現(xiàn)代施工新技術(shù)案例課件

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國家大劇院工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285m，總投資38億。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2），各種通道及入口均設(shè)在水下。設(shè)計者為法國巴黎機(jī)場公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計研究院參與主體設(shè)計。美國《今日美國》報評論認(rèn)為，國家大劇院的落成象征了中國強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實力，并將吸引國際文化產(chǎn)業(yè)投資。案例:國家大劇院

國家大劇院建筑設(shè)計方案為法國設(shè)計2國家大劇院

設(shè)計師保羅·安德魯國家大劇院由法國設(shè)計師保羅·安德魯設(shè)計。事實上，安德魯只是提出了一個設(shè)計概念和要求，而具體的施工圖設(shè)計大多是由北京市建筑設(shè)計研究院完成的，這就導(dǎo)致了設(shè)計方案和施工圖不匹配的問題。我國沒有能獨立完成EPC或DB的工程公司。3由于國家大劇院地處特殊，于天安門廣場附近，按照規(guī)定國家大劇院高度不能超過46公尺（米），唯一解決辦法是，將建筑物往下蓋。施工約束條件1.高度不能超過周圍建筑物國家大劇院地下建筑深達(dá)32.5米，大部分建筑物必須埋在地下。這大大提高了施工難度和工程造價5由于施工所在地土質(zhì)不良，無法得到施工所需的穩(wěn)定地面，地樁無法完全固定，因此施工人員不能只挖出標(biāo)準(zhǔn)或者深入的地基，還要設(shè)法解決地面壓力問題。施工約束條件3.地質(zhì)不良產(chǎn)生地面穩(wěn)定性差解決辦法：浮床

在地面鋪上場213米、寬144米的浮床，中間留有一個空洞。浮床空洞能使建筑物產(chǎn)生的下壓力均勻分布，產(chǎn)生施工所需要的全面穩(wěn)定性6北京的惡劣天氣舉世聞名，且處于極其活躍的地震帶上。強(qiáng)風(fēng)和地震是兩個看似不相關(guān)，實際上卻緊密聯(lián)系的問題。建筑物要求在季節(jié)性強(qiáng)風(fēng)下表現(xiàn)出較好的剛性，而在地震狀態(tài)下，要保持足夠的彈性，以免建筑物倒塌。施工約束條件4.地震、強(qiáng)風(fēng)等自然條件的挑戰(zhàn)解決辦法：隔震軸承隔震軸承在長跨距橋梁中常用到，這種隔震軸承讓結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)中保持穩(wěn)固，同時又能使建筑物在地震剪力中保持彈性金門大橋隔震軸承強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)震隔震軸承地震剪力

設(shè)計方案不合理，可施工性差，造成施工成本不必要的增加。如：由于采用鈦合金的外殼，加上設(shè)計者對現(xiàn)場地質(zhì)條件不熟悉，需要花費大量的勘察、試驗費；其60％的建筑在地下，地下工程造價遠(yuǎn)高于地上工程的成本，如施工過程中需要挖一個深坑，由于沒有余地可以放坡，必須構(gòu)筑厚度為1.5米，深達(dá)40米的鋼筋混凝土連續(xù)墻，這是人力、物力和財力的巨大耗費，不僅如此，功能上也造成種種困難，觀眾入場和設(shè)備存放等大都在地下，容易造成消防安全隱患。

1、方案設(shè)計的不合理性國家大劇院的預(yù)留地及施工現(xiàn)場原設(shè)計方案存在的主要問題：9

設(shè)計方案中采用的巨大的鈦合金外殼在北京這一沙塵暴頻發(fā)的地區(qū)，至今仍無有效地清洗方案，如果加上雨水的沖洗，將很難再見流光溢彩，晶瑩剔透的設(shè)計效果；設(shè)計方案的運行和維護(hù)成本巨大，據(jù)估算，僅每月的電費就需要400萬元人民幣，這樣勢必給造成資源的巨大的浪費和政府財政負(fù)擔(dān)增加。3、設(shè)計方案維護(hù)成本巨大10對原設(shè)計方案的修改修改方案主要是對原方案進(jìn)行了“兩壓一完善”的局部修改。修改后的方案取消了小劇場的設(shè)計,并對原設(shè)計方案中的消防通道進(jìn)行了修改。同時將建設(shè)規(guī)模壓縮到14.9萬平方米,4萬平方米的停車場工程從原方案中脫離出來。整個工程的投資,由原來預(yù)計的50多億元壓縮到38億元。11“水立方”—國家游泳中心“水滴”—天津奧體中心

隨著我國的經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)，中國正在各個方面趕超西方國家，包括大型的建設(shè)項目。加之2008年北京奧運會的來臨，出現(xiàn)了越來越多的超大型項目,如國家大劇院、國家體育場、國家游泳中心、天津奧林匹克體育場等，這些大型工程建設(shè)項目為了滿足特殊的功能設(shè)計和突出文化理念，往往沒有前例可循，還具有建設(shè)周期長、投資額大、工程質(zhì)量要求高等特點，這給工程施工帶來了新的挑戰(zhàn)。在許多超大型項目建造過程中，有許多建筑師對這些項目的設(shè)計提出異議。事實上，在新舊思想碰撞時，爭議是在所難免的，悉尼歌劇院以及巴黎盧浮宮在建造過程中也都克服了最初面臨的責(zé)難，新思想最終會順應(yīng)時代發(fā)展而逐漸成熟，成為主流。工程施工技術(shù)新挑戰(zhàn)“鳥巢”--國家體育場13采用高強(qiáng)混凝土預(yù)應(yīng)力管樁在保證工程安全度的前提下，合理地選擇樁型可以達(dá)到節(jié)省資金、縮短工期的目的，從而實現(xiàn)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在本工程樁基礎(chǔ)設(shè)計前，對樁型選擇進(jìn)行了分析比較。從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，分別對3種備選樁基方案需投入的資金進(jìn)行了估算(見表)。可以看出，高強(qiáng)混凝土預(yù)應(yīng)力管樁在滿足承載力要求的前提下，在經(jīng)濟(jì)效益方面有明顯的優(yōu)勢。14天津奧體中心體育場清水混凝土看臺板精細(xì)安裝施工技術(shù)施工難度高、造價高１、由于已安裝的鋼結(jié)構(gòu)桁架的覆蓋,兩層看臺之間重疊達(dá)近萬平方米,致使看臺板安裝時吊機(jī)安裝空間受到限制，而單純使用行走式吊車費用高。２、看臺板型號多達(dá)596種,安裝管理工作復(fù)雜。同時測量放線工作量大,精度要求高3、由于體育場看臺為橢圓形,設(shè)計圖要求預(yù)制看臺板的板形也要按照相應(yīng)曲率弧形進(jìn)行制作,以使安裝后的看臺板邊沿口呈橢圓順滑曲線。而面積達(dá)3·6萬M2,看臺上的預(yù)制看臺板按照相應(yīng)的不同曲率做成曲線狀板形,其模板設(shè)計、制作工作復(fù)雜,且投入大、成本高。15優(yōu)化設(shè)計、施工方案：看臺板施工設(shè)備的優(yōu)化：以塔式起重機(jī)為主、行走式吊車為輔的方案。使塔式起重機(jī)覆蓋面積大、工作性能穩(wěn)定、使用費用低的優(yōu)點和行走式吊車的機(jī)動靈活性相結(jié)合,克服了塔式起重機(jī)不能自行移動而出現(xiàn)覆蓋盲區(qū)的缺點,解決了單純使用行走式吊車費用高的不足。使安裝機(jī)械方案具有更好的操作性、安全性、經(jīng)濟(jì)性?？磁_板的優(yōu)化設(shè)計：通過對看臺板板型進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化,以看臺板支座的看臺徑向斜梁軸線為折彎點,將看臺板設(shè)計成直邊折線板形,使單跨設(shè)置為直邊板,雙跨設(shè)置為直邊折線板。將看臺板安裝平面按照12個塔位分成3個大安裝區(qū),每個安裝區(qū)包括4個塔位,使3臺塔式起重機(jī)各負(fù)責(zé)1個安裝區(qū)內(nèi)的4個區(qū)段。17南京地鐵建設(shè)

地鐵并不一定要建在地下，把地鐵建到地面上，可免去地下隧道的通風(fēng)、照明、排水等設(shè)施。新加坡的地鐵70%都是建在地上的。南京地鐵也根據(jù)實際情況，選用了不同類型。一號線一期工程線路全長21.72公里，其中地下線14.33公里，地上線7.39公里;二號線一期工程線路全長21.63公里，其中地下線19.11公里，高架線0.83公里，地面線1.69公里。南京地鐵一號線南延線和二號線西延線過江后盡量采用地面線和高架線。1、確定合適的線路標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)城市特征、客流預(yù)測等選擇適合的軌道交通模式，如輕軌、地鐵等。不同的線路類別造價差別很大，通常高架線是地下線造價的1/4~1/3，地面線又是高架線造價的1/3~1/2左右。南京地鐵高架線18南京地鐵建設(shè)2、實現(xiàn)有效的線路規(guī)劃

南京地鐵在事先的規(guī)劃控制中，新街口地區(qū)的中央、新百、東方等大商場，在建設(shè)時就預(yù)留了地鐵出入口、風(fēng)亭、風(fēng)道等設(shè)施，中山南路南下工程也為地鐵預(yù)留了高架橋空間。正是有了前期多年的充分醞釀，地鐵一號線才得以在2000年12月12日正式開工，拆遷費用也大為節(jié)省。廣州地鐵一號線，拆遷花了33億元，而南京地鐵一號線的拆遷只花了約5億元。地下線路及車站埋深在有條件的情況下盡量淺埋，淺埋既節(jié)約土建費用，還有可能減少一些設(shè)備投入。同時，盡量避開了不良地段和地下管線大干道，并考慮與地面市政設(shè)施或建筑相結(jié)合綜合開發(fā)。合理的線路規(guī)劃南京地鐵建設(shè)

施工工藝和方法對造價的影響較大，南京地鐵結(jié)合地質(zhì)、環(huán)境、工期等具體情況認(rèn)真研究。根據(jù)周邊建筑和地下管線的布置情況，確定施工時基坑的保護(hù)等級；圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式主要從結(jié)構(gòu)防水、基坑保護(hù)等級和降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)造價方面考慮；根據(jù)地質(zhì)條件、場地情況、對交通的影響等因素的分析，選擇合理的挖掘方式。4、選擇合理的施工方法

南京地鐵對有條件的地方，盡量采用明挖施工法，明挖法比暗挖法施工節(jié)省投資約20%~50%，但要充分考慮對周邊地區(qū)交通的影響，做好交通流的疏散工作。

南京地鐵還努力通過科研成果轉(zhuǎn)化、設(shè)計及施工方案的優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新的細(xì)化推進(jìn)工程建設(shè)。積極采用新工藝、新材料、新技術(shù)，節(jié)約成本，節(jié)省工期。盾構(gòu)淺挖21國家游泳中心“水立方”為176.5389m×176.5389m×29.3786m的立方體,賽時座位17000座,賽后永久座位6000座。根據(jù)使用功能,采用一道東西向和一道南北向內(nèi)墻將方形平面分割為比賽大廳、熱身區(qū)和嬉水大廳三個相對獨立的空間,其中比賽大廳為凈跨126m×117m的大空間。混凝土結(jié)構(gòu)地下2層,地上4層,泳池底位于地下2層-11.3m標(biāo)高,比賽大廳的臨時看臺賽后拆除,另建3層樓層用作賽后運營。水立方內(nèi)部平面圖與剖面圖熱身區(qū)比賽大廳嬉水大廳賽時剖面賽后剖面22膜材料—聚四氟乙烯(ETFE)的作用“水立方”表面膜結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用聚四氟乙烯，ETFE的英文名稱為EthyleneTetraFluoroEthylene是一種乙烯和四氟乙烯的共聚物。它是經(jīng)過改進(jìn)了的一種粉式聚合樹脂.跟PTFE(也叫做特富龍)屬于同一家族。用于建筑中的ETFE通常是通過擠壓形成很薄的薄片生產(chǎn)出來.這種薄片較多用于建筑的雙、多層充氣膜結(jié)構(gòu)中。單片膜的跨度與其載荷有關(guān).一般為2m一5m。最大的ETFE膜結(jié)構(gòu)可伸展達(dá)50m。ETFE薄膜能夠制成任何尺寸和形狀.滿足大跨度的要求.節(jié)省了中間支撐結(jié)構(gòu)。這就使得設(shè)計者能夠把扭層跟結(jié)構(gòu)相結(jié)合創(chuàng)造出極為輕質(zhì)、簡潔和高雅的結(jié)構(gòu)。水立方入口23聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用由于組成這種膜材的分子是自然界中最穩(wěn)定的有機(jī)物之一，故由ETFE為膜材的膜結(jié)構(gòu)一般受環(huán)境影響極小。對于此種材料廠家的保質(zhì)期為10年。廠家提出的壽命是30年。但這并不意味著30年后必須要進(jìn)行更換。可能在30年后會有局部的更新。ETFE膜材料的透光率約為90%。ETFE膜的可選色為白色此種情況的透光率為70%。水立方內(nèi)部施工圖優(yōu)點：壽命期長－－更換頻率低透光性好－－運營能耗低25聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用ETFE本身為自潔性材料，摩擦系數(shù)非常小.表面很光滑.加上曲線形的形狀.灰塵很難附。即使有少量的附粉發(fā)生.也會在干燥后被風(fēng)等自然力非常容易地清除掉。由于它是氟的聚合物.很難與空氣中的其它化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。對于屋項.一般情況下.每4或5年清洗一次即可。清洗時可用清水及軟布，一般不需清洗玻璃幕墻時所用的不利于環(huán)保的化學(xué)藥劑。優(yōu)點：摩擦系數(shù)小---便于清潔26“水立方”的其他先進(jìn)技術(shù)

國家游泳中心的設(shè)計中應(yīng)用了大量的新技術(shù)。這些技術(shù)有些在中國的建筑業(yè)中，甚至是世界的建筑業(yè)中還從沒有用過。這些新技術(shù)的目的是最大限度地提高運動員的比賽水平，提高觀眾在現(xiàn)場參觀比賽時的感受，同時為國家游泳中心的運營提供最大的便利。1、盡量減少水的使用(90%可循環(huán)）。主要措施包括使用高效過濾系統(tǒng)、中水系統(tǒng)和雨水收集系統(tǒng)；2、沒有熱量損失的設(shè)計：透明的薄膜起到了溫室的效果，太陽能被盡量吸收，并為游泳池和周圍地區(qū)提供熱；3、盡量采用自然照明和自然通風(fēng)，減少對人工系統(tǒng)的依賴；4、采用與建筑物相結(jié)合的光電系統(tǒng)以節(jié)省能源；5、利用地下水進(jìn)行制冷和加熱；6、語言輔助系統(tǒng)：觀眾可以選擇自己需要的語言廣播，功能提高。7、交通指示系統(tǒng)：對人流的走向提供指示，功能提高。8、熱電聯(lián)供技術(shù)…………29

可施工性研究是為了更好地實現(xiàn)項目的目標(biāo)，要求施工人員盡早地參與項目的規(guī)劃、設(shè)計、采購等階段工作，將施工經(jīng)驗和知識等應(yīng)用大項目實施的全過程中，避免了傳統(tǒng)的設(shè)計與施工分離所帶來的問題。

可施工性研究應(yīng)考慮以下幾個方面的因素：承發(fā)包模式；風(fēng)險管理；項目工作分解；勞動力計劃；現(xiàn)場出入口（考慮設(shè)備的尺寸）、氣候條件、區(qū)域環(huán)境條件等；施工順序、施工裝備計劃；預(yù)制、預(yù)拼裝以及標(biāo)準(zhǔn)化；現(xiàn)場設(shè)施（辦公室、臨時用電、給排水、保安、道路、停車等）；可操作性和可維護(hù)性。以上因素都會對可施工性產(chǎn)生影響，因此要綜合考慮。可施工性研究內(nèi)容

可施工性研究是在項目實施的全過程中，對以下方面進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)：項目的總體目標(biāo)；項目的策劃和設(shè)計；施工進(jìn)度計劃；費用或預(yù)算；施工和主要施工技術(shù)。30規(guī)劃階段施工階段運行階段設(shè)計階段進(jìn)度節(jié)省成本節(jié)省可施工性研究價值

可施工性研究在國外推行多年并獲得重大成效，被視為建設(shè)管理技術(shù)中非常具有潛力的新興建設(shè)管理技術(shù)之一，可降低工程造價，提高工程建設(shè)生產(chǎn)力。

文獻(xiàn)顯示，實施可施工性研究可節(jié)約工程成本6%-10%，減少作業(yè)時間8.7%-43.3%[1]。從整體看，可施工性研究的投資回報率可以高達(dá)10-20倍。

有研究表明，一個石化擴(kuò)建項目在實施可施工性研究后，業(yè)主和承包商都承認(rèn)可施工性可以帶來相當(dāng)于項目總投資1.1%的效益，針對可施工性研究的投資回報率相當(dāng)與10：1，而且實施可施工性研究還將項目進(jìn)度加快了10%[2]。圖：實施可施工性對項目進(jìn)度、成本的影響[1]TheConstructionManagementCommitteeoftheASCEConstructionDivision.ConstructabilityandConstructabilityPrograms:whitePaper[J].JournalofConstrutionEngineeringandManagement,1991,117(1):67-89[2]RussellJS,GogelJG,RadtkeMW.DocumentedConstructabilitySavingsforPetrochemical-FacilityExpansion[J].JournalofPerformanceofConstructedFacilities,1993,7(1):27-4531可建筑性的影響因素1.允許經(jīng)濟(jì)的使用承包商的資源經(jīng)濟(jì)的使用設(shè)備和勞動力技術(shù)使臨時性工作容易化使用可用的材料、配件、產(chǎn)品和零部件進(jìn)行設(shè)計2.使設(shè)計要求易于被現(xiàn)場工作人員理解和修改更新和修改設(shè)計文件使已完工程可視化準(zhǔn)確定義管線的位置3．設(shè)計允許承包商采用其他的施工方法允許承包商采用新的施工方法允許技術(shù)創(chuàng)新選取材料的范圍廣4．設(shè)計能夠使承包商克服施工現(xiàn)場的限制條件設(shè)計與現(xiàn)場情況相互匹配設(shè)計方案方便現(xiàn)場布置、儲存和出入5.允許標(biāo)準(zhǔn)化和重復(fù)6.允許在預(yù)制和現(xiàn)場制作中自由選擇部件的施工方案7.簡單化非常見部件的施工工序8.通過采用靈活的施工方案最小化天氣對施工的不利影響9.設(shè)計能夠保證施工現(xiàn)場安全施工32可施工性的原則（一）概念設(shè)計階段正式的可施工性計劃是工程執(zhí)行計劃的一部分將建設(shè)知識和經(jīng)驗融入到工程早期規(guī)劃中建設(shè)施工人員參與到設(shè)計決策中工程進(jìn)度受施工要求的影響基礎(chǔ)的設(shè)計方案要考慮到施工的主要技術(shù)現(xiàn)場布置有利于施工工程參與人員對工程的可施工性負(fù)責(zé)采用先進(jìn)的信息技術(shù)（二）設(shè)計和采購階段設(shè)計和采購進(jìn)度受施工要求的影響設(shè)計方案要易于施工設(shè)計部件要標(biāo)準(zhǔn)化在制定施工規(guī)范時考慮施工效率問題標(biāo)準(zhǔn)組件和預(yù)安裝件的設(shè)計要便于制造、運輸和安裝。在不利天氣下，設(shè)計要便于施工工程參與人員對工程的可施工性負(fù)責(zé)設(shè)計和施工工順便于系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。（三）現(xiàn)場施工階段采用新的施工技術(shù)，如創(chuàng)新的施工順序安排、使用臨時施工系統(tǒng)、使用新的施工設(shè)備。33

崔云靜，王旭峰（2007）在對建設(shè)項目的可施工性進(jìn)行研究后指出：可施工性問題分類

第二類可施工性問題：是與總體施工方案有關(guān)的問題,如項目總進(jìn)度計劃、總平面圖的布置是否考慮到施工布置的實際需要等。主要表現(xiàn)在項目實施的早期階段,通常的設(shè)計質(zhì)量管理沒有從總體上考慮后續(xù)施工的需求。

第一類可施工性問題：指常見設(shè)計質(zhì)量問題中那些“不便施工”或“不能施工”的問題,也可稱之為“狹義的不可施工問題”。如:鋼筋過密,混凝土難以澆筑等。第一類不可施工問題比較直觀,一般來說,這些問題發(fā)生在某個工序的施工過程中，是設(shè)計原因引起的難以順利完成施工的問題?！板e漏碰缺”與設(shè)計深度不夠

第二類可施工性問題第一類可施工性問題常見設(shè)計質(zhì)量問題可施工性研究的問題圖設(shè)計的可施工性問題分類34

王成芳（2006）對設(shè)計的可施工性問題進(jìn)行了分析并指出，產(chǎn)生設(shè)計的可施工性差的原因主要有：設(shè)計的可施工性產(chǎn)生原因可施工性差的原因直接原因：設(shè)計與施工相分離一方面，它導(dǎo)致設(shè)計人員的可施工性經(jīng)驗是通用的，考慮施工問題帶有主觀性；另一方面，導(dǎo)致施工方在拿到施工圖紙后，才可能進(jìn)行施工組織設(shè)計，其優(yōu)化施工流程的創(chuàng)造性活動受到既有圖紙的限制。承發(fā)包模式選擇的局限性國家招投標(biāo)制度方面的規(guī)定限制了設(shè)計與施工的交流。施工方在招投標(biāo)結(jié)束之后才能參與項目，承包商在項目前期決策階段無法直接參與設(shè)計的可施工性研究。設(shè)計項目管理水平低下首先，可施工性問題涉及到的是和總體施工方案有關(guān)的問題，通常的設(shè)計質(zhì)量管理不能有效解決這類問題。其次，我國的設(shè)計項目管理主要通過設(shè)計階段的校對等，在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)偏離后再采取糾正措施，它對提高建設(shè)工程整體目標(biāo)存在明顯的不足。35

顯然，造成可施工性差的最直接原因，就是設(shè)計與施工相分離而產(chǎn)生的。在我國，業(yè)主和設(shè)計單位是項目前期的主要參與方，而施工單位則必須在設(shè)計結(jié)束且施工招標(biāo)完成后才能確定參與項目，這就導(dǎo)致設(shè)計與施工的分離。EPC模式與可施工性問題的解決

李立新（2004）對如何從可施工性角度改進(jìn)設(shè)計管理質(zhì)量進(jìn)行了研究，指出：DBB模式(即傳統(tǒng)的建設(shè)項目設(shè)計--招投標(biāo)--施工模式)是專業(yè)化分工的產(chǎn)物，其建設(shè)周期長、設(shè)計可施工性差、早期無法確定工程造價是該模式固有的缺點。

許多學(xué)者和實際工作部門同志認(rèn)為，EPC總承包商擁有設(shè)計方和施工方的雙重身份，和傳統(tǒng)的DBB建設(shè)模式相比，兩階段利益的一致性使得總承包商更有了全過程設(shè)計管理的動力，因此，EPC模式這種特殊的合同結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了其進(jìn)行可施工性研究的必要性。施工階段向設(shè)計階段的延伸，即設(shè)計階段對于可施工性的研究和運用便成為了總承包商規(guī)避施工風(fēng)險，提高設(shè)計質(zhì)量的可行之策。36EPC下可施工性研究操作手冊編制程序成立可施工性研究小組明確可施工性研究目標(biāo)研究提高設(shè)計可施工性的措施對提高可施工性的措施進(jìn)行優(yōu)化或擇優(yōu)選擇應(yīng)用設(shè)計可施工性研究的成果對設(shè)計可施工性研究活動及其實施效果進(jìn)行評價EPC模式下設(shè)計階段開展可施工性研究的基本工作程序可分為六步：37

中央電視臺新臺址位于北京東三環(huán)路的中央商務(wù)區(qū)內(nèi)，由中央電視臺(CCTV)主樓、服務(wù)樓、電視文化中心(TVCC)及室外工程組成，總投資約50億人民幣，其中主樓高234米，地上52層、地下3層，設(shè)10層裙樓，建筑面積47萬平方米。主樓的兩座塔樓雙向內(nèi)傾斜6度，在163米以上由“L”形懸臂結(jié)構(gòu)連為一體，建筑外表面的玻璃幕墻由強(qiáng)烈的不規(guī)則幾何圖案組成，造型獨特、結(jié)構(gòu)新穎、高新技術(shù)含量大，在國內(nèi)外均屬“高、難、精、尖”的特大型項目。CCTV新臺址主樓中央電視臺新樓設(shè)計體現(xiàn)了后現(xiàn)代主義思想，它一反男性圖騰崇拜的傳統(tǒng)，擯棄摩天大樓，選擇了大膽的聳入云霄旋轉(zhuǎn)再插入自體的設(shè)計方案，彰顯一種人類無性繁殖的趨勢。這種驚世駭俗的設(shè)計理念遭到社會輿論的批評。當(dāng)然項目的實施和管理更成為難點。可建筑性、可施工性案例實際工程中基于可建筑性、可施工性的方案38CCTV新臺址可建筑性、可施工性的討論CCTV新臺址可建筑性可施工性BCabA難抗火災(zāi)維持兩柱傾斜成本增大不對稱性的抗震難題10層高的懸梁壓力問題10層高的懸梁安裝問題可建筑性(buildability)：建筑物滿足功能的前提下，設(shè)計使施工容易的程度D基礎(chǔ)壓力不平均（由于兩側(cè)不等高力柱、9層高裙樓及其對角面3層地下建筑所形成的不均勻壓力）可施工性(constructability)：是可建筑性的延伸，延伸到使用階段和壽命終了時期

央視新樓的地基將承受3種截然不同的壓力:兩座塔樓的地上層數(shù)分別為51層和45層,高約230米。由于塔樓主體并不是垂直于地面的,而是呈84度斜角向天空延伸,其壓力相當(dāng)于約300米高樓的壓力,超過150噸/平方米;地上建筑為9層的裙樓,其壓力與一般建筑物相當(dāng),大約是40噸/平方米;而主塔樓的旁邊是地上1層、地下3層的低矮建筑,這部分地基的壓力僅有15噸/平方米,甚至還沒有挖掉的土的壓力大?！皟勺扌退呛团赃叺牡桶ㄖ挥谕粋€地基之上,這就像把一輛坦克和一張書桌放在蹺蹺板的兩邊”

針對塔樓壓力,專家們的解決方案是在塔樓下面加鋪一個長寬各120米、高8米的鋼筋混凝土底板這樣就可以減小壓力到110噸/平方米。“這就好像在雪地里放一塊大木板,人站上去就不會陷進(jìn)去?！眽毫栴}的解決方案40地下水常年水位-15m最低水位-3m

地下水的浮力可導(dǎo)致基礎(chǔ)上浮,基礎(chǔ)會像空盒子一樣漂起來,危險性不只在于土。地基壓力極小的低矮建筑部分還要受到地下水的嚴(yán)重影響。由于低矮建筑部分壓力過小,在地下水浮力的影響下,地基可能要上浮;另一方面,央視工程的地下水位在地下15米左右,但其歷史最高水位曾達(dá)到地下3米?！叭绻叵滤簧仙?低矮建筑就會像’空盒子’在水里漂起來?！苯鉀Q方案—打樁。將采用一種直徑達(dá)1米、長達(dá)50米的樁基釘入地下,它一方面可將地下土層“擠”得更密實,增強(qiáng)抗壓能力;另一方面可與周圍土層產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力,樁的作用是“抗浮”。就像將釘子釘入木頭一樣,再往下壓就會很困難。地下水浮力問題的解決方案土壤樁基50m4112月26日，采取架橋的方法，塔吊將重幾十噸的鋼架慢慢地抓到了162米的高空。懸臂共14層、寬39.1米、高56米，用鋼量為1.8萬噸.鋼架通過鋼筋牽引固定，鋼筋一邊連著鋼架，一頭連著大樓主體，從而搭設(shè)一個橫斷面鋼梁。高強(qiáng)螺栓將鋼架的一端固定在大樓主體上，焊接后松開鋼筋，校正鋼梁的精確角度。兩棟塔樓分別以大跨度外伸部分在162米以上高空懸挑75米和67米，然后折形相交對接，在大樓頂部形成折形門式結(jié)構(gòu)體系，總用鋼量14萬噸。懸臂合龍標(biāo)志著央視大樓最關(guān)鍵的建筑環(huán)節(jié)完成，此后大樓將進(jìn)入安裝階段，預(yù)計2009年1月完工。懸臂安裝問題的解決方案第一階段：懸臂內(nèi)側(cè)間合龍第二階段：懸臂外側(cè)全面合龍第三階段：合龍平面上搭建鋼架于2007年12月8日完成42其他問題的解決

抗震性：央視新大樓是世界上最大的單體鋼結(jié)構(gòu)建筑，大樓的鋼結(jié)構(gòu)非常堅固，一般建筑為抗7級地震，而央視新址可抗8至9級地震，使用壽命達(dá)到100年，做到小震不壞，大震不倒。12級以下的風(fēng)不會對大樓產(chǎn)生任何影響。

懸臂壓力：由于大樓的鋼結(jié)構(gòu)非常堅固，完全可以支撐整個懸臂懸空的重量以及在懸臂中進(jìn)行辦公、觀光等活動產(chǎn)生的力量。

塔樓傾斜：央視新大樓塔樓由于傾斜，有些柱子是永久性受拉。為了使永久性受拉柱堅固可靠，設(shè)計采用了高強(qiáng)度的錨栓，把柱子牢牢地錨固在底板里。

各種可建筑性、可施工性的難點都得到了解決，但并不意味著央視新大樓設(shè)計的可建筑性、可施工性合理；恰恰相反，各種解決方案的使用，大大提高了工程造價，這正是可建筑性、可施工性差的體現(xiàn)。但央視新大樓作為北京市新地標(biāo)，為了突出標(biāo)志性，其結(jié)構(gòu)合理性、可建筑性、可施工性必然削弱。43設(shè)計階段的可建筑性、可施工性案例蘇通長江公路大橋

蘇通大橋位于江蘇南通和蘇州常熟之間，東距長江入海口１０８公里，是國家高速公路沈陽至海口的重要通道。大橋全線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速每小時100公里，車流量每天可達(dá)7萬輛，大橋主跨1088米，全長32.4公里，總投資約85億元，由跨江大橋工程和南、北岸接線工程三部分組成，為世界最大跨徑斜拉橋，創(chuàng)造了最深橋梁樁基礎(chǔ)、最高索塔、最大跨徑、最長斜拉索4項斜拉橋世界紀(jì)錄。該工程項目于2003年6月開工，歷時近5年。44蘇通長江大橋主航道橋型方案及索塔方案設(shè)計可建筑性、可施工性的比較研究蘇通長江大橋可建筑性可施工性BCabA受力分析結(jié)構(gòu)耐久性問題分析施工難度比較梁段施工難度分析橋面鋪裝問題分析主航道橋型備選方案：主要包括七跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋、五跨連續(xù)混合梁斜拉橋兩種方案。D梁段受力性能分析索塔設(shè)計方案：主要包括A型、鉆石型和倒“Y”型三種方案。45一、蘇通長江大橋主航道橋型方案設(shè)計可建筑性、可施工性的比較研究梁段受力性能分析

目前已建或在建混合梁斜拉橋的混凝土梁段跨徑都較小，一般在70m以下，且和與之相鄰的跨徑相差不太大；而蘇通大橋由于通航的需要，混凝土梁段至少需要100m跨徑，相鄰跨徑需要300m，這就給混凝土梁段的受力帶來了不利影響，并給大橋的安全和使用壽命帶來一定隱患，而鋼箱梁可以解決這樣問題?；旌狭盒崩瓨蚧炷亮憾慰鐝讲贾帽容^蘇通大橋主橋橋跨布置46梁段受力性能分析（續(xù)一）

本橋混合梁方案混凝土梁段的平面有限元應(yīng)力計算結(jié)果表明，混凝土梁的應(yīng)力雖然基本滿足規(guī)范要求，但處于較高的應(yīng)力和較大的應(yīng)力幅狀態(tài)（尤其輔助墩支點處），直接影響結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命。邊跨混凝土梁主要截面應(yīng)力單位：MPa注：組合Ⅰ欄的數(shù)據(jù)為最大/最?。唤M合Ⅱ欄的數(shù)據(jù)為最大/最小47梁段施工難度分析梁段施工難度分析：由于橋位處地質(zhì)條件較差，寬闊的深水域中邊跨混凝土梁段的施工需要搭設(shè)高度達(dá)80m的支架，難度大、風(fēng)險高。所以更宜采用鋼箱梁的形式。蘇通大橋多多羅大橋諾曼底大橋

諾曼底大橋和多多羅大橋受兩岸地形（為陸地和山丘）的限制，兩個索塔和邊跨基本都在岸上，邊跨沒有通航的需要，從經(jīng)濟(jì)性、施工難度和實用的角度考慮，邊跨長度無須很大，采用混合梁方案是適和的；而蘇通大橋處于廣闊的水域中心，且邊孔要求通航，使用功能要求結(jié)構(gòu)具有較大的邊跨，避不開在水中施工邊跨混凝土梁段的困難。48橋面鋪裝問題：由于鋼梁和混凝土梁這兩種材料的收縮系數(shù)不同，結(jié)構(gòu)剛度也不同，這就會直接影響到橋面鋪裝使用的耐久性；若采用兩種材料共同鋪裝的形式，還存在不同鋪裝的銜接問題。結(jié)構(gòu)耐久性問題：本橋橋面結(jié)構(gòu)寬近60米，大型薄壁混凝土箱梁抗裂性能不理想（目前已建混合梁斜拉橋最大寬度為30.6m）；鋼梁和混凝土梁的接頭處是結(jié)構(gòu)特性和材料特性突變處，容易形成結(jié)構(gòu)的弱點，處理不當(dāng)極易出現(xiàn)問題。所以宜采用鋼箱梁的形式。其他問題的分析49兩種橋型方案的綜合比較

通過上述的比較，我們可以知道主航道橋若采用五跨連續(xù)混合梁方案，混凝土梁段處于較高的應(yīng)力和較大的應(yīng)力幅狀態(tài)，且施工困難，不如七跨連續(xù)全鋼箱梁斜拉橋方案安全、可靠。因此，雖然全橋建安費超出將近1億元，但從受力性能、施工風(fēng)險及耐久性等功能指標(biāo)考慮，大橋的價得到很大提升，推薦采用主航道橋采用七跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋方案。50

蘇通長江大橋索塔方案設(shè)計可建筑性、可施工性的比較研究索塔設(shè)計的三種方案倒Y型鉆石型H型主航道橋為雙塔雙索面斜拉橋主跨為1088米，索塔為倒Y型塔高300.4米，主梁寬度為39.788米，梁高4.5米。主墩基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，沉井基底為長圓形，尺寸為78X30米，大橋?qū)Ｓ煤降罉驗槿邕B續(xù)剛構(gòu)主孔跨度達(dá)258米。主航道橋為雙塔雙索面斜拉橋，主跨為1088米，索塔為鉆石型，塔高294.3米，主梁寬度為39.788米，梁高4.5米，主墩基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，沉井基底為長圓形，尺寸為60X30米。主航道橋為雙塔懸索橋，主跨為1510米，采用門式橋塔，塔高230.7米，主梁寬度為39.000米，梁高4.5米，主墩基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，沉井基底為長圓形，尺寸為65X35米51索塔受力性能分析

在縱橫向分析中，三種塔形在縱向均可簡化為一端固定、一端多點彈性支撐的豎直桿，因此縱向受力無本質(zhì)區(qū)別，在順橋向荷載作用下（其中包括風(fēng)力和地震力），內(nèi)力差別不大。而在橫向荷載作用下（包括地震力和風(fēng)力），由于鉆石型索塔下塔柱向內(nèi)側(cè)傾斜，力線傳遞有轉(zhuǎn)折，對于傳遞橫向荷載而言是不利的。下圖為三種塔形在成橋階段極限風(fēng)荷載作用下的彎矩圖，從中可以發(fā)現(xiàn)鉆石型索塔的塔根彎矩數(shù)值最大，橫向受力特性較差。52索塔受力性能分析結(jié)論

索塔受力性能分析表明倒Y型塔和A型塔要優(yōu)于鉆石型塔。前兩則具有穩(wěn)固的三角形受力結(jié)構(gòu)，兩塔柱能夠較好的共同作用，從而有力地抵抗來自拉索和橋面系的風(fēng)荷載。其中倒Y型塔斜拉索與塔柱相交于橋軸中心線上，斜拉索形成空間斜索面，使其能夠具有較好的抗風(fēng)穩(wěn)定性，與A型塔相比，能夠更有效減少扭轉(zhuǎn)變形。倒Y型塔方案53

天津奉化橋是中心城區(qū)快速路工程南橫的一部分，連接河?xùn)|區(qū)大直沽西路和河西區(qū)奉化道，是橫跨海河上的首座中承式全鋼結(jié)構(gòu)拱橋，總投資1.28億。該橋全長257.3米，共分為三個跨，跨徑128米，直接跨海河，橋梁最大寬度58.5米，橋面設(shè)計為雙向6車道，兩邊是人行橋和景觀道，一直和兩岸親水平臺相連接。橋梁結(jié)構(gòu)形式為中承式、全鋼構(gòu)、拱肋（花蕊）與（花瓣）組合型拱橋。

奉化橋存在的可建筑性和可施工性差問題：（1）設(shè)計技術(shù)含量高，施工工藝要求高，須使用多項特殊施工工藝（2）鋼花瓣重量大，施工困難，設(shè)計階段對施工方案考慮不足可建筑性、可施工性案例54可建筑性、可施工性案例

天津慈海橋是天津海河綜合開發(fā)改造重要項目之一。慈海橋位于三岔河口，橫跨子牙河，連接河北區(qū)五馬路和紅橋區(qū)三條石橫街，全長330米，分為兩層，上層為機(jī)動車專用道路，下層為人行道橋。慈海橋主體建筑摩天輪直徑為110米，相當(dāng)于35層樓高，輪外裝掛64個360度透明懸掛式座艙，每個座艙可乘坐8個人，可同時供512個人觀光。摩天輪旋轉(zhuǎn)一周所需時間為30分鐘，到達(dá)最高處時，周邊景色一覽無余，成為名副其實的“天津之眼”。

慈海橋存在的可建筑性和可施工性差問題：110米高的摩天輪“站起來”困難，施工難度很大。摩天輪的安裝需要的步驟很多，可以比喻成組裝一個“橘子”。摩天輪的輪盤將被分為24等份進(jìn)行安裝，在地面先安裝一段輪盤，然后將裝上的這段輪盤向上推，推上去后再繼續(xù)安裝一段輪盤，邊安裝邊向上推，最后將整個摩天輪裝好。慈海橋上海環(huán)球金融中心位于上海浦東陸家嘴,由以日本森大廈株式會社為中心，聯(lián)合日本、美國等40多家企業(yè)投資興建；承包商是由中國建筑工程總公司、上海建工（集團(tuán)）總公司組成的承包聯(lián)合體；總投資達(dá)70億；是一座以辦公為主、集商貿(mào)、賓館、觀光、會議等功能于一體的綜合型大廈。地上101層，地下3層，建筑主體高度達(dá)492米，建筑總面積達(dá)38.16萬平方米；上海環(huán)球金融中心曾被戲稱為“世界第一爛尾樓”。1997年8月該樓工程奠基，后來因1997年亞洲金融危機(jī)，工程停工。2003年2月曾短暫復(fù)工，將原大樓由97層變更為101層，樓高由466米增加到492米，不久再次停工，于2005年2月全面復(fù)工；整座大廈已于2007年9月14日封頂，于2008年3月竣工。上海環(huán)球金融中心(ShanghaiWorldFinancialCenter)56大廈頂部的圓形風(fēng)洞設(shè)計變更為倒梯形；大廈高度由466米增加到492米。原設(shè)計猶如兩把軍刀穿破大地托起一輪紅日（每天每個人每個時刻通過不同的角度可透過中間的圓洞看到太陽），上海的地理位置猶如魚腹。解為：旱日魚肚白！頂部空洞的設(shè)計變更使施工難度和工程造價降低、工期縮短、外觀更加簡潔；隨著高度的增加整座大廈的造價由750億日元增加到1050億日元設(shè)計變更

原因：未能充分考慮工程所在國的社會文化因素上海環(huán)球金融中心的設(shè)計高度的增加，使項目的可建筑性、可施工性降低；但是風(fēng)洞外形的變更則使項目的可建筑性、可施工性大大提高。57帶狀桁架，從F6開始，每12層一道巨型斜撐，布置在塔樓四周帶狀桁架之間角部巨型柱，包括混凝土在內(nèi)塔樓典型結(jié)構(gòu)布置上海環(huán)球金融中心主體結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，由核心筒結(jié)構(gòu)、巨型柱、巨型斜撐、帶狀桁架