吴章熙 葛志雄 李宽平 李剑飞 苏海勇

1. 中建三局第三建设工程有限责任公司 湖北 武汉 430074；2. 中国建筑股份有限公司阿尔及利亚公司 北京 100025

1 工程概况

阿尔及利亚嘉玛大清真寺位于阿尔及利亚首都阿尔及尔中轴线上，地处地中海畔。项目建筑面积400 000 m2，包括宣礼塔、祈祷厅、伊斯兰学院、图书馆及文化中心等12座建筑，其中宣礼塔总高265 m，为世界宣礼塔之最，建成后将成为非洲高度最高的建筑。

本项目的宣礼塔由德国著名的KSP-KUK联合设计体进行设计，其中KUK主要负责结构设计，该结构形式较为特殊，其中标准层结构平面为正方形，4个正方形核心筒分别位于结构平面的4个角，4个核心筒之间通过钢结构斜撑与水平楼板相连成一个整体。而目前国内多数超高层建筑都是核心筒在中间，周边配上一些支撑结构，目前以框架、巨型框架和外框筒这3种外周边结构居多。总体来说，国内现在的结构体系大多是一个核心筒一个框架，如果不能满足规范要求，则再加一个伸臂桁架、腰桁架或是斜撑，高度从200～500 m的建筑基本上都用这种结构[1-2]。

正是因为宣礼塔的特殊性，之前没有类似相关的结构工程施工经验，这给结构施工技术的选择带来了一定的挑战，选择不好，将给进度、安全和成本带来不可估量的损失，特别是在垂直运输设备选择、钢结构吊装方案、模架体系及混凝土浇筑等方面[3-4]。

2 结构施工难点分析

2.1 模架体系的选择

宣礼塔标准层结构为正方形，平面尺寸为27.8 m×27.8 m，标准层层高为5.85 m，核心筒分列于平面的4个角上（图1），核心筒内主要为电梯间、楼板间、卫生间、机电技术间及管井，核心筒之间的楼板为公共区域，主要功能为博物馆及办公区，同时每隔5层设置一个超高楼层，楼层层高为11.7 m，这样设计的意义在于其融入了马格里布宣礼塔的传统风格，围绕数字5的象征性用法，楼层每5层分成1个部分，共5部分，通过超高楼层隔成玻璃幕墙装饰的大厅（图2）。

图1 宣礼塔标准层平面布置(单位:m)

图2 宣礼塔结构施工

本项目自2012年初就开始进行模架体系的选择与招标，因宣礼塔质量要求高，而业主合同要求宣礼塔采用工具式模板，因此项目模架体系的选择一开始就准备进行国际招标，重点从欧洲供应商中进行选择，通过多轮询标，最终从DOKA和PERI这2家中选择了DOKA，由其负责宣礼塔整体模板体系的设计、供货及现场安装指导。

由于核心筒内存在水平结构（电梯前室、楼梯休息平台、卫生间及技术间），核心筒之间存在水平楼板，因此在进行方案的选择时，应考虑三者之间的相互关系，此时存在3种方案的比选：

1）第1种方案：可考虑每个核心筒与水平结构均单独施工，即4个核心筒均采用爬模体系单独提前施工，筒内水平结构及筒之间的楼板后施工。

2）第2种方案：可考虑核心筒内水平结构、筒之间的楼板结构与核心筒同时施工。

3）第3种方案：可考虑核心筒与筒之间的楼板提前施工，而核心筒内水平结构后施工。

通过3种方案的比选，发现了每种方案的利弊，分别分析如下：

1）第1种方案：虽然理论上减少了关键工序的工作内容，会加快竖向结构核心筒的施工进度，同时4个核心筒分开施工，可组织工人流水施工，但是由于所有水平结构均后施工，这样不仅后续的施工工作内容非常大，而且会存在一定的技术、经济及管理障碍和风险。在技术上，工人上下通道、材料堆放平台等均受限制，实际施工过程中会降低工人的工作效率，而且4个筒分开施工，若水平结构滞后太多，4个核心筒之间无可靠楼板连接，会带来结构安全风险，特别是发生地震的情况下；在经济上，由于竖向结构与水平结构分开施工并采用套筒连接，故会增加一笔巨大的费用，该费用不仅包含套筒的材料费，而且也包含套筒预埋及后期连接的人工费用；在管理上，竖向结构与水平结构施工分开管理，使管理及协调工作量增多，监理验收工作内容增加，实际上也会限制整体进度的实施。

2）第2种方案：该方案的最大优势在于所有结构能同时一起施工，无结构收尾后续工作量，同时不需要增加套筒，降低了施工成本。但是实际上，由于结构形式的限制，该方案无法实施，因为在核心筒内必须安装爬模体系，该体系的存在影响了水平结构的施工，因此筒内水平结构只有等爬模体系施工完之后才能施工。

3）第3种方案：由于第1种和第2种方案的客观原因所在，故必须选择4个核心筒与筒之间的水平结构同时施工，而核心筒内水平结构受制于爬模体系的存在，必须后施工，且核心筒内水平结构与剪力墙之间必须采用套筒的连接方式。

2.2 劲性钢结构吊装

宣礼塔劲性钢结构主要为劲性钢柱以及连接劲性钢柱的斜梁、X斜撑，其中只有X斜撑属于外露部分，其他均为劲性结构。其中钢柱分别位于核心筒外侧的转角处，每个核心筒共2根角柱，2根中柱，4个核心筒总计16根劲性柱（图3），该柱截面由厚7 cm的双层钢板拼装而成，劲性柱最长达18 m，质量最大32 t。

图3 钢结构柱平面布置

所有钢结构之间全部采用圆孔高强螺栓连接，现场无一处焊接，为了增加与混凝土的握裹力，钢板表面全部设计为锚栓。钢结构吊装时（图4），存在以下难点：

图4 钢结构吊装模拟示意

1）钢结构全部采用高强螺栓连接，螺栓安装工作量大，导致安装工作效率较低，同时高空作业平台多，安全风险巨大。

2）由于钢柱截面为双层钢板在工厂焊接成型，钢柱长度普遍为6～18 m，大部分钢柱长度超过10 m，由于这种类型的钢柱沿核心筒剪力墙长度方向上刚度较大，但是沿厚度方向刚度非常小，在长细比如此大的情况下，极易导致钢柱在安装完成之后沿墙厚度方向发生位移与变形，这给钢柱的放线定位带来非常大的困难，测量及安装方法选择不当，即可能造成钢柱的偏位，给后续钢筋及模板施工均造成非常大的影响。

3）由于钢结构领先土建结构施工，因此应合理规划钢结构吊装时间，既保证钢结构吊装进度，同时又不影响土建结构的施工，使2个工序合理穿插，互不干涉。同时由于钢结构螺栓连接区与钢筋套筒区域不在同一个平面上，因此也应合理协调钢结构与钢筋的施工进度。

2.3 超长钢筋施工

宣礼塔结构竖向钢筋最长达13 m，而一般钢筋出厂的定尺长度为9 m，这种设计在国内基本上没有，国内通常根据一个楼层的高度设置搭接及套筒连接区，而13 m的超长钢筋，相当于国内住宅4层楼的高度，在宣礼塔5.85 m层高的情况下也要一次性施工2层，而超长钢筋的吊装、竖立以及与上部钢结构施工之间的配合，成为结构施工的一个难点。当然这种设计有一个好处，即减少了每层的钢筋套筒及搭接连接的工程量，理论上安装完成一次超长竖向钢筋，在施工下一楼层的时候，只需要施工水平钢筋及箍筋，会压缩下一层楼的结构施工进度。

2.4 垂直运输设备选择

宣礼塔特殊的结构形式决定了其安装大型动臂式塔吊的难度，由于其核心筒内平面尺寸达6 m，核心筒内电梯井2个面为核心筒剪力墙，另外2个面计划于后期采用钢梁封闭，因此不管是采用横梁支腿式还是附着式，均存在安装难度大的问题。同时由于核心筒均安装爬模体系，对于需吊装本项目中质量最大达32 t的钢结构，其标准节截面尺寸至少在3 m以上，故与爬模体系的安装存在较大的冲突。

因此最终只能考虑设置地面基础与外附墙式的传统大型塔吊方案，由于塔吊拆除时间晚，除了结构施工阶段，后期所有外装施工材料也必须采用塔吊吊运，因此在考虑附墙的位置时应尽量减少对外立面石材及玻璃幕墙的影响。

2.5 高层泵送混凝土

宣礼塔竖向结构混凝土强度等级相当于国标的C60，泵送最高点为250 m，虽然国内超高层技术突飞猛进，甚至400 m以上的超高层建筑也不足为奇，但是基于阿尔及利亚当地的资源限制（水泥水化热大，强度不稳定，无掺合粉，砂石料供应不稳定），以及欧标对混凝土的严格要求，导致宣礼塔C60的混凝土配制非常困难。欧标规定大于80 cm（核心筒剪力墙厚度大于此规定）的构件内部中心混凝土温度不允许超过70 ℃，否则会生成钙矾石，影响结构的耐久性功能，同时在配制过程中，应兼顾混凝土的最终强度、泵送性、爬模强度等重要指标，基于客观存在的事实，高层泵送混凝土是宣礼塔施工的一大难点。

2.6 后续施工与结构施工的关系

本项目属EPC总承包项目，宣礼塔作为标志性建筑，为了满足其作为办公、博物馆及参观的要求，在进行外装、内装以及机电设计时，标准要求高、工作内容多，因此在结构施工阶段考虑施工方案时，应一起考虑其他后续各个专业的方案，比如施工电梯的选择、外墙爬模与外装干挂石材的方案等。

3 最终方案的选择及实施效果

3.1 模架体系的选择与应用

根据上述分析，最终选择了4个核心筒与筒之间的水平结构同时施工的方法，这种方法选择较为合理，同时楼板可作为一个非常大的堆料平台及人员操作平台，方便了人员的操作，提高了工人的工作效率。

但是由于核心筒内水平结构后施工，因此工人在施工核心筒内水平结构时，与顶部核心筒爬模体系处于立体交叉作业的状态，存在较大的高空坠物的风险（图5）。

同时由于靠楼板一侧的模板挂在筒内爬模架体伸出的钢梁上（图6），只有等爬模爬至上一层之后，才能进行下一层楼板的浇筑，因此上一层混凝土的强度就决定了下一层爬模的爬升时间，而爬升又影响下一层楼板的浇筑，在实际混凝土配制过程中，我方配制的混凝土强度在1 d后能达到30 MPa，满足要求的25 MPa，对结构施工进度的影响非常小。

3.2 钢结构吊装方案的选择

鉴于本项目钢结构的特殊设计，在施工方案的选择上，我们重点从以下几个方面进行考虑：

图5 爬模安装完成后

图6 靠楼板一侧的模板悬挂体系

1）根据钢结构的特殊结构形式，设计各种类型的定型化钢结构操作平台（图7），安装及拆除方便，以满足操作工人安全的要求，同时配置足够的安全防护用具，以保证工人操作的安全。

2）对于钢构柱的安装，为了保证在底部剪力墙混凝土浇筑之前其定位的精确性，必须使上部钢柱与所有斜撑及X斜撑连成一个整体，形成稳定的结构体系之后才能进行下部钢筋的绑扎，否则极易在钢筋绑扎及混凝土浇筑的过程中造成柱子的偏位，同时在相邻中柱之间设置水平型钢连接，通过三角稳定性来限制相邻2根角柱朝剪力墙厚度方向的位移（图8）。

图7 钢结构定型化操作平台

图8 钢结构整体连接及中柱水平 型钢连接

3）在施工过程中，由于钢结构吊装需占用大量塔吊时间，因此过程中与钢筋及模板吊装进行了有效及合理的协调，大量利用混凝土浇筑完之后的技术间歇期以及晚上进行吊装，既保证了钢结构吊装的进度，也不影响土建结构的施工进展。

3.3 超长钢筋施工方案

通过设置专用吊筒（图9），一次性能满足30～40根钢筋的吊装要求，同时通过塔吊直接将钢筋在安装位置处竖立，大大加快了钢筋吊装进度。

3.4 垂直运输设备的选型

塔吊最终选择了永茂厂家的ST8075塔吊，采用独立基础外附墙式的传统塔吊方案，位于宣礼塔的西侧，经过钢结构吊装质量分析，满足吊装要求。

由于该塔吊为项目购买，在海外这种特殊环境下，使用过程中出现了一系列不可预估的问题，比如使用过程中因减速机及卷扬机机械故障严重影响了现场施工。因此塔吊厂家的选择以及易损件和配件的配置显得尤为重要，同时应重点考虑该厂家在该国的售后服务是否能跟上，尽量选择售后体系相对完善的厂家。

同时该塔吊由于拆除时间晚，故将所有塔吊附墙位置设置在超高楼层的剪力墙上，保证不影响标准层的石材及玻璃幕墙施工，这一点也是在方案编制过程中需重点考虑的一个影响因素（图2中部分附墙在标准层为临时附着，后期可拆除）。

3.5 高层泵送混凝土的配制

在满足C60强度、超高层泵送性、入模温度和中心最高温度以及爬模要求早强的多项指标严格要求下，同时在当地水泥强度极不稳定、骨料供应无法正常保证以及无掺合料的情况下，通过技术团队的不懈努力，选用低水化热的LAFARGE水泥，同时从国内及欧洲选用合理的掺合料，最终成功地开发出了满足上述所有条件的混凝土配合比，目前已成功泵送至130 m的高度，取得了较好的社会效益。

同时我们独创地采用了在楼板观光电梯井处洞口设置三角附墙架式自爬式布料机（图10），该布料机不需要采用塔吊每次进行吊运，完全实现自爬升功能，减少了占用塔吊的时间，同时该布料机布料范围达28 m，基本能覆盖所有部分的混凝土浇筑。

图9 钢筋吊装专用吊筒

图10 布料机附墙架

4 结语

本文对阿尔及利亚大清真寺项目这一特殊的超高层结构施工技术进行了全面分析，从钢结构吊装、模架体系选择、超长钢筋施工、混凝土配制和泵送设备的选型，以及垂直运输设备的选型等方面做了详细分析与探讨，为今后类似工程的施工技术方案选择提供了可借鉴的依据。