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扬帆正当时 科技添动力——人民日报社报刊综合业务楼工程科技创新成果总结

时间:2017-10-11 17:22

中国新兴建设开发总企业  王超  邓松波

人民日报社报刊综合业务楼工程坐落于北京市朝阳区CBD核心区。有人说他的造型像一座巨型帆船,有人说他像一个竖起的“大拇指”。工程设计者以“人文”与“和谐”为主题,凭借象征的手法,充满动感的形式,表达出建筑的标志性与现代感,同时通过对北京城市的历史环境和中国传统学问的提炼与吸取,最终利用现代建筑的语言来体现鲜明的时代特色和深厚的学问内涵。

1、 工程概述

       人民日报社报刊综合业务楼工程是一栋集国际会议中心、图书馆、报业大厦等为一体的综合性建筑,总建筑面积138400㎡,其中地上建筑面积96828㎡,地下建筑面积38969㎡。

       人民日报社主楼以32层、180m的高度拔地而起,以流线造型突出向上的动势,楼板以双曲面的方式渐变,在基于几何圆形的基础上塑造出特色鲜明的视觉效果。主楼平面成三角形,向上升起的三条巨形结构与中央的核心筒构成了坚固的空间结构,有利于抗震和抗风压,也体现了建筑造型的匹配和谐。外观采用琉璃陶棒材料,既有现代科技含量又融合了中国传统建筑学问的精髓,放眼望去,宛如一尊巨大的青花瓷雕塑矗立。4层的裙楼国际会议中心和图书馆成水平舒展布置,沿东西方向展开,与塔楼的竖向升腾既强烈对比又相互协调,其波浪形屋面和两侧的遮阳板衬托了塔楼的动感与雄伟。从空中鸟瞰塔楼,宛如一个隶书的“人”字……

       作为人民日报社1946年创刊以来的最重大建设项目,该工程建成后主要服务于人民日报社新媒体部门和社属媒体,因此,也被称为“新媒体大厦”。她是人民日报社拥抱互联网,建成覆盖桌面互联网、移动互联网、社交媒体、电子屏等各类终端现代传播体系的重要载体,是人民日报社由一份报纸发展成为全媒体形态的“人民媒体方阵”的重要基地,也是人民日报社加快产媒融合的新举措,对其优化新媒体发展规划、完善新媒体发展布局具有重要意义,将成为党和国家重大决策部署宣传的前沿阵地。

       新兴建设总企业按照“讲政治、顾大局、守纪律、懂规矩”的总体要求,在工程启动之初,成立了三级指挥管理体系,集中总企业优势资源,配备了国家级技术质量、安全管理专家团队,为施工保驾护航。现场项目管理团队均为重点部委工程选拔组建,纪律严明、作风过硬、实践经验丰富、业务能力强,关键岗位均为业务骨干双岗配置,确保了思想认识、组织领导和保证措施全面到位。

       该工程于2010年5月19日举行奠基仪式,当年12月30日签订施工总承包合同。2012年9月26日,主体结构封顶。2014年3月30日,完成外幕墙工程施工。2015年9月28日,工程竣工验收,各项建设目标均按照施工总体计划顺利实现。2016年2月19日,习大大总书记到人民日报社调研,并走进了人民日报社报刊综合业务楼。大厦开工后,得到党中央及相关部委、北京市政府等相关地方单位的大力支撑,刘云山、李长春等党和国家领导人曾多次对工程建设进行引导。

 

                                

2、 施工重点、难点

       1)纯钢结构安装难度大

       主楼总用钢量2.5万t,立面造型由3榀超高曲面桁架格构组合柱控制,曲面空间变化复杂,外倾最大角度28°;屋顶大跨度双曲面单层拱形桁架,自身高度30m,临空高度148m,跨度48m,工程结构形式国内罕见。施工中运用施工模拟技术对安装的变形和位移进行控制。

       主楼地上14根钢管混凝土柱,直径1100mm/1250mm,柱内浇筑C60自密实无收缩混凝土,对超高层顶升高强混凝土施工工艺、混凝土流动性和自密实性能要求高。

    

       工程共采用屈曲约束支撑892根,是该项新型抗震技术在国内超高层钢结构中的首次大体量应用,缺少相关规范、标准以及成熟的施工工艺。

       2)陶棍幕墙首创应用

       格构组合柱外侧陶棍幕墙,为国内首创。幕墙不规则双曲面空间造型,拉索陶棍受力复杂,深化设计难度较大,且每组陶棍转动角度均不相同,确保陶棍幕墙空间定位拼装平滑、圆顺,施工难度大。

       3)机电安装难度大

       工程空间布局呈小曲率弧形走向,机电管线走向需与空间布局保持一致,通风、水管道及电气线槽制作安装困难;空调机房为不规则扇形,设备及通风管道综合排布困难。

3、 工程总结形成的核心技术

4、 钢管柱顶升混凝土施工技术

       主楼地上外框柱为14根大直径圆钢管柱(Ø1100/Ø1250),每根钢柱三层一节,每节高度13.5m,钢管柱内浇注C60自密实无收缩混凝土,结合高层施工特点和高强混凝土的性能,采用顶升法施工。

    

       通过对顶升混凝土试验数据进行采集,对钢管核心混凝土的水化热和混凝土收缩进行监测,引导混凝土的施工配合比、施工方法和各项工艺参数,测得核心混凝土的纵向和横向收缩值,提出核心混凝土质量控制的科学方法,特别是减少核心混凝土收缩变形的措施,完善超高层钢管混凝土柱核心混凝土的施工工艺和工法。

 

       基于传统泵送混凝土顶升施工工艺,创新发明了新的泵送混凝土顶升回流施工技术,即在泵管中加入若干个分流器,与需要顶升混凝土的钢管柱一一对应。分流器由高压泵管制成,类似给排水系统中的“三通”。每个分流器设有三个管口,每个管口设有一片刀闸阀,控制混凝土的流出和流入。顶升回流施工技术就是通过控制分流器的三片刀闸阀的开闭位置,来控制混凝土在“三通”中的流向或起到分流作用。

       在实验室通过科学的方法检测了泵送混凝土分流器对泵送压力的折损等项目,在理论上对泵送顶升回流施工技术进行了验证。

 

       该技术先后申请多项发明专利,提高泵送混凝土顶升生产效率25%,降低施工风险80%,节约劳动力43.75%,有效减少混凝土使用量和高空垃圾清运量,保证了施工质量,并获得国家级工法。

 

5、 超高层曲面桁架空间格构组合柱施工技术

    1)超高层异形复杂空间格构组合柱安装变形控制技术

    常规的钢结构安装工程,通常主要参考已有类似经验和相关规范规程来事先确定其安装方案。但对于异形复杂钢结构工程的安装,特别是本工程钢构件的倾斜角度渐变,最大角度达到28゜,由于结构形式的特殊性,没有类似施工经验,在有些情况下,事先确定的安装方案将无法确保构件应力和变形发展的安全。

       考虑到外框格构柱在施工过程中有可能出现较大水平位移和压缩变形,模拟施工现场安装方案,模拟分析格构柱在施工各阶段的水平位移和压缩变形量,通过采用构件变形预调、调整楼板混凝土的浇筑顺序、控制格构组合柱与核心筒之间连系梁安装进度,通过循环测控及时修正钢结构施工方案,结构安装完成后C1曲面桁架格构组合柱的位移、变形与设计状态拟合的很好。

       2)超高层曲面桁架格构组合柱单元焊接变形技术

       格构组合柱涉及曲线钢管对接、支撑焊接以及横向连系梁的焊接。由于焊缝数量多、焊接构件多,确定合理的焊接顺序,对于减小焊接变形、提高安装精度,具有重要意义。

       采用了有限元模拟方法,以C1格构组合柱的6~8层作为计算对象进行了分析。主要研究C1格构组合柱相邻两段的对接焊接顺序、横向构件的焊接顺序,对不同焊接顺序的变形结果进行了对比,结合施工效率和安全的考虑,给出了焊接顺序建议。

6、 屈曲约束支撑安装施工技术

      屈曲约束支撑由核心单元、外约束单元等组成,是利用核心单元产生弹塑性滞回变形耗散能量的减震装置。屈曲约束支撑简称BRB。

       屈曲约束支撑作为新型减震构件,施工时缺少系统的施工方法和验收标准,无工法可依、无规范可循。本工程屈曲约束支撑主要采用焊接连接节点,为提高安装精度和工效,对屈曲约束支撑在超高层中运用销轴和螺栓连接节点进行了尝试和研究。

       对焊接节点,技术人员采用数值模拟→试验验证→修正数值模型→参数分析→得出最优施工方法的技术路线,进行了大量理论分析与实验研究。

       在实验检测的基础上,运用ANSYS有限元程序模拟屈曲约束支撑节点,通过对焊接残余应力的实验检测和有限元分析,得出了最优焊接顺序为:加强板与节点板焊接--加强板与弹性头焊接--节点板与弹性头焊接。能更好的保证屈曲约束支撑的受力性能。

       通过对销轴连接的尝试和研究,将销轴连接精度由2-2.2mm提升至0.3-0.5mm,精度提升了5-6倍。同时,进行了试验验证,在相同位移条件下,BRB对接头总耗能有显著提高(>90%) 。

 

       通过研究、总结,解决了屈曲约束支撑在不同类型的建筑工程中安装应用的技术,连接节点设计合理,安装方法方便快捷,既能充分发挥出支撑的抗震性能,又便于操作和施工。

       经过努力形成的成果《屈曲约束支撑安装施工工法》,被评审为国家级工法,并于2014年6月11日在《国家级工法成果推广应用暨建设工程施工技术创新成果经验交流会》上,作了交流发言。

7、 复杂异形曲面幕墙施工技术

       C1、C2、C3格构柱实体幕墙内侧为铝板保温幕墙,外侧为拉索陶棍幕墙。148.5m以下部分陶棍系统采用Ф16不锈钢拉索作为结构受力构件,即索支撑结构陶棍系统,陶棍支撑体系为单层单向索,利用索的柔性找形,拉索通过钢结构支撑构件,与主体钢结构连接,陶棍三根一组,错缝排布,从下到上间距从40—100mm渐变,每层变化一次。陶棍连接件是三维可调的,具有一定的转动能力。

       铝板幕墙系统为保温、防水层,中间检修马道为清洗、检修、喷淋、灯光等功能而设置,铝板幕墙设置检修门,室内通过检修门进入马道,外层为索支撑结构陶棍幕墙系统,起装饰作用。

本工程陶棍共计约23万延米,共30万余根。陶棍内壁内衬防爆膜,腔内增加通长设置的铝合金芯管,端部通过铝合金高强挂件系统与索连接,铝合金芯管端部与陶棍内部通过EPDM柔性连接。

       四层一根拉索,上、下设置调节端,其它中间层为滑移支座,控制水平受力及立面找型。

     

8、 结束语

       该工程施工建设历时5年,凝聚了各级领导的亲切关怀和全体参施人员的辛勤付出,先后获得中国钢结构金奖,北京市结构长城杯金奖,8项专利(其中发明专利5项、实用新型专利6项),国家级工法和北京市级工法各2项,多项技术被鉴定为国际先进或国际领先水平,2016年通过北京市科技示范工程验收。

       建成后的人民日报社报刊综合业务楼承载着重大的政治使命,正在以绝无仅有的外观造型,超高领先的科技含量,国内最高水平的施工建设,国际各界的高度关注,作为中国建筑史上的一大创举,必将为21世纪的中国和世界建筑发展提供历史见证。(本刊有删截)

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