浅谈高层建筑施工

浅谈高层建筑施工摘要：为了解决城市用地有限和人口密集的矛盾，出现了高层建筑。随着建筑科学技术的不断进步，在建筑领域内也出现了不少新结构、新材料和新工艺，这些又为现代高层建筑的发展提供了条件。关键词：高层建筑、施工技术、施工质量0.引言随着时代的高速发展，高层建筑的发展迅速很快，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。高层建筑也成为了主要的发展方向，而高层建筑的施工也是重中之重。1.高层建筑的定义和施工技术的发展根据《民用建筑设计通则JGJ37-87》第1.0.5条民用建筑高度与层数的划分：住宅建筑按层数划分为：1～3层为低层；4～6层为多层；7～9层为中高层；10层以上为高层。公共建筑及综合性建筑总高度超过24m者为高层（不包括高度超过24m的单层主体建筑）。建筑物高度超过100m或者40层以上时，不论住宅或公共建筑均为超高层。在我国，民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定：住宅建筑按层数分类：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅；除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑，大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑)；建筑高度大于等于100m的民用建筑为超高层建筑。高层建筑的楼层多、高度大，但并非是低、多层建筑的简单叠加，而是从建筑结构和使用功能等方面，针对高层建筑的特点，提出了一些新的要求。高层建筑要求施工具有高度连续性和高质量，施工技术和组织管理复杂，除具有一般多层建筑施工的一些特点外，还具有以下施工特点：工程量大、工序多、配合复杂；施工准备工作量大；施工周期长、工期紧；基础深、基坑支护和地基处理复杂；高处作业多、垂直运输量大；层数多、高度大，安全防护要求严；结构装修、防水质量要求高，技术复杂；平行流水、立体交*作业多，机械化程度高。目前，我国高层建筑的类型多为宾馆、写字楼、商场综合楼、住宅等。从其建筑功能特性来看，高层建筑一般可分为以下几大部分：①地下室(设备层、人防)；②裙房(公共场所)；③转换层(技术层)；④标准层(写字、客房、库房等)；⑤非标准层(楼顶餐厅、屋顶机房等)。从工程特性来看，高层建筑有如下特点:①施工场地及作业面狭小；②专业工种多，交叉频繁；③预埋、预留作业量大；④吊顶、管井内施工多；⑤材料、设备吊运量大。高层建筑的建设工程，一般由土建施工、装修施工、安装施工几大项目组成。其中安装施工主要由管道工程施工、电气工程施工、空调通风工程施工、设备工程施工所组成。将施工部分进行细分，又可分为大体积混凝土施工，现浇混凝土结构高层建筑施工，钢结构高层建筑施工，高层建筑装饰工程施工等。古代的高层建筑，由于受当时技术经济条件的限制，不论是承重的砖墙或筒体结构，壁都很厚，使用空间小，建筑物越高，这个问题就越突出。如1891年在美国芝加哥建造的Monadnock大楼，为16层的砖结构，其底部的砖墙厚度竟达到了1.8m。这种小空间的高层建筑不能适应人们生活和生产活动的需要。因而，采用高强和轻质材料，发展各种大空间的抗风、抗震结构体系，就成为高层建筑结构发展的必然趋势。从20世纪80年代以来，尤其是近年来通过大量的工程实践，我国的高层建筑施工技术得到很大的发展，已达到世界先进水平。在基础工程方面，高层建筑多采用桩基础、筏式基础、箱形基础、或桩基与箱形基础的复合基础。存在着深基坑支护、桩基施工、大体积混凝土浇筑、深层降水等施工问题。由于深基坑的增多，支护技术发展很快，多采用钻孔灌注桩、地下连续墙、深层搅拌水泥土墙、加筋水泥土墙和土钉墙等。支撑方式有传统的内部钢管和混凝土支撑，亦有在坑外用土锚拉固。内部支撑形式也有多种，有对撑、角撑、桁架式边撑和圆环式支撑等。土锚的钻孔、灌浆和预应力张拉工艺亦有很大提高。在地下连续墙用于深基坑支护方面，还推广了“两墙合一”和逆作法技术，能有效的降低支护结构费用和缩短施工工期[1]。近年来土钉墙和复合土钉墙的推广在降低支护结构费用方面亦有显著效果。在深基坑施工降低地下水位方面，已能利用轻型井点、喷射井点、真空深井泵和电渗井点技术进行深层降水，而且在预防因降水而引起附近地面沉降方面亦有一些有效措施。桩基础方面，混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等预制打入桩皆有应用，有的桩长已达70m以上，但由于打桩设备和工艺的改善，亦能顺利打入。近年在推广预应力混凝土管桩方面发展较快。在减少打桩对周围有害影响方面亦总结了一些经验，采用了一些有效措施。近年来混凝土灌注桩有很大发展，还可施工直径3m、长104m或直径2.5m、长110m的灌注桩、成孔机械、成孔工艺和动力试验都有很大提高。而且还可提高混凝土灌注桩的承载力和减少沉降，对于钻孔灌注桩发展了后压浆技术、挤扩多分支承力盘灌注桩和挤扩多支盘灌注桩。在沉管灌注桩方面也发展了夯压成型(夯扩桩)灌注桩。而且还研究试用了全套管法(贝诺特法)施工技术，使混凝土灌注桩桩身能相割，具有了防水能力，在支护结构排桩中可取消防水帷幕。大体积混凝土裂缝控制的计算理论日益完善，为减少或避免产生温度裂缝，各地都采用了一些有效措施。在结构工程方面，已形成组合模板、大模板、爬升模板和滑升模板的成套工艺，对钢结构超高层建筑的施工技术亦有了长足的进步。在钢筋技术方面，推广了钢筋对焊、电渣压力焊、气压焊以及机械连接(套筒挤压、锥螺纹和直螺纹套筒连接);在植筋方面亦有不少发展。在脚手架方面，针对高层建筑施工的需要研制了自升降的附着式升降脚手架，已推广使用，效果良好。在超高层钢结构施工方面，无论是厚钢板焊接技术、高强螺栓和安装工艺方面都日益完善，国产的H型钢钢结构已成功的用于高层住宅。此外，在砌筑技术、防水技术和高级装饰装修方面都有长足进步。随着我国高层和超高层建筑的进一步发展，传统技术会进一步提高，一些新结构、新技术、新材料亦将不断出现。2.高层建筑的结构类型和特点世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后，莫不积极致力于提高城市建筑的层数。实践证明，高层建筑可以带来明显的社会经济效益：首先，使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；再是，可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。2.1高层建筑结构类型高层建筑的四大结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。框架结构体系框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，使用较方便。钢筋混凝土框架按施工方法的不同[2]。又可分为：梁、板、柱全部现场浇筑的现浇框架；楼板预制，梁、柱现场浇筑的现浇框架；梁、板预制，柱现场浇筑的半装配式框架；梁、板、柱全部预制的全装配式框架等。1.框架结构体系框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。2.剪力墙结构体系在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。3.筒体结构体系随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。2.2高层建筑的特点水平荷载对结构的影响大，侧移成为结构设计的主要控制目标之一。对一般建筑物，其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制，而在高层建筑结构中，高宽比增大，水平荷载（包括风力和地震力）产生的侧移和内力所占比重增大，成为确定结构方案、材料用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。楼（屋）盖结构整体性要求高。高层建筑结构的整体共同工作特性主要是各层楼板（包括楼面梁系）作用的结果，由于楼板在自身平面内的刚度很大，变形较小，故在高层建筑中一般都假定楼板在自产生平面内只有刚体位移（仅产生平动和转动），而不改变形状，并忽略楼板平面之外的刚度。因此，在高层建筑结构中的任一楼层高度处，各抗侧力结构都要受到楼板刚体移动的制约，即所谓的位移协调，这时抗侧刚度大的竖向平面结构必然要分担较多的水平力。高层建筑结构中构件的多种变形影响大。在一般房屋结构分析中，通常只考虑构件弯曲变形的影响，而忽略构件轴向变形和剪切变形的影响，一般是因为其构件的轴力和剪力产生的影响很小。而对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大，对结构内力分配的影响大，因而构件中的轴向变形影响必须加以考虑。结构受到动力荷载作用时的动力效应大。根据结构本身的特点不同，如结构的类型与形式，结构的高度与高宽比，结构的自振周期与材料的阻尼比等的不同，结构受到地震作用或风荷载作用时，产生的动力效应对结构的影响也不同，有时这种动力效应