中國高層建筑轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)現(xiàn)狀研究

任麗

中國目前的鋼筋混凝土高層建筑一般在二十至五十層之間，其中尤以二十至三十五層居多。中國國內(nèi)已建成的這個(gè)高度范圍內(nèi)的高層建筑占全部高層鋼筋混凝土建筑的80%左右，可見這個(gè)高度范圍內(nèi)的高層建筑是與中國城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和需求水平相適應(yīng)的，因而應(yīng)用最多。在建筑功能的要求上，高層建筑中很少是功能單一的住宅、寫字樓或賓館，高層鋼筋混凝土建筑多是地下部分是停車場，地上1一7層左右為商場、娛樂場所等，上部小開間的使用部分可以設(shè)置住宅、賓館、或辦公室。有統(tǒng)計(jì)表明，高層建筑中有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的占80%左右。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑轉(zhuǎn)換層部分，由于梁、柱或板的尺寸較大，所以從模板的支撐系統(tǒng)，鋼筋的綁扎、鋼析架的安裝或預(yù)應(yīng)力的張拉順序，大體積混凝土的澆注等方面在施工技術(shù)要求上都有極為嚴(yán)格的限制。在某種程度上可以說，轉(zhuǎn)換層施工是高層建筑的瓶頸，如果說一幢高層建筑在支撐系統(tǒng)選擇，鋼筋綁扎，混凝土澆注，預(yù)應(yīng)力張拉，機(jī)械設(shè)備的選擇等方面做到方案科學(xué)，現(xiàn)場施工組織合理，定會帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

五六十年代，前蘇聯(lián)、東歐一些學(xué)者提出了柔性底層房屋的方案，也就是上層全部為剪力墻，下部為框架的結(jié)構(gòu)體系，并認(rèn)為柔性底層有利于隔震，提高整座建筑物的抗震能力，因而興建了不少這樣的房屋，這也是首次通過設(shè)置轉(zhuǎn)換層而取得底層大空間的嘗試。從70年代中期，國內(nèi)開始嘗試使用底層大開間剪力墻結(jié)構(gòu)（即梁式轉(zhuǎn)換層）到現(xiàn)在短短的二十幾年的時(shí)間里，梁式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用和發(fā)展很快。目前，在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，梁式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用最為廣泛，約占70%左右，從結(jié)構(gòu)傳力方式上看，梁式轉(zhuǎn)換層具有傳力直接、明確的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)換梁具有受力性能好、工作可靠、構(gòu)造簡單的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也相對容易，因此工程實(shí)踐應(yīng)用較多。近年來東南大學(xué)以丁大鈞教授為首的科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)際工程對具有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行了靜力試驗(yàn)、擬動力實(shí)驗(yàn)和振動臺試驗(yàn)研究，得出了很多有益的建議，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工提供了科學(xué)的依據(jù)。

在施工技術(shù)方面，目前轉(zhuǎn)換層施工的方法也是多種多樣，但是能真正根據(jù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)施工的卻不多。轉(zhuǎn)換層施工中現(xiàn)在采用的結(jié)構(gòu)形式很多，比如有梁式、板式、空腹析架、斜柱式等：所采用的材料有鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、型鋼混凝土等；模板支撐體系也是千變?nèi)f化，有落地支撐法、疊合梁原理支撐法、吊模支撐法、荷載傳遞法等。那么針對具體的工程而言，能做到根據(jù)工程的具體特點(diǎn)，編制出根據(jù)工程具體特點(diǎn)的施工方案，必須打破設(shè)計(jì)、施工相分離的傳統(tǒng)。河南省金融廣場、河南省人民醫(yī)院高層商住樓是結(jié)構(gòu)形式相似的兩個(gè)工程，前者采用的是疊合梁原理施工法，而后者采用的是落地支撐法，就綜合效益而言，前者比后者節(jié)約近100萬元。對于超大型構(gòu)件來說施工技術(shù)水平的高低顯得尤其重要。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，關(guān)于轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)的方面論文200多篇，其中表1一1中是本文重點(diǎn)調(diào)查的60篇，這些論文中大多是針對自己施工中施工，。

高層建筑的發(fā)展，為施工技術(shù)的進(jìn)步提供了廣闊的天地，而施工技術(shù)的進(jìn)步，又是確保高層建筑能夠順利發(fā)展的重要條件，高層建筑并非是低、多層建筑的簡單疊加，而是從建筑結(jié)構(gòu)和使用功能等方面，針對高層建筑的特點(diǎn)，提出了一些新的要求，并從設(shè)計(jì)上進(jìn)行了各種技術(shù)處理。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為這種技術(shù)處理的體現(xiàn)，由于其構(gòu)件體形龐大，這樣勢必給高層建筑施工帶來一系列新的問題，增加了施工的難度，因此要求施工能適應(yīng)這些要求，采用相應(yīng)的技術(shù)手段，以滿足帶轉(zhuǎn)換層建造高層建筑的需要。由于轉(zhuǎn)換層形式多樣，施工方法也千差萬別，但統(tǒng)計(jì)表明，梁式、板式轉(zhuǎn)換層占所有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的90%以上，且其它形式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工方法也可以利用梁式、板式轉(zhuǎn)換層的施工原理來處理，所以本文重點(diǎn)對梁式、板式轉(zhuǎn)換層的施工方法進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)換層施工難度都特別大，成為約束高層建筑施工的瓶脛。如何經(jīng)濟(jì)、安全、又能保證質(zhì)量的情況完成既定的施工任務(wù)，是本文所要研究的課題。具體地，本文重點(diǎn)研究以下問題：

1.轉(zhuǎn)換構(gòu)件本身的用鋼量偏大，鋼筋的綁扎或型鋼構(gòu)件的安裝難度大。本文研究轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的鋼筋工程和型鋼構(gòu)件的安裝工藝，給出工藝流程圖，以期形成優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)工藝；

2.在型鋼混凝土轉(zhuǎn)換構(gòu)件中，由于型鋼安裝工序復(fù)雜，比較容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，本文重點(diǎn)對型鋼安裝中出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究、總結(jié)和論證，并對設(shè)計(jì)和施工提出建議。

3.轉(zhuǎn)換層大體積混凝土施工，對混凝土的配制、澆筑、養(yǎng)護(hù)、溫度控制、裂縫預(yù)防和控制都有較高的要求。本文給出相關(guān)的計(jì)算方法和控制措施；

4.在高層建筑中，轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)雜，不管是梁式轉(zhuǎn)換、還是板式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換構(gòu)件本身自重都很大。本文重點(diǎn)論述模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工；

5.型鋼混凝土因剛度較好，非常適合吊模法施工，本文結(jié)合工程實(shí)例對吊模法施工工藝進(jìn)行深入研究，以期形成標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行推廣；

6.對同一幢建筑工程，可以采用不同的方案進(jìn)行施工，如何對施工方案進(jìn)行科學(xué)決策。本文詳細(xì)介紹方案評判時(shí)的決策分析方法。

在高層建筑結(jié)構(gòu)的底部，當(dāng)上部樓層部分豎向構(gòu)件（剪力墻、框架柱）不能直接貫通落地時(shí)，應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布置轉(zhuǎn)換構(gòu)件。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用梁、析架、空腹析架、箱形結(jié)構(gòu)、形柱式等；非抗震設(shè)計(jì)和6度抗震設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板，7-8度抗震設(shè)計(jì)的地下室轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板。這種因建筑功能需要，下部大空間，上部部分豎向構(gòu)件不能直接連接貫通而通過水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件與下部部分豎向構(gòu)件連接，構(gòu)成的高層建筑結(jié)構(gòu)為帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)。

不同的名稱，在英、美等西方國家將這種結(jié)構(gòu)叫做混凝土包鋼結(jié)構(gòu)（SteelneacesdConcrete）；在日本稱為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)；在前蘇聯(lián)稱為是勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；我國過去也采用勁性鋼筋混凝土這個(gè)名稱，在本文且稱為型鋼混凝土。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在日本應(yīng)用最為廣泛，從1964年以后開始用于超高建筑的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，轉(zhuǎn)換構(gòu)件采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑占日本高層建筑的50%以上。我國從80年代開始在高層建筑轉(zhuǎn)換層中應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由于民用建筑朝著高層的方向發(fā)展，相應(yīng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換構(gòu)件承托層數(shù)也增多；同時(shí)，建筑上對層高及空間的種種要求和限制，使得轉(zhuǎn)換層工程應(yīng)用中型鋼混凝土這種結(jié)構(gòu)形式的引入勢在必行。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中使用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.型鋼混凝土中型鋼不受含鋼率的限制，型鋼混凝土構(gòu)件的承載力可以高于同樣外形鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力的兩倍以上，因而可以減少構(gòu)件截面。對于高層建筑轉(zhuǎn)換層構(gòu)件截面減小，可以增加使用面積和層高，經(jīng)濟(jì)效益很大。

2.型鋼在混凝土澆筑之前己形成鋼結(jié)構(gòu)，具有較大的承載能力，能承受構(gòu)件自重和施工荷載，可將模板懸掛在型鋼上，模板不設(shè)支撐，簡化支模，加快施工速度。在高層建筑轉(zhuǎn)換層施工中，型鋼混凝土不必等待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度就可繼續(xù)施工上層，可縮短工期。由于下部沒有臨時(shí)支撐，為設(shè)備安裝提供可能。

3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的延性比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)明顯提高，因而此種結(jié)構(gòu)有良好的抗震性能。1923年日本關(guān)中大地震中，這種結(jié)構(gòu)性能表現(xiàn)良好。所以型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在日本的高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用不是偶然的。

4，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在耐久性、耐火等方面均勝一籌，在高層建筑中轉(zhuǎn)換層作為防火的隔離層采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是非常理想的。此外，型鋼混凝土混凝土外殼可以和鋼結(jié)構(gòu)共同受力，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)較鋼結(jié)構(gòu)相比可節(jié)約鋼材50%。

型鋼混凝土構(gòu)件是在轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)中主要配置型鋼，也要配置構(gòu)造鋼筋及少量受力鋼筋。配鋼的形式主要有實(shí)腹式和空腹式兩大類。實(shí)腹式主要有工字鋼、槽鋼及H型鋼等?？崭故脚滗撌怯山卿摌?gòu)成的空間析架式的骨架。梁柱節(jié)點(diǎn)是保證結(jié)構(gòu)承載力和剛度的重要部位，當(dāng)框架柱為配實(shí)腹工字鋼H（型鋼）時(shí)，柱貫穿節(jié)點(diǎn)上下，梁在柱兩側(cè)斷開，梁和柱翼緣用焊接或螺栓連接。當(dāng)為焊接時(shí)，應(yīng)保證焊接質(zhì)量，符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的規(guī)定。當(dāng)為螺栓連接時(shí)，應(yīng)考慮螺栓孔對型鋼削弱的影響。