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浅谈高层建筑抗震设防的应用及发展摘要:古往今来,地震给人类造成了巨大的灾害。由于早些年我国对地震灾害并不重视,且受科技发展和实践能力的制约,一直没有形成系统的科学抗震设防体系,所以造成了伤亡严重的灾难事故。地震无法避免,但是我们可以从根源去减缓事故所造成的影响。本文首先论述了高层建筑抗震设防的必要性,介绍了一些简单的抗震措施并分析了其原理,最后结合实际案例进行了高层建筑抗震设计分析总结,并对新世纪高层建筑抗震设防做出展望。关键词:高层建筑;抗震设计;措施;应用;发展Abstract:Throughouttheages,earthquakeshavecausedgreatdisasterstohumanbeings.Intheearlyyears,Chinadidnotpayattentiontotheearthquakedisaster,andrestrictedbythedevelopmentofscienceandtechnologyandtheabilityofpractice,therehasnotbeenasystematicscientificseismicfortificationsystem,soitcausedseriouscasualties.Theearthquakecannotbeavoided,butwecanmitigatetheimpactoftheaccidentfromtheroot.Basedonthis,thispaperfirstdiscussesthenecessityofhigh-risebuildingseismicfortification,introducessomesimpleseismicmeasuresandtheiranalysisprinciples,andfinallyanalyzesandsummarizestheactualcases,andmakesaprospectofhigh-risebuildingseismicfortificationinthenewcentury.Keywords:Highbuilding;seismicdesign;measures;application;development引言随着社会的发展和科技的进步,世界各地的高层建筑犹如雨后春笋,迅速拔地而起,我国也不例外,改革开放以来我国的高层建筑进入一个飞速发展的阶段,除香港、北京、上海、深圳、广州等沿海城市之外,内地其它大中城市的高层建筑也在迅速发展。随着高层建筑高度的不断攀升,抗震设防就显得尤为重要,尤其是在汶川大地震和玉树大地震之后,我国对建筑结构的抗震研究越发的重视。高层建筑抗震设防的必要性板块与板块的交界处是地震的高发地带,我国的地理位置恰好处在亚欧板块、太平洋板块和印度洋板块之间,地震灾害较为频繁,到目前为止,我国已经发生了几次大级别的地震,带来了严重的人员伤亡和财产损失。近年来,随着我国城市化水平的提升,城市中高楼大厦数量增多,相对于普通房屋而言,高层建筑的承重较大,更易受地震作用影响,造成的危害也更加严重。因此,房屋质量设计要求更高。抗震性能是衡量高层建筑质量的重要标准,高层建筑的抗震设计关系着居住者的生命和物资的安全,关系着社会的稳定,因而,高层建筑设的抗震设计十分重要。我国抗震设防的目的和要求工程抗震设防的基本目的是在一定的经济条件下,最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏,保障人民生命财产的安全。为了实现这一目的,近年来,许多国家的抗震设计规范都趋向于以“小震不坏、中震可修、大震不倒”作为建筑抗震设计的基本准则。对应于这三个设计准则,我国提出三水准两阶段的设防目标:三水准即,第一水准;当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,建筑物主体结构一般不受损坏或不需要修理可继续使用;第二准则:当遭遇相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,建筑物可能发生损坏,但经一般修理扔可继续正常使用;第三准则:当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。两阶段的设计方法即,第一阶段设计:按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形;第二阶段设计:按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。其中,第一阶段的设计,保证了第一水准的强度要求和变形要求。第二阶段的设计,则旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求,如何保证第二水准的抗震设防要求,尚在研究之中。目前一般认为,良好的抗震构造措施有助于第二水准要求的实现。减轻震害的设防措施减轻震害的措施可以分为三个层面,即抗震设计、隔震、减震。3.1抗震设计原理抗震设计包含概念设计,抗震计算,以及构造措施三个层面。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则,抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段,构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。三个层次的内容是一个不可割裂的整体,忽略任何一部分都有可能造成抗震设计的失败。3.2隔震原理与方法震害是从底部传至上部结构的,所以要从根源出发应该从基底隔震开始。基底隔震的基本思想是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层,使之与固结于地基中的基础顶面分离开,从而限制地震动向结构物的传递。且大量的试验研究表明:合理的结构隔震设计一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右,从而可以有效地减轻结构的地震破坏,提高结构的地震安全性。现在最常见的隔震装置为橡胶支座,而常见的橡胶支座分为钢板叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、石墨橡胶支座等钢板叠层橡胶支座由橡胶片和薄钢板叠合而成。由于薄钢板对橡胶片的横向变形有限制作用,因而使支座竖向刚度较纯橡胶支座大大增加。支座的橡胶层总厚度越小,所能承受的竖向荷载越大。为了提高叠层橡胶支座的阻尼,发明了铅芯橡胶支座,这种隔震支座在叠层橡胶支座中间钻孔灌入铅芯而成。铅芯可以提高支座大变形时的吸能能力[2]。一般来说,普通叠层橡胶支座内阻尼较小,常配合阻尼器一起使用,而铅芯橡胶支座由于集隔震器与阻尼器于一身,因而可以独立使用。在天然橡胶中加入石墨,也可以大幅度提高橡胶支座的阻尼,但石墨橡胶支座在实际中应用还不多。通常使用的橡胶支座,水平刚度是竖向刚度的1%左右,且具有显著的非线性变形特征。当小变形时,其刚度很大,这对建筑结构的抗风性能有利。当大变形时,橡胶的剪切刚度可下降至初始刚度的1/5~1/4.这就会进步降低结构频率,减少结构反应。当橡胶剪应变超过50%以后,刚度又逐渐有所回升,这又起到安全的作用[1]。对防止建筑的过量位移有好处。橡胶支座隔震装置设计的关键是合理确定隔震支座承受的应力,我国建筑板抗震设计规范规定:隔震层各橡胶隔震支座,考虑永久荷载和可变荷载组合的竖向平均压应力设计值不应超过规范规定。在罕遇地震作用下,不宜出现拉应力。在进行基底隔震结构设计时应注意:(1)在满足必要的竖向承载力的前提下,隔震装置的水平刚度应尽可能小,以使结构周期尽可能远离地震动的卓越周期范围;(2)保证隔震结构在强风作用下不致有太大的位移。为此,通常要求在隔震结构系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装置联合构成基底隔震系统。总体来说,隔震系统通过降低结构系统的固有频率、提高系统的阻尼来降低结构的加速度反应,从而大幅度降低结构的地震内力,但这种设计方式也存在一些局限性,主要表现为隔震系统不宜用于软弱场地土。3.3减震原理与方法消能减震是利用消能构件消耗地震传递给结构的能量的减震手段。地震时,结构在任意时刻的能量方程为Et=Es+Ef,其中Et是地震过程中输入给结构的能量,Es是结构主体自身的耗能,Ef是附加消能构件的耗能。从能量的观点看,地震输人给结构的能量Et是一定的,因此,消能装置耗散的能量越多,则结构本身需要消耗的能量就越小,这意味着结构地震反应的降低[3]。另一方面,从动力学的观点看,消能装置的作用,相当于增大了结构的阻尼,而结构阻尼的增大,必将使结构地震反应减小。

在风和小震作用下,消能装置应具有较大的刚度,以保证结构的使用性能。在强烈地震作用时,消能装置应率先进入非弹性状态,并大量消耗地震能量。有试验表明,消能装置可做到消耗地震总输人能量的90%以上。

固体在出现振动时,使固体振动时产生的能量尽可能多地被阻尼层进行耗散,这种方法就被称为阻尼减震。目前我们最常用的减震装置有阻尼器、消能支撑、消能墙等。这里主要分析阻尼器的工作原理技术。阻尼减震技术主要是在结构物的某些特殊的部位:支撑、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、剪力墙、节点、主附结构间等,进行设置阻尼装置,通过阻尼装置使其产生摩擦、弯曲、扭转、剪切、粘滞性滯回变形、弹塑性滯回变形、粘弹性滯回变形来进行吸收震动输入结构中产生的能量,以便对主体结构地震反应进行减少,从而有效的避免结构产生破坏或倒塌的情况,达到需要对减震控制的目的。

阻尼减震结构中的阻尼部件基本都是在一个保持着弹性状态,主要对主体结构能够提供一个足够优秀的刚度或阻尼,使阻尼减震结构能够有效的满足在正常使用中所需要的要求。在不同的震动作用下,阻尼装置元件都能够率先的进入对能量耗散的工作状态,有效的产生较大的阻尼,使其输入结构中的能量进行大量耗散,结构的动力反应得到迅速衰减,而且对于主体结构是不会出现非常明显的非弹性变形,从而进一步确保结构在强震或强风使用中需要的安全性。有代表性的阻尼器主要有两类,一类是与速度相关的黏弹型阻尼器;另一类是以摩擦或金属屈服为特征的位移相关型阻尼器。消能支撑实质上是将各式阻尼器用在支撑系统上的耗能构件,通过塑性变形消耗地震能量。 高层抗震设防应用实例分析4.1台北101大厦抗震设防措施台北101大楼坐落于信义计划区,占地面积达30000余m2,建筑面积约为374000m2。主体建筑的塔楼部分高508m,共101层。设备层在以每八层为一个单元的单元顶层,用于放置空调等机电设备,并且可以起到消防隔离的作用。裙楼主要作为底商以及存车场使用。在抗震设计上,大楼可以承受2500年一遇的地震;在防风方面可以抵挡17级以上的强烈台风,采用了先进的阻尼器设备,确保大楼内的人员的舒适性[4]。由于台湾处在亚欧大陆和菲律宾板块的交界地带,板块运动异常活跃,经常受到地震作用的侵扰,所以台北101大厦的抗震设计至关重要。大厦的抗震措施基于基本的“大震不倒,中震可修,小震弹性”和“强柱弱梁、强节点弱构件”理念进行设计,使用回归期为100年的地震数据进行模拟分析,对部分结构节点进行了加固[5]。在满足抗风设计的前提下,绝大多数节点都能够满足要求,但除了要考虑强度的要求,还要使节点在大震中能够吸收足够多的能量来为主体结构耗散多余的地震能量。设计采用国科会专利的高韧性接头,这种接头大幅度提升了节点处的韧性,通过延性破坏时形成的塑性变形消耗能量,同时又能保证不会发生脆性的突然破坏发生危险[6]。经最后的检测,台北101大楼已经可以达到台湾震度分级中最高的第七级标准。质量块阻尼器同样也能减轻大厦主体结构在地震作用下的震动反映。虽然在风荷载作用和地震作用下,结构的加速度响应不同,风荷载使结构发生摆动频率较低,加速度较小,产生的惯性水平作用力也较小;而地震作用剧烈,结构加速度响应大,产生的惯性力大,但质量块阻尼器可以通过其非常大的慣性来抵消地震作用产生的不利水平荷载,大大减小建筑物顶部的摆动幅度[7]。正是由于台北101大厦的大胆尝试,设计师们在看到这种阻尼器的优势及可行性后纷纷效仿、改良,在包括上海中心大厦在内的新时代超高层建筑中,这种可以减弱结构水平震动的阻尼器得以推广使用。现有的最新技术是使用电磁力来代替重力产生阻尼效应,这样不仅减轻了设备自重,还能使这种反力的作用更及时的反馈到主体结构上。4.2深圳大厦抗震设防措施深圳大厦位于深圳市,设计为地下3层,地下室长约107m,宽约65m,埋深约15m;地上为46层,总高201.850m,平面形状接近等边直角三角形,标准层层高为4.2m。该地区抗震设防烈度为7度(0.1g),设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅲ类;场地特征周期为Τg=0.45s;多遇地震下水平地震影响系数αmax=0.08。结构位移计算时,基本风压采用50年重现期风压值,取0.75kN/m2;结构承载力计算时,采用基本风压的1.1倍,取0.90kN/m2。建筑抗震设防类别均为丙类该工程采用框筒结构(底部楼层采用型钢混凝土框架柱),结构抗震措施的抗震等级如下考虑:对于地上部分,底部加强部位剪力墙抗震等级为一级,非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级,框架抗震等级为一级;对地下部分,地下一层抗震等级同首层,地下二、三层较地下一层降低一级。该工程主要采取构造措施进行抗震设防。结构整体选型为框架核心筒,核心筒及框架柱正截面承载力可以满足设防烈度地震不屈服,抗剪承载力满足设防烈度地震弹性要求。在其底部加强部位剪力墙可以满足设防烈度地震抗剪弹性、抗弯不屈服的要求;非底部加强部位剪力墙墙肢不屈服;标准层部分连梁、框架梁出现轻微弯曲屈服,可以满足“中震可修”的抗震设防目标和本工程的抗震性能目标要求[8]。因为该建筑不规则,扭转不规则使主体结构薄弱部位通常出现在整体结构边缘区域,设计时采取减小边缘结构竖向构件轴压比、剪压比及提高配箍率、配筋率等措施,提高结构延性,避免脆性破坏,另外对于楼板凹凸角、弱连系楼板采用楼板加厚,双层双向钢筋贯通配筋构造。4.3南昌九龙湾主塔楼超高层结构抗震设计该工程位于江西省南昌市红谷滩新区,是一座集酒店、办公及商业为一体的智能高档综合楼。本项目由37层的主塔楼(结构40层)及5层商业裙房部分组成,主楼和裙房之间设置变形缝(兼伸缩缝、抗震缝和沉降缝)[9]。主楼地上建筑面积7.17伊104m2,1~5层层高均为5.7m,5~27层层高均为4.2m,其中6层、17层、28层避难层层高分别为4.2m、4.2m、4.5m,29层及以上层高均为3.7m。设3层地下室,主要为地下停车库及设备用房。工程结构设计基准期为50a,结构安全等级为二级,抗震设防烈度为6度,设计地震分组为第一组,场地特征周期为0.35s。建筑面积小于104m2,因此该楼的抗震类别为标准设防类。50年一遇风压为0.45kN/m2,承载力设计时按基本风压的1.1倍即0.495kN/m2取用,地面粗糙度类别为C类。本工程将地下室顶板作为上部结构嵌固端,主楼平面尺寸为43.60m伊48.20m,为近似正方形。其核心筒最小尺寸为19.30m,该核心筒宽度大于建筑高度的1/12(173.95/12=14.50m)。主楼选用混凝土框架-核心筒结构体系,在主楼内电梯间和楼梯间等处布置剪力墙,与外围筒体共同形成结构的抗侧力结构体系,外框架柱与混凝土核心筒通过梁板结构进行连接,结构的抗侧刚度大。该工程采取的抗震措施:(1)罕遇地震下出现裂缝的剪力墙通过适当地提高该墙段边缘构件的纵筋配筋率和水平、竖向分布筋的配筋率,来提高其抗压和抗拉承载力;(2)超高层核心筒楼板局部板厚不小于150mm,核心筒内板配筋、外框架四角2个柱距范围内及洞口周边板均配置双层双向钢筋予以加强;(3)适当增大周边框架柱间框架梁截面,将整个2层除悬挑部分板厚均做到150mm,提高配筋率并采用双层双向予以加强;(4)对穿层柱已进行中震及大震下性能化设计分析,中震下柱底无拉应力、大震下穿层柱均处于处于压弯开裂不屈服状态;控制穿层柱最大轴压比小于规范限值0.7,并提高柱纵筋及箍筋配筋率,穿层柱通高加密箍筋间距,并根据计算需要可采用芯柱,提高其延性。高层建筑抗震设防未来展望笔者坚信新世纪的中国将是世界上修建高层建筑最多的国家,这将会给高层建筑抗震设防带来新的难题。新的设防措施的转变可以从以下几个角度出发:(1)抗震设防计算方法的转变,从振型分解反应谁法到时程分析法的转变[10];从线性分析到非线性分析的转变;从确定性分析到非确定性分析的转变;(2)结构振动控制的研究与应用基底隔震、悬挂隔震、耗能减震、吸能减震方面的运用和研究将会大力加强;(3)地震力分析理论的完善和转变地震力分析理论会由目前运用最广的反应谱理论向动态时程理论发展。相信新的技术突破远不止于此,未来的中国也会越来越强。结语建筑抗震设计的重要性日益突出,未来的建筑结构设计不会再以结构稳定性为终点。随着更加复杂的结构形式出现,建筑结构的防灾减灾能力会逐渐凸显出来。抗震能力作为其中关键的一环,其设计合理性和设计优化工作在建筑结构设计中会愈加重要。参考文献:李国强.建筑结构抗震设计[M].中国建筑工业出版社,2002.郑欢.探析高层混凝土建筑抗震结构设计[J].企业技术开发,2015(09):36-39.吴磊.高层建筑混凝土结构设计中的抗震设计分析[J].建筑规划与设计,2017(07):56-58.张绍松.张敬昌,钟俊宏.世界第一楼——台北101大楼之结构设计[J].建筑施工,2002,27(10):1-4.林鸿明.林钰芳.台北101:一座永续发展的超高层建筑[A].世界高层都市建筑学会第九届全球会议论文集[C].上海:中国土木工程学会,2012:66-72.李祖原.台北101大楼[J].建筑学报,2005(05):32-36.钟俊宏.谢绍松,甘锡滢.台北101大楼钢结构工程之施工监造[J].建筑钢结构进展,2005,7(05):1-10.谢俊.深圳大厦超限高层结构抗震设计[J].工业建筑,2017(09):175-180.林冬.南昌九龙湾主塔楼超高层结构抗震设计[J].建筑与结构设计,2019(04):41-44.王博,王识.高层混凝土建筑抗震结构设计分析[J].技术应用,2018(01):45-46.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,有时这种动力效应严重影响建筑物的正常使用,甚至造成房屋的破坏。

扭转效应大。当结构的质量分布、刚度分布不均匀时,高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用,扭转作用会使抗侧力构件的侧移发生变化,从而影响各个抗侧力结构构件(柱、剪力墙或筒体)所受到的剪力,并进而影响各个抗侧力结构构件及其他构件的内力与变形。因此,在高层建筑结构设计中,结构的扭转效应也是不可忽视的问题。

必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题。在高层建筑结构设计中,应该重视结构的整体稳定性与结构的抗倾覆能力,防止结构发生整体失稳的破坏情况。

当建筑物高度很大时,结构内外与上下的温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构必须加以考虑的问题。3.高层建筑的基础形式及特点高层建筑的上层结构载荷很大,基础底面压力也很大,应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力,可以用单独柱基、交叉梁基础、筏型基础或箱型基础;当地基承载力或变形不能满足设计要求时,可以采用桩基或复地基。

筏型基础也称为板式基础,多用在上部结构荷载较大、地基承载力较低的情况。一般有两种做法:倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基,板的折算厚度较小,用料较省,刚度较好,但施工比较麻烦,模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用,但地基开凿施工麻烦,而且破坏了地基的连续性,扰动了地基土,会降低地基承载力;采用倒无梁楼盖式的筏基,板厚较大,用料较多,刚度也较差,但施工较为方便,且有利于地下空间的利用。采用此种形式的筏板,应在柱下板底或板面加墩,板底加墩有利于地下空间的利用,板面加墩则施工较为方便。因此选择施工方案的时候应考虑综合因素。

箱型基础,当地基极软切沉降不均匀十分严重时,采用筏形基础,其刚度会显得不足,在上部结构对基础不均匀沉降敏感时尤其如此,在这种情况下采用箱型基础就较为合理。箱型基础是由底板、顶板、外围挡土墙以及一定的内隔墙组成的单层或多层混凝土结构。箱型基础刚度大、整体性好、传力均匀;能适应局部不均匀沉降较大的地基,有效地调整基地反力。由于地基面积较大,且埋置深度也较大,挖去了大量土方,卸除了原有的地基自重应力,地基承载力有所提高,建筑物沉降减小。由于埋深较大,箱型基础外壁与土的摩擦力增大,增大了基础周围土体对结构的阻尼,有利于抗震。但是箱形基础的内隔墙较多,支模等施工时间较费,工期较长;在使用上也受到隔墙太多的限制。

桩箱和桩筏基础,在浅层地基承载力比较软弱,而坚实土层距离地面又较深的时候,采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这是应当考虑采用桩基础。桩基础由两部分组成:一是桩基承台,二是桩基本身。桩承台的作用是将上部荷载传给桩,并使桩群连成整体,而桩又将荷载传至较深的土层中区。桩基承台一般可利用筏形基础的底板或箱形基础的底板。这时称这种形式的基础为桩筏基础或桩箱基础。

桩的类型应根据工程地质资料、结构类型、荷载性质、施工条件以及经济指标等因素确定。桩按受力性能来区分,有摩擦桩和支承桩两种。按施工方法区分,有预制桩和灌注桩两种。在桩基平台面积确定的情况下,不同桩径、不同的桩基持力层会有不同的单桩承载力,桩的平面随之也可以确定。当箱形或筏形基础下桩的数量较少时,桩基布置在墙下、梁板式筏形基础的梁下或平板式筏形基础的柱下。桩距应尽可能的大,在充分发挥单桩承载力的同时,还能发挥承台土反力作用,以取得最佳效果。多、高层建筑的基础类型有单独基础、条形基础、十字交叉条形基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。

基础类型的选择与场地工程地质及水文地质条件、房屋的使用要求及荷载大小、上部结构对不均匀沉降的适应程度以及施工条件等因素有关。在京开幕下单独基础适用于上部结构荷载较小或地基条件较好的情况;条形基础通常沿柱列布置,它将上部结构较好地连成整体,可减少差异沉降量;十字交叉条形基础比条形基础更加增强基础的整体性,它适用于地基土质较差或上部结构的荷载分布在纵横两方向都很不均匀的房屋;当地基土质较差,采用条形基础也不能满足地基的承载力和上部结构容许变形的要求,或当房屋要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时,可采用片筏基础;若上部结构传来的荷载很大,需进一步增大基础的刚度以减少不均匀沉降时,可采用箱形基础;桩基础也是多、高层建筑常用的一种基础形式,它适用于地基的上层土质较差、下层土质较好,或上部结构的荷载较大以及上部结构对基础不均匀沉降很敏感的情况。4.高层建筑的施工特点高层建筑的楼层多,高度大,要求施工具有高度的连续性,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。高层建筑的施工,土方、钢筋、模板、混凝土、砌筑、装修、设备管线安装等工程量都要增大,同时工序多,十多个专业工种交叉作业,组织配合十分复杂,同时,由于工程量大引起的对技术提出了更高的要求,比如大体积混凝土裂缝控制技术,粗钢筋连接技术、高强度等级混凝土技术,新型模板应用技术等。

施工准备工作量大。高层建筑体积、面积大,需用大量的各种材料、构配件和机具设备,品种繁多,采购量和运输量庞大。施工需用大量的专业工种、劳动力,需进行大量的人力、物力以及施工技术准备工作,以保证工程顺利进行,同时,由此引起的施工场地狭小一般都是施工难点,如何有效分配调整施工现场平面布置以保证施工顺利进行也考验施工企业现场管理水平。

施工周期长,工期紧。高层建筑单栋工期一般要经历2~4年,平均2年左右,结构工期一般为5~10d一层,短则3d一层,常常是两班或三班作业,工期长而紧,且需进行冬、雨期施工,为保证工程质量,应有特殊的施工技术措施,需要合理安排工序,才能缩短工期,减少费用,同时,还需制定一系列安全防范措施和预案以保证安全生产。

基础深、基坑支护和地基处理复杂。高层建筑基础一般较深,大多1~4层地下室,土方开挖、基坑支护、地基处理以及深层降水,安全和技术上都很困难复杂,直接影响着工期和造价,采用新技术较多,如逆作法、复合地基成套技术、。

高处作业多,垂直运输量大。高层建筑一般为45~80m,甚至超过100m,高处作业多,垂直运输量大,施工中要解决好高空材料、制品、机具设备、人员的垂直运输,合理地选用各种垂直运输机械,妥善安排好材料、设备和工人的上下班及运输问题,用水、用电、通讯问题,甚至垃圾的处理等问题,以提高工效。

层数多、高度大、安全防护要求严。高层建筑层数多,高度大,一般施工场地较窄,常采取立体交叉作业、高处作业多,需要做好各种高空安全防护措施,通讯联络以及防水、防雷、防触电等。为保证施工操作和地面行人安全,不出各类安全事故,相应也要求增加安全措施费用。

结构装修、防水质量要求高,技术复杂。为保证结构的耐久性,美化城市环境,对高层建筑主体结构和建筑物立面装饰标准要求高;基础和地下室墙面、厨房、卫生间的管道和防水都要求不出现任何渗漏水,对土建、水、电、暖通、燃气、消防的材质和施工质量要求都相应提高,施工必须采用有效的技术措施来保证,特别是常采用大量的新技术、新工艺、新材料和新机具设备和各种工艺体系,施工精度要求高,施工技术十分复杂。

平行流水、立体交叉作业多,机械化程度高。高层建筑标准层多,为了扩大施工面,加速工程进度,一般均采用多专业工种,多工序平行流水立体交叉作业;为提高工效,大多采用机械化施工,比一般建筑施工配合复杂,需要解决好多工种、多工序的立体交叉配合及纵横向各方面关系问题,以保证施工按计划节奏合理进行。当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时,它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比,高层建筑在施工时都有许多新的特点与问题需要加以考虑和解决。

高层建筑施工过程中高空作业占有较高比例,施工条件复杂,对机械设备要求较高。由于高层建筑本身的层数与高度都已经达到一定程度,应力增加,因此实际施工时垂直运输材料工具、施工设备、施工人员等的工作量与难度都有所增大,还要保证施工过程中的水电供应与施工安全,这些都对施工装备提出了较高的要求。并且高层建筑的施工条件多为市区等人员建筑密集区域,复杂的施工现场条件要求工作人员应依据使用条件对装备材料进行合理安排与配置,例如应考虑总平面布局的防火间距、日照干扰以及周围建筑物保护问题,并为人口车辆疏散预留出安排通道和场地,还要在功能基础上对建筑平面布局进行标准化、统一化,以满足主体结构、设备管线、电气配线分区、防火疏散等竖向设计技术的要求。

高层建筑的施工技术要求与功能要求较多。目前我国高层建筑结构主要是由钢筋混凝土构成,它不同于砖混结构且需要在施工现场浇筑,这是对施工工艺的要求。并且高层建筑的消防安全、防水防漏、建筑装饰等功能要求也更加多元化,这就要求高层建筑设计施工时充分考虑各种限制条件,要考虑由于增加了电梯、水箱供水和消防动力用电,对电气设计的区域配电和干线、支线布置提出的施工要求。这需要施工单位合理布置竖向交通中心,确定楼梯、电梯的数量和布置方式,保证使用效率与防火安全。

高层建筑的施工周期长,基础埋置位置深。高层建筑的平均施工周期长于多层建筑,出于提高施工效率节约成本等多方面考虑可从结构施工与建筑装饰入手,选择合理的施工模板以缩短工期。此外,为增强高层建筑稳定性,施工前需要做好沉降观测工作,施工时进行较深的基础地基埋设,按规定应大于建筑整体高度的1/12,桩基则需要保证大于高层建筑高度的1/15。基坑的开挖过程中要对路面状况进行实时观测,一旦发现地面或建筑物出现裂缝应立即做出调整与处理[3]。高层建筑的地基施工方案多种多样,要对方案进行工程成本的深入研究做出合理选择。5.高层建筑的施工技术5.1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。由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,结构必须以和常规相反的方式进行布置。上部布置小空间,下部布置大空间。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-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筒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、转换层上部与下部结构等效刚度比、转换层结构与其上层结构侧向刚度比。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之一,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筒体结构,可采取以下措施强化下部结构: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、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。5.2排水部分高层建筑室内给排水系统要求相对较高,如发生供水断水或排水堵塞事故,影响范围大、后果严重,因此必须保证高层建筑有安全可靠的水源和合理的管网布置,以保证供水的连续性和排水的顺畅。给水部分一般分别设消防水池、生活水池或生活水箱、消防水箱或生活消房,计算机网络中心等,并应避免在生产设备上方通过,给水管道不得敷设在烟道、新风风道、风管、电梯井道、排水沟内,给水管道不得穿越大便槽、小便槽且立管离大小便槽端部不得小于0.5m,建筑物内埋地敷设的生活给水管与排水管之间净距平行不小于0.5m,交叉不小于0.15m,且给水管应在排水管的上面,给水管道暗敷时不得直接敷设在结构层内,给水管道穿越地下室或地下建筑物的外墙处、穿越屋面处应设置防水套管,室外明设给水管应避免阳光直接照射,防止光污染,塑料给水管道在室内宜暗敷,塑料给水管不得与水加热器或热水炉直接连接应有不小于0.4m的金属管做过渡。高层建筑内设备多,管道压力较大,各专业工种交叉打架多,各个专业工种应密切配合相互协调。尤其应注意建筑结构梁下(可利用)高度能否满足风管、空调新风机组、给排水管道、桥架等管线、设备安装高度要求,避免达不到装饰净空高度要求,此事应在审图时予以充分重视,并召集各专业人员按规范要求作统筹安排。重点控制厨房,厕所的防水工序。进行灌水试验,排水立管要100%的进行灌水、通球试验,并全部通过。5.3建筑裂缝的控制从我国的《混凝上结构设计规范》GB50010-2002表3.3.4看出,裂缝宽度在不同的环境下,不同的混凝土结构其裂缝宽度也有不同的控制标准,允许裂缝最大为0.2mm~0.4mm,但作为裂缝控制来说,应以预控为主,等裂开了、缝增大了再补救那是万不得已。裂缝分为运动、不稳定、稳定、闭合、愈合等几大类型。虽说骨料内部凝固时产生的微观裂缝不可避免,但从质量角度考虑应尽可能减少。由于高层建筑混凝土强度普遍较高、混凝土量较大、且带有地下室,所以裂缝产生的可能性更大。下面从“放”“抗”谈谈施工措施。“放”的措施:砌筑填充墙至接近梁底,留一定高度,砌筑完后间隔至少一周,宜15d后补砌挤紧;合理分缝分块施工;在柱、梁、墙板等变截面处宜分层浇捣等[4]。“抗”的措施:尽量避免使用早强高的水泥,积极采用掺合料和混凝土外加剂,降低水泥用量(宜<450kg/m3)。实践经验表明,每m3混凝土的水泥用量增加10kg,其水化热将使混凝土的温度升高1℃。高层混凝土用量大,有时还有大体积混凝土,从经济、实用角度宜掺入外加剂。当然掺入外加剂后,要预计对早期强度的影响程度。据此可提请设计科研部门予以探讨和评定。在施工工艺上,应避免过振和漏振,提倡二次振捣、二次抹面,尽量排除混凝土内部的水分和气泡。现浇板中的线盒置于上、下层筋中间,交叉布线处采用线盒。“放”、“抗”相结合的措施:在混凝土裂缝的预防中,对新浇混凝土的早期养护尤为重要。为使早期尽可能减少收缩,需主要控制好构件的湿润养护,避免表面水分蒸发过快,产生较大收缩的同时,受到内部约束而易开裂。对于大体积混凝土而言,应采取必要的措施(埋设散热孔、通水排热),避免水化热高峰的集中出现;同时在养护过程中对表面、中间、底部温度进行跟踪监测(尤其在前3天)。对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温宜控制在25℃以内,否则因温差过大产生混凝土裂缝。5.4高层建筑的安全管理由于高层建筑施工周期长、露天高处作业多、工作条件差,以及在有限的空间要集中大量人员密集工作,相互干扰大,因此安全问题比较突出,在此对安全管理综述以下主要控制点:①基坑支护基坑开挖前,要按照土质情况、基坑深度及环境确定支护方案。深基坑(h≥2m)周边应有安全防护措施,且距坑槽1.2m范围内不允许堆放重物。对基坑边与基坑内应有排水措施。在施工过程中加强坑壁的监测,发现异常及时处理。②脚手架高层建筑的脚手架应经充分计算,根据工程的特点和施工工艺编制的脚手架方案应附计算书。架体与建筑物结构拉结:二步三跨,刚性连接或柔性硬顶。脚手架与防护栏杆:施工作业层应满铺,密目式安全网全封闭。材质:钢管Q235(3#钢)钢材,外径48mm,内径35mm,焊接钢管、扣件采用可锻铸铁。卸料平台:应有计算书和搭设方案,有独立的支撑系统。③模板工程施工方案:应包括模板及支撑的设计、制作、安装和拆模的施工程序,同时还应针对泵送混凝土、季节性施工制定针对性措施。支撑系统:应经过充分的计算,绘制施工详图。安装模板应符合施工方案,安装过程应有保持模板临时稳定的措施。拆除模板应按方案规定的程序进行先支的后拆,先拆非承重部分。拆除时要设警戒线,专人监护。④施工用电必须设置电房,两级保护,三级配电,施工机械实现“四个一”;施工现场专用的中心点直接接地的电力线路供电系统中心采用TN-S系统,即三相五线制电源电缆。接地与接零保护系统:确保电阻值小于规范的规定。配电箱、开关箱:采取三级配电、两级保护,同时两级漏电保护器应匹配。5.5认真落实规章制度和技术规范作为组织管理人员要全面、完整、总体计划认真执行《建筑工程施工技术规范》贯彻《建筑法》从源头抓起,认真落实、组织图纸会审、工程洽商工作,施工过程中严把每一道工序的操作规程抓大局,促局部多管齐下。抓大局就是组织者要对高层综合楼的整体结构进行分析,按规范操作严把质量关、提高大项工程的合格率。如土方工程、钢筋工程、混凝土工程、模板工程、砌体工程都要责任到人,强制性实施。具体如何实施施工中的操作以土方工程为例:组织人员应做好以下几方面的组织工作。(1)施工准备:协同其它相关人员进行现场勘查——确定施工方案——测量定位方线——土方机械车辆的准备——现场清理平整——现场排水降水。熟悉图纸——技术交底——岗位责任制。(2)控制挖方标高轴线标高的复核,并作记录。(3)基础砼浇筑后基土回填质量评定:执行GBJ201-83规范、GBJ300-88、GBJ301-88规范、GBJ123-88规范。设计变更图纸、文件——测量定位记录——验槽记录——隐弊工程验收记录——质量检查和验收记录等方面的具体工作,如果以此类推,每一项涉及工程做细做好严格执行技术规范,从大局进行组织管理,那么工程质量也不是口头语言,为质量提供了有力保证。而局部就是,在大的工程加大管理力度外,也应处理局部的细小工作,如厨卫内管道接口、隐敝工程、表面工程、以屋面工程为例:按要求有没有预留分格缝,表面有无开裂、起砂、起皮、积水等。所用材料有没有出示出厂合格证,化验报告等资料,只有这样从质量方面进行控制,在施工中的工序质量、分项工程质量、分部工程质量、单位工程质量、层层把关,组织者从抓质量入手,把施工中的工程质量、施工技术、安全措施等一系列问题均落到实处,合理的、科学的进行。组织一个全新组织者的管理水平就会提升到同行业前列[5]。6.高层建筑的技术要点高层建筑的施工特点与国内现状分析,从混凝土配比与养护技术、钢筋工程的施工技术、“三线”控制技术、模板工程技术四个层面来分析高层建筑施工的技术要点。6.1混凝土配比与养护技术

要有效控制高层建筑的强度就要从混凝土的配比与养护入手。高层建筑的混凝土用量很大,由于施工周期长,气候条件不利,较易出现混凝土离散现象。因此,在开工前,首先要到有资质的试验机构对按照设计要求配置的混凝土进行强度等级测验,明确砂、石、水泥、含水量的比例增降对混凝土强度的影响,例如水泥数量的影响比率为5%~20%,砂石的级配影响率为5%~20%,认清影响后要积极采取一定的措施保证实际施工时的配合比在允许变动范围内与实验室配比相符。实际施工过程中,要加强原材料控制,依据市场原料情况对级配进行合理调整。出于缩短施工周期与改善混凝土性能的考虑,目前我国高层建筑多采用泵送混凝土。关于混凝土的养护,有测试显示对混凝土进行一定时间范围的全湿养护将使混凝土强度得到更充足的保证。因此可依据浇筑量设计混凝土养护方案并由专人从水源保障、昼夜措施等多层面负责全程的养护工作,还要加强养护期的跟踪记录及监督检查工作,以确保混凝土养护发挥实际效用。则混凝土的施工控制:严格把关混凝土施工材料。混凝土的抗渗等级、强度等级等要符合施工规范。按照不同的混凝土强度等级,由专门的试验室对泵送混凝土进行配比。应用掺合料、外加剂配料等,通过不断调整,改善预拌混凝土的和易性,减少混凝土坍落度损失,确保泵送效果[6]。混凝土配比过程中,要注意控制砂率,砂率高能够提高泵送混凝土的可泵性,但是如果砂率过大,当水泥浆不足以包裹骨料表面时,则粘聚性反而下降,从而增加混凝土表面的裂纹。施工人员应对混凝土的配合比进行检查,在施工过程中不可随意改变配合比。

(2)严格执行混凝土养护。对于高层建筑大体积的混凝土浇筑量,应当建立完善的养护方案。要对混凝土的养护有足够的重视,从混凝土开始养护至养护结束,由专人负责。养护方案的建立要综合人员、覆盖、昼夜温差、水源等方面的因素,加强养护期的监督与管理,重视关键细节。养护期间,记录混凝土养护措施及现场养护的情况,及时发现养护过程中的问题,保证混凝土养护顺利完成。

高层建筑混凝土施工工艺。(3)混凝土养护中的问题。为了防止出现混凝土倾斜或堆积的现象,浇筑混凝土时,应尽量确保一次浇筑到位。严格控制下料斗的操作,逐渐推动料斗,控制出料量,从而形成混凝土的带状浇筑。尽可能避免混凝土斜层浇筑、大块浇筑,因为这样容易导致混凝土分离,特别是在新拌混凝土缺乏黏聚性时,更容易出现离析现象[7]。对每次浇筑的厚度进行限制,宜采取分薄层浇筑的方法,通常情况下每次混凝土浇筑厚度应小于30cm,这样可避免因顶层混凝土过重造成底层空气不能逸出,而遗留在混凝土内部的空气常常导致振捣不全,使混凝土的表面出现缺陷。尽量快速地浇筑混凝土,一般情况下,混凝土的浇筑速度约为15m3/h,浇筑速度应当与振捣速度协调,保持均衡。降低入模温度。要严格地控制混凝土入模的温度,温度不应大于32℃。必要时可添加制冷机组或采用加冰块的方式达到降温目的,确保混凝土入模时,能在标准温度范围内进行,同时,也要严格控制浇筑混凝土完毕后的内外温差,温差不应大于25℃。混凝土振捣。振捣方法要正确,在混凝土的振捣过程中应注意振捣时间与振捣范围,防止过振、漏振,确保所有部位的混凝土都能得到充分振捣,振捣时间也不宜太长,以免影响到混凝土固化[8]。为了减少混凝土表面的气泡,可采用二次振捣的方法,在浇筑混凝土时进行第1次振捣,在混凝土静置一定的时间后再进行振捣。控制振捣棒插进下一层混凝土的深度,确保插入深度在5~10cm之间;严格控制振捣时间,直至混凝土表面没有气泡泛出为止,振捣时间约为5~10分钟。

(4)混凝土养护。为避免混凝土表面由于失水出现裂缝现象,影响其耐久性及外观效果,应做好混凝土早期固化的养护,加强混凝土的保湿保温。在混凝土初凝后,采用塑料薄膜严密覆盖其表面,从而使混凝土表面形成良好的保温层,保持较高温度[9]。在夏季施工时,混凝土表面受水化热与气温的共同影响,水分散发速度较快,为了避免表面出现裂缝等现象,应当采取有效的保湿养护措施。对混凝土进行喷水保湿养护,应不少于14天。高层建筑混凝土施工工艺要求。①由于高层建筑的结构比其他建筑较复杂,因此其需要较深厚的地基基础,以确保足够的承载力。这使得高层建筑对混凝土质量的要求更高,同时,由于高层建筑施工中,所需的混凝土较多,在建筑施工中,应采用预拌泵送混凝土。②对于高层建筑梁柱节点的混凝土浇筑,由于这些部位对混凝土强度及施工工艺的要求与其他部位有所不同,应当与有关单位具体协商后再进行。③在进行高层建筑混凝土施工时,要严格按照相关规范,来进行施工缝留置与浇筑工作。

6.2钢筋工程的施工技术进行高层建筑钢筋工程的技术操作时,首先要透彻研究钢筋施工图纸以了解结构组成并明确钢筋绑扎的施工顺序与操作规范。钢筋绑扎过程中若遇到预埋件、预埋管道等预埋设施,要割断钢筋严格依照图纸要求施工,并在相应位置增加一定的强筋数目。在进行钢筋绑扎之后,要对悬臂结构的撑脚与螺纹接头进行严格的检查以确保安全稳固。最后要对悬挑部位的钢筋面板负筋高度以及柱插筋的位置进行严格的控制与限定,使钢筋位移状况符合图纸规范与要求。6.3“三线”控制技术高层建筑的“三线”控制是指对垂直度、标高线与轴线进行技术操作与控制。高层建筑由于建筑范围广,“三线”控制的操作难度增大,因此施工过程中,要注意加强技术操作的准确度。在进行垂直度控制时,首先要依据大楼柱网的布置情况安装四个边角柱模板,可沿柱外层上弹出厚度线再安装模板添加支撑,其次要注意运用激光仪进行校验降低误差。在确定立柱垂直度后要做好外边线的加固支持及混凝土浇筑工作。为保持平整度与垂直度还可以以四个边角柱为基线另拉一条钢线。轴线控制中存在外围基准点无法引测的情况,因此以一楼为基准面时要在最长纵横向预埋多块特定尺寸的钢板,并在相应位置标出控制轴线或主轴线控制点。二层及以上施工时,可以以一层楼面为基准在其余各层楼面对应处留出200*200mm的方洞,用大线锤去引测所标示的控制点,基本确定位置后再用经纬仪校正轴线,放出各层轴线和细部尺寸线。对于标高线的控制则需要在每层预控轴线的至少四个洞口位置处进行标高的定位控制,与此同时进行多层标高总和的复核工作,还要用水准仪进行抄平复核操作,以确定四点是否位于同一平面,从而更加精准地判断标高的准确性。6.4模板工程技术由于高层建筑转换层结构自身重量非常大,因此,确定建筑转换层支撑系统是整个施工过程中的关键,这就需要模板支撑具备有充足的承载能力来实现对上部楼层结构的有效承载。开展施工活动前应全面进行实地考察,计算出最准确的施工参数,将差异性最小化,使施I充分符合相应的技术研究要求,并重点做好以下几项工作:(1)进行模板及支撑系统的配置设计,画出模板排列图。必须对模板支承、排列、施工顺序、拆装方法向班组人员作详细交底。对运到现场的模板及配件应按规定、数量逐次清点及检查,不符合质量要求的不得使用。模板安装按排版图,控制轴线位置及截面尺寸必须正确、模板不得扭曲、拱裂,模板拼缝要紧密。当跨度大于4m时,模板应起拱,起拱高度为0.2%。(2)模板支撑承系统要横平竖直,支撑点必须牢固,扣件及螺栓必须拧紧。浇混凝上前对模板的支撑、螺栓、扣件等紧固件派专人进行检查,发现问题及时整改。正确留置孔洞、埋件等,在翻样图上自行编号,防止漏放。安装要牢固,经复核无误后方能封闭模板。每层模板施工完毕后,要进行技术复核工作,达到要求方可浇捣混凝土。模板工程技术工艺主要包括模板的设计配置、支设工艺流程以及拆除工艺流程,要做好模板工程技术的控制工作需要在各流程过程中采取多重技术措施。本文重点分析施工过程中的模板技术操作。在划分好施工区段后,要做好墙、柱、钢筋、管线、预埋件的准备工作,可在外墙柱边沿根部粘贴厚海绵条以防跑浆。设置好柱模板的定位基准后,进行柱模板支设过程中要注意每片模板的定位与连接,及时检查柱模对角线偏移情况,还要做好墙体模板的定位防漏工作。圆柱支设多采用定型模板,对截面较大的矩形截面混凝土柱,可通过间距计算确定型钢型号后用型钢抱箍。拆除时要遵循先支后拆、后支先拆的原则,拆除过程中对支架荷载进行测算必要时加设临时支撑。高层建筑施工技术要点:高层建筑的裂缝预防与控制。由于高层建筑的混凝土施工中受到很多因素的影响,在建筑工程项目中往往会出现一些建筑裂缝现象,给建筑物带来了很大的质量隐患。裂缝产生一般是因为在施工过程中受到自然环境、气候因素、施工技术、人为因素等的影响,导致混凝土出现一定的质量差异,从而产生混凝土结构裂缝[10]。据混凝土结构的调查显示,高层建筑的混凝土裂缝在建筑工程质量隐患中约占4/5,而其他部位结构的裂缝则仅占1/5。因此在高层建筑施工过程中,应当加强混凝土的质量控制。根据外部自然环境、天气状况、混凝土施工特点来控制裂缝现象,使混凝土达到质量标准。在混凝土施工中,往往是通过现场监管工作来加强裂缝控制,但这种做法并不能起到预防的作用,常常是在裂缝已经出现后,才采取补救措施,施工质量得不到保障。因此在高层建筑的混凝土施工中,施工人员应当针对高层建筑混凝土施工特点,运用有效的工艺措施来确保混凝土的韧性及强度,加强对裂缝的预防,从而有效地控制裂缝隐患的产生,使高层建筑的整体效果与内部质量都达到较高水平。6.5高层建筑的安全管理超高层建筑由于其自身的特点,在施工的过程中有很多不同于一般建筑施工的危险因素。超高层建筑安全施工有以下显著特点:1.建筑作业高度高。大量高空作业带来的不安全因素是高层建筑施工安全技术必须充分考虑和解决的。超高层建筑大量的施工作业都是在高空进行的,100米以上的高空与10多米高度的作业有质的不同。2.建筑施工交叉作业多。现在的住宅小区都是由数栋楼房组成,而因为场地的原因造成加工区离建筑结构较近,还有的因为工期的原因,上下同时施工的屡见不鲜。立体交叉作业造成伤亡事故时有发生。3.建筑施工工期长。超高层建筑施工工期一般都在两年左右,大的项目工期可达三至四年,许多设施放置以后就要使用一年至几年,在此期间人员变动气候变化等人为的与自然的因素都能使正常的设施转入危险状态,不注意就容易发生事故。4.起重设备多。多塔作业,群塔作业,塔吊临街作业。施工电梯运行高度高,越往上风荷载越大,超高层对设备的自身安全性的要求更高,对基础设置要更可靠。由于高层建筑施工周期长、露天高处作业多、工作条件差,以及在有限的空间要集中大量人员密集工作,相互干扰大,因此安全问题比较突出,在此对安全管理综述以下主要控制点:1、基坑支护基坑开挖前,要按照土质情况、基坑深度及环境确定支护方案。深基坑(h≥2m)周边应有安全防护措施,且距坑槽1.2m范围内不允许堆放重物。对基坑边与基坑内应有排水措施。在施工过程中加强坑壁的监测,发现异常及时处理。2、脚手架高层建筑的脚手架应经充分计算,根据工程的特点和施工工艺编制的脚手架方案应附计算书。架体与建筑物结构拉结:二步三跨,刚性连接或柔性硬顶。脚手架与防护栏杆:施工作业层应满铺,密目式安全网全封闭。材质:钢管Q235(3#钢)钢材,外径48mm,内径35mm,焊接钢管、扣件采用可锻铸铁。卸料平台:应有计算书和搭设方案,有独立的支撑系统。3、模板工程施工方案:应包括模板及支撑的设计、制作、安装和拆模的施工程序,同时还应针对泵送混凝土、季节性施工制定针对性措施。支撑系统:应经过充分的计算,绘制施工详图。安装模板应符合施工方案,安装过程应有保持模板临时稳定的措施。拆除模板应按方案规定的程序进行先支的后拆,先拆非承重部分。拆除时要设警戒线,专人监护。4、施工用电必须设置电房,两级保护,三级配电,施工机械实现"四个一";施工现场专用的中心点直接接地的电力线路供电系统中心采用TN-S系统,即三相五线制电源电缆。接地与接零保护系统:确保高层建筑施工的控制,电阻值小于规范的规定。配电箱、开关箱:采取三级配电、两级保护,同时两级漏电保护器应匹配。超高层建筑施工有“高、长、密”三方面特点:“高”,顾名思义,指高度高。超高层建筑施工项目工程量大、技术复杂,露天、高空作业多,平行流水、立体交叉作业多,对高空安全防护要求严;“长”指施工周期长。一般高层项目施工工期在3-5年,跨越冬季和雨季,冬、雨期季节性施工工效低,易发生由于赶工出现安全隐患,对施工组织设计及工期安排要求高。“密”指高层项目施工工序多、配合复杂,新技术、新工艺、新材料、新设备应用多,施工准备工作量大,基坑支护和地基处理复杂,施工用地周边环境复杂,给施工安全管理带来很大的困难。做好超高层项目安全生产工作重点是要做到“三个确保”、“三个管控”。

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