超高双“Y”异形钢混凝土开花柱设计及施工技术研究

日期:2022-09-27 09:59:00

随着时代的发展,建筑不再只是为人类提供使用功能,同时也兼顾审美功能,为使用者提供美学享受,异形结构构件越来越常见,在沣东新城科统区秦创原立体联动孵化器总基地,1#楼东西两端的“开花柱”,就因为其超前的设计理念和超难的施工工艺赢得业内外关注并斩获大奖。
  
一、获奖情况

中心建筑超高双“Y”异形钢混凝土开花柱造型别样,凭借其独特的设计和超难的施工工艺荣获2022年度工程建设质量管理活动二等奖,并同时荣登中国优秀建筑论文评选指定刊物《陕西建筑》(2022年6月刊)。





双“Y”异形钢混凝土开花柱在东西两端的超高悬挑部位,此部位支模高度为17.3m,开花柱从条形基础内生根并预埋型钢柱脚,根部为2m×2m截面型钢混凝土,标高范围为-6m~-3m;上部开花分叉为4根1m×1m斜柱,倾斜角度为78.5°,共计4组16根斜柱,柱高跨越3个楼层。
 
二、所在基地

这个大名鼎鼎的“开花柱”位于沣东新城科统区秦创原立体联动孵化器总基地,由20栋单体和地下车库组成,其中1#综合楼为园区的中心建筑,承担着整个园区的中心服务功能,其使用功能包括会议、健身、休闲餐饮等,设计上造型复杂,特色鲜明。

三、设计理念

高空俯瞰,总基地极具特色的园区规划引发着来往人们的无限遐想。
 

 
航站楼式设计说。在总基地项目建设过程中,蜿蜒于楼宇之间的空中跑道无疑是最有吸引力的,长达4500米的跑道在满足健身爱好者们有氧、无氧运动双重需求同时,独特的设计也很容易让人联想到大型机场。以民用客机需求跑道长度3000米以上为例,总基地的空中跑道长度无疑是满足这个要求的,如果不论宽度和地面条件的话。除此以外,空中跑道将各楼宇紧密相连的设计思路也与机场航站楼设计有方向上的相同之处。一者寄以紧密相连、协同创新的美好期愿,后者基于实用经验及联系方便,都为“腾飞”这一核心目标煞费苦心。



电子芯片设计说。同样是将各主体有机联系起来,在一些爱好数码产品的朋友眼中,总基地与电子芯片及其载体电路板有许多相同之处。外观上,电子芯片通过电路板与各电子器件相连、总基地通过空中跑道将各楼宇有机联系在一起;核心作用方面,电子芯片与其他器件驱动着整台电子设备运作,总基地作为科技创新改革示范的关键点之一,也为区域经济高质量发展起着探索、创新作用。更为一致的是,电子芯片由数百个微电路连接在一起,为电子设备提供核心支持;总基地将有数百家科技型企业入驻,为区域经济高质量发展做出卓越贡献。




码头港湾设计说。汇聚各类资源,将源源不断的产品发送至各处需要的地方。从这一角度来讲,总基地确实是科技型企业孵化的天然良港,各科研院所成果转化中心及各地市在总基地建设的飞地孵化器正是链通航路的船队,带来各地创新资源同时,也将总基地孵化出的创新成果应用到更多科创热土,促进各业态、各地实现创新发展。外形设计上,高高耸立的中试楼像巨大的船坞建造设备,横亘于总基地中部的综合配套楼仿若可维修船只的坞舱,周边楼宇像一艘艘万吨巨轮分列四周,有很强的创新良港氛围。

其实,不论是航站楼还是电子芯片亦或是码头港湾,大家对秦创原立体联动孵化器总基地的期许,只因他们的梦与希望在这里承载。希望科技型企业在总基地“腾飞”,希望成为更能承担中坚任务的人才力量,希望向着宽广梦想之海奋楫远航!

四、施工重点与难点

施工重点

双“Y”异形钢混凝土开花柱支模体系在高大支模架搭设范围内,作业时应确保支撑体系稳固、安全。在混凝土浇筑前、浇筑时、浇筑后进行持续检查,确保斜柱支模体系及高大支模架的稳定。

1#综合楼作为园区的核心建筑,为了突出其建筑构造美感,在混凝土的浇筑观感质量控制方面存在较大挑战。要求最大程度的满足清水混凝土成型标准,保证斜柱造型的一致。因斜柱一次施工高度较高,考虑到混凝土浇筑难度大,故采用分阶段施工的方法,先进行型钢混凝土柱分段作业,直到最顶端梁柱体系联系在一起,达到设计强度后形成整体受力,才能拆除架体及加固体系。

施工难点

双“Y”异形钢混凝土开花柱施工时,涉及到测量定位、钢筋绑扎、钢结构预埋与吊装、高支模架体搭设、模板安装、斜柱支撑加固、混凝土浇筑等多个工序,存在多次交叉作业,工序制约影响较大,其中模板及加固支撑方式的设计是双“Y”异形钢混凝土开花柱施工过程中对进度控制以及质量控制方面的重难点。

五、双“Y”异形钢混凝土开花柱模板体系设计

模板及加固方式选择

在双“Y”异形钢混凝土开花柱施工中选择与实际需求相适应的模板十分重要。在模板材料选择上,传统木胶合板具有成本较低的优点,但在复杂节点部位配模难度较大,人工及材料投入较多。同时模板自身刚度较小,在大截面尺寸柱混凝土自重及施工荷载作用下,常规木模板体系抗侧刚度达不到相应要求,因而对清水混凝土成型效果控制方面易造成不利影响;对于钢模板来说,能满足常规设计造型要求,在能有效保证混凝土成型质量及考虑经济性的前提下,选择刚度适宜的材质进行制作。但因其自重较大,对于施工可操作性有较大影响;同时根据行业内调查,新型覆塑及方木一体化模板与传统木胶合板相比承受力较好、拆装便捷、能更好地达到清水混凝土饰面效果,模板尺寸按需求定制,无需现场配模,在施工进度控制方面具有一定优势。
通过对不同模板的综合对比分析,新型覆塑及方木一体化模板在质量控制、进度控制以及经济合理性方面更有优势,能更好地满足本工程实际需求。

加固及支撑体系

开花柱位于高大支模架体中心部位,其采用扣件式满堂脚手架搭设,架体搭设较为密集。因其周围施工环境制约并结合其独特的设计形式,保证钢管扣件式脚手的整体稳定性。定位体系采用可方管抱箍受力体系将四根斜柱紧固在一起,将各自向四周四散的力转化为一个整体,利用力的分解,转化成垂直向下的力和水平力,以满足架体的最优受力方式。

六、施工关键技术

分段施工

斜柱根部母柱顶标高为-3m,斜柱总长度为14.35m。开花柱施工分三段,每次混凝土浇筑施工至各分段标高部位,前一分段混凝土强度等级达到一定强度后再进行下一段浇筑作业。

放线定位

采用水平投影法在基础垫层上将每根斜柱4个方向与斜柱截面相切的交点、斜柱中心线进行水平投影,并转换为平面二位控制线。并通过建模软件二次放样,确定起始点标高后,后续标高则根据斜率按每段施工高度计算出相应部位的设计标高并现场复核,确保每一施工段起始点标高准确无误。

模板体系安装

开花柱采用新型定制覆塑及方木一体化模板和方圆扣柱箍相结合的方式,模板厚度为17mm,方木规格为40mm×50mm。利用软件绘制出开花柱配模节点图,再根据配模尺寸以及施工工艺进行深化,调整模板包柱接茬位置以及拼缝口紧密性。柱箍选择10#标准钢25mm厚定型加固件,抱箍间距为300mm,第一道距离根部150mm,每施工段最顶部一道距顶部100mm。开叉核心节点采用定制钢模板及定型加固件,以保证开叉核心节点的造型效果。

支撑体系搭设

开花柱在每一施工段模板安装并完成加固后,预先使用可调钢支撑进行顶撑,以确保其稳定性。后在施工段处中部以及顶部采用方管抱箍将4个不同方向的柱进行紧固拉结。抱柱紧固件采用100mm×100mm×2.5mm可伸缩式方管,可调伸缩部位使用螺栓进行加固,方管水平搭接部位采用定制构件进行锁止。完成水平拉结后,在各边角部位采用扣件式钢管脚手架统一进行竖向支撑加固稳固。

七、对后续项目的借鉴意义

针对超高双“Y”异形钢混凝土开花柱设计了由新型模板与对拉、支撑工具共同组建的加固体系。本文以工程实际为背景,介绍设计理念,系统研究大角度斜柱施工的关键技术,对其相关技术处理措施进行介绍,可为其他类似工程提供借鉴。

科统区作为沣东新城的重要片区,每个产业园需要有标志性的建筑,需要有记忆点的建筑,需要有让入住企业和员工引以为豪的亮点建筑。为每个园区设立独特的标签是园区平面规划和建筑设计的重要使命。未来科统产业园区建筑在满足使用功能和结构安全的基础上或许可以适当追求美观,以满足使用者的审美要求,为使用者带来舒适美好的感受,这或许将成为未来产业园区建筑要承担的美学功能。