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第7章高层建筑主体结构工程施工本章主要内容：•◆高层建筑结构施工概述•◆高层建筑主体结构施工用机械设备•◆高层建筑主体钢筋混凝土结构的施工•◆高层建筑施工的安全技术•◆工程实践案例(自学)第一节高层建筑结构施工概述•随着我国经济建设的迅猛发展，高层建筑在我国大中城市如雨后春笋般的涌现，进一步展现出我国城市建设的规律和现代城市化的发展进程；同时，对建筑业科技进步也起着极大的推动作用。••高层建筑的施工技术水平随着工程建设的发展而不断提高，尤其近几年来有了突破性的重大进展。当今世界上一些先进的高层和超高层结构体系，都进入了我国的建筑设计和施工领域。在高层住宅方面，除通常采用的现浇剪力墙体系外，滑模施工日见增多，滑模施工工艺在滑升结构的类型、范围、外型、截面形式、工艺和机具等方面，都有了很大发展和创新，已处于国际先进水平。•目前还推行了群体高层内浇外砌体系，加快了施工进度。在各类高层公共建筑方面，钢筋混凝土框筒、框剪、筒中筒等结构体系已广泛投入使用。在超高层建筑方面，全钢结构框架也开始出现。在解决关键技术超厚钢板的现场焊接中，采用气体保护焊焊接130mm厚钢板获得成功。并成功解决了整体钢框架的焊接变形控制和测量校正的措施，使这项技术达到了国际先进水平。随着大批新技术、新材料、新装备的普及和推广，高层建筑施工技术将会得到不断提高和发展。•一、高层建筑的定义•高层建筑主要是按其建设层数或建筑物（或构筑物）的总高度来作为划分高层建筑与一般建筑（或构筑物）的依据。按照1972年召开的国际高层建筑会议确认，将高层建筑按其层数或总高度划分为四种类型：•第一类高层建筑，指层数为9～16层，最高为50m。•第二类高层建筑，指层数为17～25层，最高为75m。•第三类高层建筑，指层数为26～40层，最高为100m。•第四类高层建筑，指层数为40层以上，总高度在100m以上。•以上是国际建筑界对高层建筑的理解。结合我国的具体情况，我国国家标准对高层建筑作了如下的界定：“高层建筑是指10层以上的住宅和总高度超过24m的公共建筑和综合性建筑”（见《民用建筑设计通则》JGJ37—87）。•二、高层建筑的结构体系与施工方法•（一）框架结构体系•框架结构同时承受竖向荷载和水平荷载，是我国过去在多层建筑中应用较多的结构型式之一。框架体系由梁、柱构件通过节点连接构成。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的空间，有利于布置餐厅、会议厅、休息厅等。因此在公共建筑中应用较多。•框架结构仍属柔性结构，抗水平荷载的能力较弱，而且抗震性能较差。因此，其高度H不宜过高，一般H不宜超过60m，且H与房屋宽度B之比不宜超过5。否则为了同时满足强度和侧向刚度，就会出现肥梁胖柱，经济效果较差。•框架结构施工有现浇和预制装配之分。现浇框架目前多用组合式定型钢模现场进行浇筑，为了加快施工进度，梁、柱模板可预先整体组装然后进行安装。预制装配式框架多由工厂预制，用塔式起重机（轨道式或爬升式）或自行式起重机（履带式、汽车式起重机等）进行安装。装配式柱子的接头，有榫式、插入式、浆锚式等，接头要能传递轴力、弯矩和剪力。柱与梁的接头，有明牛腿式、暗牛腿式、齿槽式、整浇式等。可做成刚接（承受剪力和弯矩），亦可做成铰接（只承受垂直剪力）。装配式框架接头钢筋的焊接非常重要，要注意焊接变形和焊接应力，如图8—1所示。•（二）剪力墙结构体系•剪力墙结构体系是利用建筑物的内墙和外墙作为承重骨架构成剪力墙来抵抗水平力的结构体系。剪力墙一般为钢筋混凝土墙，厚度不小于14cm。这种体系的侧向刚度大，可以承受较大的水平荷载和竖向荷载，但其主要荷载为水平荷载。剪力墙结构的高度H，一般不宜超过150m。•剪力墙结构适用于居住建筑和旅馆建筑，这类结构开间小，墙体多,变化少，采用剪力墙结构非常适宜。剪力墙结构体系的主要缺点，是建筑物平面被剪力墙分隔成小的开间，使建筑布置和使用要求受到一定的限制。剪力墙结构体系可以用大模板或滑升模板进行拼装施工。滑升模板用于施工高层剪力墙结构，我国于20世纪70年代就已开始，上海、北京、广州、深圳等地都有应用，并作了不少的改进，取得良好的效果，如图8—2所示。•（三）框架—剪力墙体系•在框架结构平面中的适当部位设置钢筋混凝土剪力墙，也可以利用楼梯间、电梯间墙体作为剪力墙，使其形成框架—剪力墙结构。框架—剪力墙既有框架平面布置灵活的优点，又能较好地承受水平荷载，并且抗震性能良好，是目前高层建筑中经常采用的一种结构体系。适用于15～30层的高层建筑，高度一般不超过120m。•剪力墙一般为现浇钢筋混凝土墙板，常用大模板或组合式钢模进行现浇。框架部分用组合式钢模板进行现浇，如图8—3所示。•（四）筒体体系•筒体体系是指由一个或几个筒体作为承重结构的高层建筑结构体系。水平荷载主要由筒体承受，具有很大的空间刚度和抗震能力。•整个筒体就如一个固定于基础上的封闭的空心悬臂梁，它不仅可以抵抗很大的弯矩，也可以抵抗扭矩，是非常有效的抗侧力体系。采用这种结构体系，建筑布置灵活，单位面积的结构材料消耗量少，是目前超高层建筑的主要结构体系之一。筒体体系又可分为以下几种体系，如图8—4所示。•（1）核心筒体系(或称内筒体系)：这种结构体系一般由设于建筑内部的电梯井或设备竖井的现浇钢筋混凝土筒体与外部的框架共同组成。•（2）框筒体系：这种结构体系由建筑物四周密集的柱子与高跨比较大的横梁组成。•（3）筒中筒体系：这种结构体系由内筒与外筒组成。•（4）成束筒体系：这种结构体系是由几个互相连在一起的筒体组成，因而具有非常大的侧向刚度，用于高度很大的超高层建筑。•核心筒的内筒和筒中筒结构体系多为现浇的钢混凝土墙板结构，如高度较大时，采用滑升模板施工方法较为适宜。•三、高层建筑施工的特点•高层建筑和多层建筑主体结构的施工技术有相同之处，但也有不同之处。从逐层施工的方法来看，基本相同；但从整个建筑来看，并不相同。主要原因是由高度增高而带来施工条件的差异。高层建筑的施工概括起来，要掌握好“高”、“深”、“长”、“密”四个特点。•“高”是指建筑物的高度高。随着建筑施工高度的增加，导致高层建筑施工的特点是垂直运输量大，没有与之相适应的垂直运输设备，要建造高层建筑是相当困难的。•“深”是指基础埋置深度深。为了保证高层建筑整体稳定性，天然地基的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/12，采用桩基时，不宜小于建筑高度的1/15（桩的长度不计算在埋置深度内），至少应有一层地下室。因此，一般埋深均在地面以下5m。目前我国高层建筑中基础埋置最深的是北京京城大厦，地下四层，埋深—23.5m，深基础给施工带来很大的困难，尤其是软土地基的处理难度大。•“长”是指建筑物施工周期长。高层建筑施工周期都比较长，一般多层住宅每栋平均工期在10个月左右，而高层建筑的施工周期一般都在一年以上。要缩短施工周期，主要是缩短主体结构和装饰施工周期,各种高层结构体系可以采用不同的施工方法。而现浇混凝土是高层建筑施工的主导工序，合理的选择模板体系是缩短工期，降低成本的主要途径之一。•“密”是指高层建筑的施工条件复杂。高层建筑一般建造在密集的建筑群中，因此施工场地狭小，建造时必须保护相邻建筑、道路和地下管线不遭损坏，一般在基础工程施工时，均要采用挡土或加固等措施。•为此通过技术、经济比较，选择最优施工方案是十分必要的。同时在高层建筑施工组织设计中，需拟订相应的基础工程施工方案、主体结构工程施工方案和装饰工程施工方案等，以便更好地组织施工。第二节高层建筑主体结构施工用机械设备•高层建筑主体结构施工期间，每天都有大量建筑材料、半成品、成品以及施工人员都需要进行垂直运输，因此高层建筑主体结构施工用的机械设备，主要是塔式起重机、混凝土泵和施工外用电梯（人货两用电梯）。••一、塔式起重机•塔式起重机主要分为快速拆装塔式起重机和自升式塔式起重机两大类。前者即移动式塔式起重机，可根据需要换装不同的底盘而成为轨道式、轮胎式或履带式。后者一般多为轨道式、固定式、附着式和内爬式塔式起重机。高层建筑和超高层建筑施工用垂直运输机械，主要是附着式（自升式）塔式起重机和内爬式塔式起重机。•（一）高层建筑施工对塔式起重机的要求•1.起重臂要长•高层建筑起重机标准臂长一般为30～45m，可以接长到50～60m。有的重型自升式塔式起重机的标准起重臂长80m，最长可接到95m。•2.工作速度要高而且能调速•起重机的提升机构普遍具有3～4种工作速度，重物提升速度超过100m/min，有的重型塔式起重机，在起吊较轻荷载时的最大提升速度可达233m/min。•3.采用小车变幅臂架•塔式起重机小车变幅臂架的优点是通过起重小车行走来变幅，再辅以适当的旋转就可进行构件就位，吊装比较方便。•4.改善操纵条件•随着塔式起重机向大型、大高度、长起重臂方向发展，操作人员的能见高度愈来愈差。因此需要在起重臂端部（仰俯变幅或起重小车上）安装电视摄像机，操作人员在操作室可以利用电视进行控制，以方便安装和就位。•（二）塔式起重机的选择与布置•塔式起重机的选择要综合考虑建筑物的高度、建筑物的结构型式、构件的重量、现场的平面布置等各方面情况，同时要兼顾装、拆塔式起重机的场地和建筑结构满足塔架锚固、爬升的要求。•1.由建筑物高度初步选定所需塔身高度，臂杆型式及塔式起重机类型。•2.根据总工期的要求和施工方法，计算总安装数量及综合吊次，以施工定额为依据，排出进度计划，确定塔式起重机的台数和进出场日期。•3.当一个工程因一台塔式起重机无法满足工期需要时，可采用多台塔式起重机同时作业。但是在多台起重机布置时，应避免相互碰撞与干扰，可采取以下措施：•（1）在满足构件安装和保证塔式起重机有足够覆盖面积的前提下，尽量加大两台塔式起重机的塔身距离。并应考虑较低塔吊的起重臂不碰撞较高塔吊的塔身。••（2）相邻两机起重臂应上下相互错开，较高塔吊的起重臂应高于较低塔吊的塔尖。•（3）高低塔式起重机应分期进场，一般先进高度较低的塔式起重机，施工至一定高度后再安装较高的塔式起重机。•二、混凝土输送泵•混凝土泵是用压力将混凝土拌合物沿管道输送的一种设备，它能连续完成混凝土的水平运输和垂直运输。配以布料杆或布料机，就可方便地进行混凝土浇筑。在现浇结构的高层建筑施工中，采用泵送混凝土能有效地解决混凝土量巨大的基础施工以及占总垂直运输量70%左右的高层建筑上部结构混凝土的运输问题，有关泵送混凝土的施工的内容详见第4章第3节。•三、施工电梯•施工电梯又称人货两用电梯，是高层建筑施工设备中唯一可运送人员上下的垂直运输设备。如果不采用施工电梯，高层建筑施工中的净工作时间损失将达30%左右，因此施工电梯是高层建筑施工提高生产率的关键设备之一。•施工电梯分钢索驱动式与齿轮、齿条驱动式两种。后者又分带平衡重和不带平衡重、单笼和双笼，单机组驱动和双机组驱动等六种型式。就载重量而言，有轻型、重型和超轻型之分。轻型的载重量10KN，或乘员12人；重型的载重量为20KN～24KN，或乘员27—30人：超轻型的载重为6KN或6—8人。施工电梯主要包括：••（1）塔架：塔架的断面尺寸为650×650mm和800×800mm，由四根无缝钢管做主弦杆，也可采用方钢管。•（2）平衡重系统：平衡重系统包括平衡重、天轮架、钢丝绳等。平衡重约等于梯笼自重加1/2的额定载重量。•（3）梯笼升降传动机构：它由导轨上的齿条、电动机、行星减速器，蜗轮减速器，电碰制动装置等组成。•（4）限速制动装置：常用的限速制动装置有重锤离心摩擦式捕捉器和偏心摩擦椎鼓制动器两种。•（5）自行架设机构：塔架和附着装置的接高或拆除，利用梯笼的升降运动及附装在梯笼顶部的小吊杆。小吊杆有手动的，也有电动的。•施工电梯由于人货两用，提升速度多在40m/min左右，最高可达80m/min。施工电梯起升高度可达450m。电梯附墙后最大自由高度为7～10m。为了保证梯笼的安全运行防止意外坠落，施工电梯均设置了限速制动装置，当下降速度大于0.88～0.98m/s时，能自动切断电源实现平缓制动，逐步迫使梯笼停止运行。为了确保紧急情况下施工电梯的畅