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摘要:随着我国建筑业的不断发展,建筑工程规模越来越大,施工技术越发复杂,各种类型的高层建筑越来越多。高层建筑自身的特殊性与多层建筑的施工技术有很多不同点。本文围绕现代高层建筑施工技术进行了简单分析。
关键词:高层建筑;施工技术;
Abstract: Along with the development of the construction industry, building project scale is bigger and bigger, the construction technology more and more complicated, and various types of high-rise building more and more complicated. High-rise building with its particularity and multi-storey building construction technology has many differences. This paper focuses on modern high-rise building construction technology.
Key Words: high building; construction technology
中图分类号:TU974 文献标识码:B文章编号:2095-2104(2011)12-0000--02
当前高层建筑快速发展,建筑体型复杂,因而相应的结构形式也复杂多样。高层建筑的特点是层数多,高度大,结构类型多样,体型复杂,施工难度大,施工工艺技术要求高,材料用量多,施工工期长,专业性强,工序多等。设计依据与一般多层建筑有很大的不同,对结构的安全度要求特别高,对工程结构的施工质量提出了更高的要求。下面就高层建筑的特点探讨一下其常见施工技术及措施。
l现代高层建筑施工特点
就主体结构的施工而言,高层建筑与多层建筑的施工技术除相同之处外,也有不同的一面。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。主要原因是由于高层建筑高度增高、体量增大,带来了施工的差异。
高层建筑的施工概括起来,有“高”、“深”、“大”、“长”、“密’’5个特点。
1.1“高”
1.1.1建筑物的高度高
由此导致高层建筑施工的主要特点之一是垂直运输工作量大,没有与之相适应的垂直运输设备,要建造高层建筑是极为困难的。
1.1.2 高空作业多
高空作业要突出解决好材料、制品、机具设备和人员的垂直运输。在施工全过程中,要认真做好高空安全保护、防火、用水、用电、通讯、临时厕所等问题,防止物体坠落打击事故。
1.1.3施工技术要求高
目前国内多层、低层建筑以砖混结构为主,高层建筑则以钢筋混凝土为主,并逐步发展钢和钢混结构。因此,以钢筋混凝土和钢为主要结构材料及相关的施工技术成为高层建筑施工的特色。而钢筋混凝土又以现浇为主,需要着重研究解决各种工业化模板、钢筋连接、高性能混凝土、建筑制品、结构安装等施工技术。
1.1.4 装饰、消防、防水、设备等要求较高
随着经济不断发展和人民物质和精神要求的不断提高,自然带来了设计和施工的要求高。反映在建筑美学上,摒弃千篇一律的平顶方盒子建筑。在高层建筑的设计上,平面类型的多样化、直面造型的个性化、立面色彩与周围环境的协调和谐,已经成为时代潮流。使得高层建筑在使用功能、平面布局和立面造型方面都有更高的要求。 面处理要求高,消防设施要求高,深基础、地下室、墙面、屋面、厨房、卫生间的防水,共用管道冷凝水的处理,都比多层建筑要求高。并且高层建筑的设备繁多,高级装修装饰多。这些也给施工提出了更高的质量和技术要求。
1.2 “深”
深,是指基础埋置深度深。高层建筑为了保证其整体稳定性,地基埋置深度不宜小于建筑物高度的1/12,采用桩基时,不宜小于建筑物高度的1/15(桩的长度不计算在埋置深度内)。因此,一般埋深至少在地面以下5m。超高层建筑的基础埋置深度更是达20m以上。深基础施工,地基处理复杂。尤其是在软土地基,基础施工方案有多种选择,对造价和工期影响很大。研究解决各种深基础开挖支护技术,是高层建筑施工的重点之一。
l.3 “大”
高层建筑体量大,工程量大,据统计,我国目前高层建筑平均建筑面积约为1.5万m2。由于:工程量大,工程项目多,涉及单位多、工种多。特别是一些大型复杂的高层建筑,往往是边设计、边准备、边施工,总、分包涉及许多单位,协作关系涉及众多部门。这就带来了高层建筑施工计划、组织、管理、协调的难度人。必须精心施工,加强集中管理。当然,由于高层建筑层数多、工作面人,就可充分利用时间和空间,进行平行流水立体变义作业。
1.4 “长”
高层建筑施工周期长,季节性施工(雨施、冬施)不可避免。一般多层住宅每栋平均工期存10个月左右,而高层建筑的施工周期平均为2年左右。要缩短施工周期,主要是缩短结构和装饰施工工期。各种高层结构体系可以采用不同的施工方法。而现浇混凝土则是高层建筑施工的主导工序,合理的选择模板体系是缩短主体结构工期,降低成本的主要途径之一。
1.5 “密”
密是指高层建筑的施工条件复杂。高层建筑一般在市区施工,建造在密集的建筑群中,因此施工用地紧张,要尽量压缩现场临设工程,减少现场材料、制品、设备储存量,根据现场条件合理选择机械设备,充分利用工厂化、商品化的产成品。施工时还必须保护相邻建筑、道路及地下管线不遭损坏,一般在基础工程施工时,均要采取适当的挡土或加固措施。
由于“高”、“深”、“大”、“长”、“密”,也就带来了高层建筑施工中安全隐患多,如何在确保质量和工期,降低施工造价的同时,加强施工安全方面的预防和管理,尽可能避免发生安全事故,是高层建筑施工中,从施工组织到施工技术诸方面都必须高度重视的问题。
2 高层建筑基础施工技术
高层建筑中的基础是整个房屋结构的重要组成部分,其造价和工期分别约占建筑物土建总造价的20~30%, 占总工期的30~40%左右。高层建筑基础施工有如下特殊性:
2.1基础埋置较深
根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》规定,基础埋置深度,天然地基时应为建筑高度的1/12;桩基时应为建筑高度的1/15,桩长不计在埋置深度以内。且充分利用地下空间,高层建筑一般将地下室建成3~4层,深达20多米,所以深基础工程已成为建造高层建筑的重要工序。
2.2深基坑工程的设计与施工风险较大
高层建筑所在城市通常鱗次栉比,施工场地狭窄。由于邻近建筑及四周市政工程设施的安全和保护,对基坑工程的稳定和位移要求很严,而基坑工程在施工过程中大部分是临时工程。深基坑的开挖与支护,这是地下工程极其富有变化的领域,它包含土力学强度与稳定问题、位移变形问题、土与支护结构相互作用问题以及环境岩土工程问题。这些问题随着岩土性质不同而差异很大。设计施工不当,极易发生基坑工程事故。
土方工程包括最开始的土方挖运到拆除支护以及回填,有的工程土方量很大,如何挖运是重要内容。拆除支护支撑,也是在设计施工方案中应考虑的问题。
2.3 大体积混凝土的施工
箱基和筏基的底板较厚,特别是厚筏板其底板混凝土常达3~4m厚。大体积混凝土的关键是施工方法、施工技术措施问题,如何能不间断地一次浇筑上万立方米的混凝士,并能控制水泥水化热所引起的混凝士升温、降温及收缩各阶段产生的裂缝,是大体积混凝土施工的重点。
2.4 正确处理好主楼与裙房的基础关系
由于建筑功能的需要,高层建筑往往设置主楼与裙房,并必须连结在一起。主楼高裙房低,沉降不同。因此在设计与施工时,必须防止两者间产生较大的差异沉降,并应符合规范要求。常用的基础形式有梁式基础、筏形基础、箱形基础、桩基础、地下连续墙基础等,以及这些基础的联合使用。为了保证基础的稳定性,防止基础滑移,高层建筑基础工程施工时,必须解决人工地基、降低地下水位、支护工程、基础混凝十浇筑以及防止基础施工影响邻近建筑和地下管道等问题。高层建筑的基础施工主要有降水及土方开挖、基坑的支护、基础混凝士浇筑等工作。.
3 结构转换层施工技术
高层建筑从建筑的功能上一般上部要求小空间的轴线布置,而下部则需要大空间的轴线布置。上述要求与结构合理、自然布置正好相反。出于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部受力较小,正常布置时应当是下部刚度大、墙多、柱网密,到上部逐渐减少墙、柱,扩大轴线间距,结构的正常布置与建筑功能之间就产生了矛盾
为了满足建筑功能的要求,结构必须以与常规相反的方式进行布置。 部分为小窄间, 部分布置为大空间。上部布置刚度大的剪力墙,下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置,就必须在结构转换的楼层设置转换层。
这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架一剪力墙等结构体系中。
不管采用何种转换形式, 带转换层的剪力墙结构仍是目前工程应用的主要结构形式。同时,由于转换层位置越来越高,带转换层的筒体结构也时有应用。对带转换层的剪力墙结构及带转换层简体结构这两类转换结构,通过转换层上下层间位移角及内力变化情况的分析,可得出影响其抗震性能的主要因素,分别是:转换层设置高度、转换层上部于下部结构等效刚度比、转换层结构与其上层结构侧向 挠度比。对带转换层筒体结构,其主要影响因素表现为转换层上 部外筒的刚度、转换层设置高度和内筒刚度。
对上述两类转换结构,转换层高度是影响其抗震性能的主要因素,转换层高度越高,转换层上下层间位移角及内力突变越明显,设计时应限制转换层设置高度。转换层与其上层的侧向刚度比对结构抗震性能有一定影响。对转换层位置较低的带转换层的剪力墙结构,控制侧向刚度比可以控制转换层附近的层间位移角及内力突变。对于带转换层的剪力墙结构或简体结构,可采取以下措施强化上部结构:加大筒体及落地墙厚度、提高混凝土强度等级、必要时可在房屋周边增置部分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体;为提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部:不落地剪力墙开洞、开口、减小墙厚等。
4 施工后浇带施工技术
在高层建筑物中,遇有功能和造型的需要,,往往把高层主楼与低层裙房连在一起,裙房包围了主楼的大部分。从传统的结构观点看,希望将高层与裙房脱开,这就需要设变形缝;但从建筑要求看义不希望设缝。 为设缝会出现双梁、双柱、双墙,使平面向局受局限,因此施工后浇带法使应运而生。
一般高层主楼与低层裙房的基础同时施工,这样回填土后场地平整,便于上 部结构施工。对于上部结构,无论是高层主楼与低层裙房同时施上,还足先施工高层后施工低层,同样要按施工图预留施工后浇带。
对高层主楼与低层裙房连接的基础梁、上部结构的梁和板,要预留出施工后浇带,待主楼与裙房主体完工后(有条件时再推迟一些时间),再用微膨胀混凝土将它浇筑起来,使两侧地梁、上部粱和板连接成一个整体。这样做的目的是为了把高层与低层的差异沉降放过一部分,待高层主楼完成之后,一般情况下,其沉降量已完成最终沉降量的60~80%,剩下的沉降量就小多了,这时再补齐施工后浇带混凝土,二者差异沉降量就较小,这部分差异沉降引起的结构内力, 可由不设永久变形缝的结构承担。
对于施工后浇收缩带,宜在主体结构完工两个月后浇筑混凝士,这时估计混凝土收缩鼍已完成60%以上。
施工后浇带的位置宜选在结构受力较小的部位,一般在梁、板的变形缝反弯点附近,此位置弯矩不大,剪力也不大;也可选在梁、板的中部,弯矩虽大,但剪力很小。在施工后浇带处,混凝土虽为后浇,但钢筋不能断。如果梁、板跨度不大,可一次配足钢筋;如果跨度较大,可按规定断开,在补齐混凝土前焊接好。后浇带的配筋,应能承担由浇筑混凝土成为一整体后的差异沉降而产生的内力,一般可按差异沉降变形反算为内力,而在配筋上予以加强。后浇带的宽度应考虑便于施工操作,并按结构构造要求而定,一般宽度以700 ~1000mm为宜。施工后浇带的断面形式应考虑浇筑混凝土后连接牢固,一般宜留直縫。对于板,可留斜缝;对于梁及基础,可留企口缝,而企口缝又有多种形式,可根据结构断面情况确定。
5 结语
由于高层建筑自身的特点,施工工程技术要求高,其设计与一般多层建筑有很大的不问,对结构的安全度要求特别高,因此,在高层建筑施工中要从多个方面施工质量,同时灵活处理建筑与结构统一,以保证整个高层建筑工程的质量问题。
关键词:高层建筑;施工技术;
Abstract: Along with the development of the construction industry, building project scale is bigger and bigger, the construction technology more and more complicated, and various types of high-rise building more and more complicated. High-rise building with its particularity and multi-storey building construction technology has many differences. This paper focuses on modern high-rise building construction technology.
Key Words: high building; construction technology
中图分类号:TU974 文献标识码:B文章编号:2095-2104(2011)12-0000--02
当前高层建筑快速发展,建筑体型复杂,因而相应的结构形式也复杂多样。高层建筑的特点是层数多,高度大,结构类型多样,体型复杂,施工难度大,施工工艺技术要求高,材料用量多,施工工期长,专业性强,工序多等。设计依据与一般多层建筑有很大的不同,对结构的安全度要求特别高,对工程结构的施工质量提出了更高的要求。下面就高层建筑的特点探讨一下其常见施工技术及措施。
l现代高层建筑施工特点
就主体结构的施工而言,高层建筑与多层建筑的施工技术除相同之处外,也有不同的一面。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。主要原因是由于高层建筑高度增高、体量增大,带来了施工的差异。
高层建筑的施工概括起来,有“高”、“深”、“大”、“长”、“密’’5个特点。
1.1“高”
1.1.1建筑物的高度高
由此导致高层建筑施工的主要特点之一是垂直运输工作量大,没有与之相适应的垂直运输设备,要建造高层建筑是极为困难的。
1.1.2 高空作业多
高空作业要突出解决好材料、制品、机具设备和人员的垂直运输。在施工全过程中,要认真做好高空安全保护、防火、用水、用电、通讯、临时厕所等问题,防止物体坠落打击事故。
1.1.3施工技术要求高
目前国内多层、低层建筑以砖混结构为主,高层建筑则以钢筋混凝土为主,并逐步发展钢和钢混结构。因此,以钢筋混凝土和钢为主要结构材料及相关的施工技术成为高层建筑施工的特色。而钢筋混凝土又以现浇为主,需要着重研究解决各种工业化模板、钢筋连接、高性能混凝土、建筑制品、结构安装等施工技术。
1.1.4 装饰、消防、防水、设备等要求较高
随着经济不断发展和人民物质和精神要求的不断提高,自然带来了设计和施工的要求高。反映在建筑美学上,摒弃千篇一律的平顶方盒子建筑。在高层建筑的设计上,平面类型的多样化、直面造型的个性化、立面色彩与周围环境的协调和谐,已经成为时代潮流。使得高层建筑在使用功能、平面布局和立面造型方面都有更高的要求。 面处理要求高,消防设施要求高,深基础、地下室、墙面、屋面、厨房、卫生间的防水,共用管道冷凝水的处理,都比多层建筑要求高。并且高层建筑的设备繁多,高级装修装饰多。这些也给施工提出了更高的质量和技术要求。
1.2 “深”
深,是指基础埋置深度深。高层建筑为了保证其整体稳定性,地基埋置深度不宜小于建筑物高度的1/12,采用桩基时,不宜小于建筑物高度的1/15(桩的长度不计算在埋置深度内)。因此,一般埋深至少在地面以下5m。超高层建筑的基础埋置深度更是达20m以上。深基础施工,地基处理复杂。尤其是在软土地基,基础施工方案有多种选择,对造价和工期影响很大。研究解决各种深基础开挖支护技术,是高层建筑施工的重点之一。
l.3 “大”
高层建筑体量大,工程量大,据统计,我国目前高层建筑平均建筑面积约为1.5万m2。由于:工程量大,工程项目多,涉及单位多、工种多。特别是一些大型复杂的高层建筑,往往是边设计、边准备、边施工,总、分包涉及许多单位,协作关系涉及众多部门。这就带来了高层建筑施工计划、组织、管理、协调的难度人。必须精心施工,加强集中管理。当然,由于高层建筑层数多、工作面人,就可充分利用时间和空间,进行平行流水立体变义作业。
1.4 “长”
高层建筑施工周期长,季节性施工(雨施、冬施)不可避免。一般多层住宅每栋平均工期存10个月左右,而高层建筑的施工周期平均为2年左右。要缩短施工周期,主要是缩短结构和装饰施工工期。各种高层结构体系可以采用不同的施工方法。而现浇混凝土则是高层建筑施工的主导工序,合理的选择模板体系是缩短主体结构工期,降低成本的主要途径之一。
1.5 “密”
密是指高层建筑的施工条件复杂。高层建筑一般在市区施工,建造在密集的建筑群中,因此施工用地紧张,要尽量压缩现场临设工程,减少现场材料、制品、设备储存量,根据现场条件合理选择机械设备,充分利用工厂化、商品化的产成品。施工时还必须保护相邻建筑、道路及地下管线不遭损坏,一般在基础工程施工时,均要采取适当的挡土或加固措施。
由于“高”、“深”、“大”、“长”、“密”,也就带来了高层建筑施工中安全隐患多,如何在确保质量和工期,降低施工造价的同时,加强施工安全方面的预防和管理,尽可能避免发生安全事故,是高层建筑施工中,从施工组织到施工技术诸方面都必须高度重视的问题。
2 高层建筑基础施工技术
高层建筑中的基础是整个房屋结构的重要组成部分,其造价和工期分别约占建筑物土建总造价的20~30%, 占总工期的30~40%左右。高层建筑基础施工有如下特殊性:
2.1基础埋置较深
根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》规定,基础埋置深度,天然地基时应为建筑高度的1/12;桩基时应为建筑高度的1/15,桩长不计在埋置深度以内。且充分利用地下空间,高层建筑一般将地下室建成3~4层,深达20多米,所以深基础工程已成为建造高层建筑的重要工序。
2.2深基坑工程的设计与施工风险较大
高层建筑所在城市通常鱗次栉比,施工场地狭窄。由于邻近建筑及四周市政工程设施的安全和保护,对基坑工程的稳定和位移要求很严,而基坑工程在施工过程中大部分是临时工程。深基坑的开挖与支护,这是地下工程极其富有变化的领域,它包含土力学强度与稳定问题、位移变形问题、土与支护结构相互作用问题以及环境岩土工程问题。这些问题随着岩土性质不同而差异很大。设计施工不当,极易发生基坑工程事故。
土方工程包括最开始的土方挖运到拆除支护以及回填,有的工程土方量很大,如何挖运是重要内容。拆除支护支撑,也是在设计施工方案中应考虑的问题。
2.3 大体积混凝土的施工
箱基和筏基的底板较厚,特别是厚筏板其底板混凝土常达3~4m厚。大体积混凝土的关键是施工方法、施工技术措施问题,如何能不间断地一次浇筑上万立方米的混凝士,并能控制水泥水化热所引起的混凝士升温、降温及收缩各阶段产生的裂缝,是大体积混凝土施工的重点。
2.4 正确处理好主楼与裙房的基础关系
由于建筑功能的需要,高层建筑往往设置主楼与裙房,并必须连结在一起。主楼高裙房低,沉降不同。因此在设计与施工时,必须防止两者间产生较大的差异沉降,并应符合规范要求。常用的基础形式有梁式基础、筏形基础、箱形基础、桩基础、地下连续墙基础等,以及这些基础的联合使用。为了保证基础的稳定性,防止基础滑移,高层建筑基础工程施工时,必须解决人工地基、降低地下水位、支护工程、基础混凝十浇筑以及防止基础施工影响邻近建筑和地下管道等问题。高层建筑的基础施工主要有降水及土方开挖、基坑的支护、基础混凝士浇筑等工作。.
3 结构转换层施工技术
高层建筑从建筑的功能上一般上部要求小空间的轴线布置,而下部则需要大空间的轴线布置。上述要求与结构合理、自然布置正好相反。出于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部受力较小,正常布置时应当是下部刚度大、墙多、柱网密,到上部逐渐减少墙、柱,扩大轴线间距,结构的正常布置与建筑功能之间就产生了矛盾
为了满足建筑功能的要求,结构必须以与常规相反的方式进行布置。 部分为小窄间, 部分布置为大空间。上部布置刚度大的剪力墙,下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置,就必须在结构转换的楼层设置转换层。
这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架一剪力墙等结构体系中。
不管采用何种转换形式, 带转换层的剪力墙结构仍是目前工程应用的主要结构形式。同时,由于转换层位置越来越高,带转换层的筒体结构也时有应用。对带转换层的剪力墙结构及带转换层简体结构这两类转换结构,通过转换层上下层间位移角及内力变化情况的分析,可得出影响其抗震性能的主要因素,分别是:转换层设置高度、转换层上部于下部结构等效刚度比、转换层结构与其上层结构侧向 挠度比。对带转换层筒体结构,其主要影响因素表现为转换层上 部外筒的刚度、转换层设置高度和内筒刚度。
对上述两类转换结构,转换层高度是影响其抗震性能的主要因素,转换层高度越高,转换层上下层间位移角及内力突变越明显,设计时应限制转换层设置高度。转换层与其上层的侧向刚度比对结构抗震性能有一定影响。对转换层位置较低的带转换层的剪力墙结构,控制侧向刚度比可以控制转换层附近的层间位移角及内力突变。对于带转换层的剪力墙结构或简体结构,可采取以下措施强化上部结构:加大筒体及落地墙厚度、提高混凝土强度等级、必要时可在房屋周边增置部分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体;为提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部:不落地剪力墙开洞、开口、减小墙厚等。
4 施工后浇带施工技术
在高层建筑物中,遇有功能和造型的需要,,往往把高层主楼与低层裙房连在一起,裙房包围了主楼的大部分。从传统的结构观点看,希望将高层与裙房脱开,这就需要设变形缝;但从建筑要求看义不希望设缝。 为设缝会出现双梁、双柱、双墙,使平面向局受局限,因此施工后浇带法使应运而生。
一般高层主楼与低层裙房的基础同时施工,这样回填土后场地平整,便于上 部结构施工。对于上部结构,无论是高层主楼与低层裙房同时施上,还足先施工高层后施工低层,同样要按施工图预留施工后浇带。
对高层主楼与低层裙房连接的基础梁、上部结构的梁和板,要预留出施工后浇带,待主楼与裙房主体完工后(有条件时再推迟一些时间),再用微膨胀混凝土将它浇筑起来,使两侧地梁、上部粱和板连接成一个整体。这样做的目的是为了把高层与低层的差异沉降放过一部分,待高层主楼完成之后,一般情况下,其沉降量已完成最终沉降量的60~80%,剩下的沉降量就小多了,这时再补齐施工后浇带混凝土,二者差异沉降量就较小,这部分差异沉降引起的结构内力, 可由不设永久变形缝的结构承担。
对于施工后浇收缩带,宜在主体结构完工两个月后浇筑混凝士,这时估计混凝土收缩鼍已完成60%以上。
施工后浇带的位置宜选在结构受力较小的部位,一般在梁、板的变形缝反弯点附近,此位置弯矩不大,剪力也不大;也可选在梁、板的中部,弯矩虽大,但剪力很小。在施工后浇带处,混凝土虽为后浇,但钢筋不能断。如果梁、板跨度不大,可一次配足钢筋;如果跨度较大,可按规定断开,在补齐混凝土前焊接好。后浇带的配筋,应能承担由浇筑混凝土成为一整体后的差异沉降而产生的内力,一般可按差异沉降变形反算为内力,而在配筋上予以加强。后浇带的宽度应考虑便于施工操作,并按结构构造要求而定,一般宽度以700 ~1000mm为宜。施工后浇带的断面形式应考虑浇筑混凝土后连接牢固,一般宜留直縫。对于板,可留斜缝;对于梁及基础,可留企口缝,而企口缝又有多种形式,可根据结构断面情况确定。
5 结语
由于高层建筑自身的特点,施工工程技术要求高,其设计与一般多层建筑有很大的不问,对结构的安全度要求特别高,因此,在高层建筑施工中要从多个方面施工质量,同时灵活处理建筑与结构统一,以保证整个高层建筑工程的质量问题。