，形成竖向等间距支承构造，平台爬升遇极端天气，可快速落位，自动锁定

7、。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术支承架自咬合快捷爬升支承架提升实景超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 研发与微凸支点自咬合的爬升装置，实现平台“无障碍”快捷爬升并自动落位。支点连续布置，形成竖向等间距支承构造，平台爬升遇极端天气，可快速落位，自动锁定。u 关键技术关键技术微凸支点支承技术微凸支点支承技术微凸支点现场实景连续布置超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 将设备、设施集成在平台上，为模板工程、钢筋工程、钢结构安装、施工测量、消防、照明等提供全方位服务，实现超高层建筑“工厂化”建造。u 关键技术关键技术装备集成装备集成布料机布料机工具房工具房控制室控制

8、室模板工程模板工程钢筋工程钢筋工程钢结构安装钢结构安装施工测量施工测量消防消防照明照明集成装备超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 研发成套智能化附着装置实现系列塔机与平台集成。该技术化解了塔机自爬升的复杂工序及安全风险，提升塔机垂直运力20%以上。u 关键技术关键技术装备集成装备集成施工状态传力原理H1H2VVH1H2顶升状态传力原理超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 研发成套智能化附着装置实现系列塔机与平台集成。该技术化解了塔机自爬升的复杂工序及安全风险，提升塔机垂直运力20%以上。u 关键技术关键技术装备集成装备集成系列塔机与平台集成集成塔机集成塔机集成塔机超高层建筑施工装

9、备集成平台1第三代集成平台 发明滑移机构、斜爬机构等，实现支承架遇墙体内收、外扩、倾斜时自动、连续爬升。u 关键技术关键技术可变体系可变体系超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 发明滑移机构、斜爬机构、开合机构等，实现集成平台遇墙体内收、外扩、倾斜时自动、连续爬升。u 关键技术关键技术可变体系可变体系平台角部开合平台整体内缩伸缩前伸缩后超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 利用微凸支点灵活性，将少支点、大悬挑的传统平台结构转变为多支点、小悬挑的巨型“钢罩”，承载力达1500吨，能抵御14级大风作用，较传统平台承载力及刚度提高3倍以上。u 关键技术关键技术安全系统安全系统钢框架系统实

10、景钢框架系统有限元分析超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 监控系统对平台进行全方位在线监测，通过运行状态分析、超限安全预警确保平台健康运行、安全可控。u 关键技术关键技术安全系统安全系统表观监控点水平度监控点应变监控点垂直度监控点风速监控点风压监控点温度监控点超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台 监控系统对平台进行全方位在线监测，通过运行状态分析、超限安全预警确保平台健康运行、安全可控。u 关键技术关键技术安全系统安全系统监控系统主界面监控室运行状态分析超限安全预警超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台u 工程应用工程应用第二代集成平台第二代集成平台天津117 高597米无锡

11、国金 高339米福州世茂 高273米福州宇洋 高258米天津现代城 高339米重庆国金 高319米镇江苏宁 高341米保利琶洲 高318米南宁龙光 高400米苏州国金 高450米超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台u 工程应用工程应用第三代集成平台第三代集成平台北京“中国尊”高528m武汉绿地高475m武汉中心高438米深圳华润高392米超高层建筑施工装备集成平台1第三代集成平台超高层建筑施工装备集成平台12018年3月登上央视“大国重器”栏目，2018年7月12日亮相中国外交部湖北全球推介会。大国重器外交部湖北全球推介会目 录1.超高层建筑施工装备集成平台2.廻转式多吊机集成运行平台3

12、.单塔多笼循环运行施工电梯4.其他技术创新u 研究背景研究背景外挂塔吊爬升内爬塔吊爬升模架影响塔吊爬升塔吊配置不经济廻转式多吊机集成平台2旋转餐桌廻转塔吊平台优化塔吊配置 扩大吊装范围 节省爬升工期 塔吊互为备用 借鉴旋转餐桌思路，提出廻转式多吊机集成运行平台，将多台吊机集成在一个可整体廻转的平台上，平台下部的巨型柱支承并沿中心筒体爬升。u 研究背景研究背景廻转式多吊机集成平台2u 研究难点及思路研究难点及思路廻转式多吊机集成平台2吊机基座平台系统廻转驱动系统支承顶升系统由支承顶升系统、廻转驱动系统、吊机基座平台等组成u 解决方案解决方案廻转式多吊机集成平台2微凸支点抗侧装置L型支撑架顶升油缸

13、u 关键技术关键技术微凸支承及爬升系统微凸支承及爬升系统支承及爬升系统组成廻转式多吊机集成平台2u 关键技术关键技术微凸支承及爬升系统微凸支承及爬升系统传统支撑架由单列微凸支点传力单支点承载400吨首创高承载力L型支撑架全新L型支撑架采用双列微凸支点传力单支点承载750吨核芯筒成对布置四组传统支撑架时总承载力不满足平台顶部荷载要求；布置八组支撑架时，角部支撑架相互干渉廻转式多吊机集成平台2u 关键技术关键技术低速大扭矩平台廻转驱动低速大扭矩平台廻转驱动采用回转支承传动技术及液压驱动技术，实现整个廻转平台任意角度廻转。回转支承回转支承上节点回转支承下节点液压动力系统廻转式多吊机集成平台2u 关键

14、技术关键技术低速大扭矩平台廻转驱动低速大扭矩平台廻转驱动两组马达同步驱动X型平台360旋转末级输出扭矩5621kNm竖向承载2000吨 倾覆力矩9000吨米电控系统廻转式多吊机集成平台2X型平台布置u 关键技术关键技术自平衡自平衡X X型平台设计技术型平台设计技术 自平衡 X型塔吊最小间距吊装范围扩大，堆场布置灵活廻转式多吊机集成平台2u 关键技术关键技术自平衡自平衡X X型平台设计技术型平台设计技术由中心桁架及片状桁架组成，平面呈x型，对吊装空间占用小。廻转式多吊机集成平台2u 关键技术关键技术自平衡自平衡X X型平台设计技术型平台设计技术吊机基座设置于平台角部，保证吊安全距离。塔吊转换节，

15、满足各类吊机的安装。廻转式多吊机集成平台2u 关键技术关键技术智能监控系统智能监控系统监控系统主界面监控室廻转式多吊机集成平台2u 关键技术关键技术智能监控系统智能监控系统垂直度监测廻转平台监控界面平整度监测应力应变监测工控机电子式水准仪廻转式多吊机集成平台2平台搭载ZSL1250、M600D、ZSL380三台塔吊应用于成都绿地中心（468m）项目u 工程应用工程应用成都绿地中心项目成都绿地中心项目廻转式多吊机集成平台2廻转式多吊机集成平台2成都绿地廻转平台亮相央视国际新闻频道中国舆论场目 录1.超高层建筑施工装备集成平台2.廻转式多吊机集成运行平台3.单塔多笼循环运行施工电梯4.其他技术创新

16、u 研究背景研究背景 垂直运输压力大，高峰期时电梯数量多，占用施工平、立面，影响下道工序，延长了工期。电梯附着塔楼，单面外墙预留范围大通道塔设置，设计安拆复杂，成本极高单塔多笼循环运行施工电梯3u 研究背景研究背景 施工电梯的发展缓慢，与超高层建筑发展不匹配只能运行两部梯笼导轨架利用率低运载能力严重不足，造成现有技术条件限制下的“窝工”单塔多笼循环运行施工电梯3u 研究思路研究思路梯笼导轨架旋转换轨机构下行轨道上行轨道借鉴轨道交通运行思路单塔多笼循环运行施工电梯常规施工电梯两条轨道多部列车单塔多笼循环运行施工电梯3u 研究难点及思路研究难点及思路单塔多笼循环运行施工电梯3u 解决方案解决方案循

17、环电梯主要包括旋转换轨系统、附着系统、供电系统及调度系统；安全控制贯穿电梯运行始终。主要组成调度系统旋转换轨系统供电系统附着系统单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术旋转换轨技术旋转换轨技术l旋转换轨机构包括机械结构、驱动装置以及电控系统三大部分。驱动驱动装置装置旋转电控旋转电控系统系统机械结构机械结构单塔多笼循环运行施工电梯3l承受各向荷载的同时进行连续旋转180l不承受上部传递的竖向力，具备多道防线的冗余度设计旋转架体中间固定轴+=u 关键技术关键技术旋转换轨技术旋转换轨技术单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术滑触线分段供电技术滑触线分段供电技术l用滑触线分段供电替代电缆

18、进行供电，解决电缆折断及电压降的问题。单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术智能群控调度技术智能群控调度技术l开发了安全运行智能群控调度系统，实现了多部梯笼群体控制及高效调度。中央控制室内景中央控制室外景单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术冗余安全控制技术冗余安全控制技术地面主站位置速度位置速度距离上摄像头上超声波测距仪上激光测距仪下摄像头下激光测距仪防线二：识别及自动紧急制动系统防线一：主控系统防撞防线三：碰撞急停及缓冲耗能系统上极限碰撞开关缓冲阻尼器单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术分段卸载技术分段卸载技术弹性卸力附着弹性卸力附着(70708080米米/道道)

19、l分段卸力附着，间隔7080米设置一道，把竖向力直接传递给建筑物检修存储库正常运行区间上行上行轨道轨道下行下行轨道轨道单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术分段卸载技术分段卸载技术在卸载附墙处设计弹簧箱，尽可能消除温度变化引发的附加应力的影响单塔多笼循环运行施工电梯3u 关键技术关键技术适应楼层微曲线技术适应楼层微曲线技术武汉绿地中心适应楼层微曲线单塔多笼循环运行施工电梯3微曲线的实现方式u 工程应用工程应用武汉中心项目技术验证机：武汉中心项目技术验证机：l 2013.3 可行性研究l 2013.10 完成整体设计l 2014.5 第一阶段验证机安装完成，实现了旋转换轨l 2014.1

20、0 实现整机循环运行l 2014.10-2015.10 完成“12000余次”循环可靠性试验l 完成了如下主要功能试验：武汉中心50米样机 空载、50%、75%、100%、125%试验 带载旋转换轨 三道安全防线防撞 万次可靠性试验 电磁干扰试验 滑触线淋雨试验单塔多笼循环运行施工电梯3u 工程应用工程应用武汉绿地中心武汉绿地中心400400米循环电梯：米循环电梯：l 2015.12 完成改进设计l 2016.06 完成企业标准l 2016.08 完成137m样梯的安装调试l 2017.01 完成型式试验自检工作，137m高度循环运行“32000余次”l 2017.04 通过专家论证，投入项目

21、应用l 2018.06 加高至400米，400m高度循环运行“25000余次”l 累计循环运行57000余次l 2018.11 循环电梯团体标准通过专家审查l 2019.3 国家十三五课题循环电梯武汉绿地示范工程通过专家验收单塔多笼循环运行施工电梯3目 录1.超高层建筑施工装备集成平台2.廻转式多吊机集成运行平台3.单塔多笼循环运行施工电梯4.其他技术创新u 研究背景研究背景l大型埋件及牛腿用钢量大，无法周转使用，投入量巨大，以超高层塔吊埋件为例，其费用高达将数千万元。其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件4结构预埋量大，且不可周转焊接作业条件差、质量要求高u 研究思路研究思路l借鉴自攻螺

22、丝原理研发一种可取出预埋螺杆：具有多种型号和规格，可适应不同的使用场合。4工厂化装配式可周转绿色环保适应性强其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件u 研究难点及思路研究难点及思路4其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件u 解决方案解决方案4l根据外载设计不同形式的外部连接件，与各种形式的可取出预埋件组合，适用不同的设备设施。可周转附着件的组成其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件u 关键关键技术技术l可取出设计：可取出设计：整体呈锥形，内小外大，设有凹槽螺纹，具备良好的混凝土取出性，同时可承受百吨级的剪力及拉力。等螺距设计分段锥形预埋螺杆受力4剖面图其他技术创新：（1）可周转系列混

23、凝土预埋件l可取出性能研究：可取出性能研究：浇筑混凝土并进行可取出试验，验证设计。试验结果4可取出性能试验现场u 关键关键技术技术其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件序号规格单根抗拔(T)单根抗剪(T)1M64X500138562M56X50071423M48X50051314M42X40045235M36X40028176M24X270127试验结果大梁拉伸器试件垫块加载示意图拉拔试验现场4l承载力试验研究：承载力试验研究：对系列规格的预埋螺杆进行抗拔力试验，M64单根抗拔138T。u 关键关键技术技术其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件l针对针对M1280DM1280D塔吊进行

24、牛腿足尺试验塔吊进行牛腿足尺试验：模拟现场进行三个方向加载，试验结果符合理论计算值。试验现场4项目实际加载竖向(T)380水平向(T)95侧向(T)142.5试验结果加载示意图u 关键关键技术技术其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件l针对针对ZSL750ZSL750塔吊进行牛腿试验塔吊进行牛腿试验：两个方向的加载，试验结果满足使用需求。钢牛腿附着件受力原理现场加载试验4项目实际加载理论值竖向(T)10587水平向(T)5047试验结果u 关键关键技术技术其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件l开展极限抗拉和极限抗剪试验：极限抗拉和极限抗剪试验：验证螺栓连接的可靠性。抗拉试验序号试验项

25、结果(T)1极限抗拉1252极限抗剪77试验结果4抗剪试验u 关键关键技术技术其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件l开展高强连接螺栓重复拆装试验：重复拆装试验：模拟现场使用工况进行加载和拆装，验证重复使用次数。试验现场序号试验项结果1拆装次数50次2循环加载1000次试验结果4u 关键关键技术技术其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件4u 关键关键技术技术l外部连接件组合研究：外部连接件组合研究：根据外部受力情况设计不同的外部连接件，适应各种受力，研究安拆工艺。集成平台承力件悬挑脚手架内爬塔吊附着外附塔吊附着可取出预埋件外 部连接件连接螺杆箱梁顶紧构造顶紧构造其他技术创新：（1）可周

26、转系列混凝土预埋件u 工程应用工程应用l超高层集成平台应用超高层集成平台应用：应用于武汉中心项目8个支承附着点，共完成744套次周转。武汉中心大厦实景图集成平台承力件4使用照片其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件u 工程应用工程应用l内爬塔机应用内爬塔机应用：重庆来福士、长江航运等项目，共10余台内爬塔机的支承梁附着上，共完成600套次周转。重庆来福士效果图塔机附着件使用照片4内爬塔机附着其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件u 工程应用工程应用l自爬升塔机应用自爬升塔机应用：成功应用于深圳红土项目，利用自有提升系统快速垂直提升附着支撑，无需倒梁和其余塔机协助，项目独立完成一天爬升两

27、台塔机。4自爬升塔机附着其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件可翻转式支撑梁原理u 工程应用工程应用l自爬升塔机应用自爬升塔机应用4塔机自爬升视频其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件u 工程应用工程应用北京副中心宿舍楼效果图悬挑外架附着4l悬挑外架应用悬挑外架应用：武汉市儿童医院、泰康同济医院、北京副中心宿舍楼等项目，完成1200套次周转。悬挑外架使用照片其他技术创新：（1）可周转系列混凝土预埋件其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置u 工程应用工程应用伦敦6.14大火已建项目火灾在建项目火灾u 在建、已建超高层建筑火灾及突发事件频发，人员安全逃生困难在建、已建超高层建筑火灾及突发

28、事件频发，人员安全逃生困难4u 研究思路研究思路u 借鉴楞次定律，开发不受高度限制、无需消耗电能、速度可调的高效载人逃生装置。借鉴楞次定律，开发不受高度限制、无需消耗电能、速度可调的高效载人逃生装置。=提出“磁力缓降安全逃生装置研究”其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置4u 研究难点及思路研究难点及思路其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置4u 装置研发进程装置研发进程第一代第一代第二代第二代第三代第三代功能验证、磁铁排布功能验证、磁铁排布人体工学优化人体工学优化便捷操作、任意位置进入便捷操作、任意位置进入第四代第四代轻量化轻量化其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置4u 定型装置载人

29、试验定型装置载人试验载人试验（视频）载人试验（视频）其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置4u 主要特征主要特征u 机理简单，非能动机理简单，非能动u 载重比高，载重比高，60kg60kg的人员只需依靠的人员只需依靠4kg4kg磁铁就能实现较为舒适的匀速（约磁铁就能实现较为舒适的匀速（约1.5m/s1.5m/s）下降）下降u 匀速运动，且不受高度限制匀速运动，且不受高度限制u 操作简单，只需简单培训操作简单，只需简单培训其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置4u 工程（试验）应用工程（试验）应用武汉中心武汉绿地中心沈阳宝能金融中心成都绿地中心其他技术创新：（2）磁力缓降安全逃生装置4技术应用展望向业主团队展示业主团队中国考察迪拜河港湾高塔系列创新技术集成应用