高 毅

(湖北省武漢市黃鶴樓公園管理處，湖北武漢 430060)

1 概述

在近代經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展與科技技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致了高層建筑出現(xiàn)了很大的改變，高層建筑的發(fā)展距今已經(jīng)有100多年的歷史了。世界上主要的高層建筑出現(xiàn)在美國、加拿大等國家中。這一現(xiàn)象一直持續(xù)到20世紀(jì)80年代末期，世界上高層建筑主要還是分布在北美洲。在1991年有一個(gè)公布世界建筑的排行表，在前100座最高的建筑中，美國一個(gè)國家占據(jù)了78座，墨西哥1座，加拿大5座，也就是說北美洲占了84%，成為了最高世界建筑的主要地區(qū)。

1.1 我國近代高層建筑的發(fā)展

第一階段:新中國成立到20世紀(jì)60年代末期。這個(gè)階段的建筑主要是在20層樓以下，建筑的結(jié)構(gòu)主要是框架的形式。

第二階段:70年代這個(gè)階段的房子一般最高在20層～30層。主要是用來做住房、辦公以及旅館等。到1974年我國北京建成了20層的北京飯店，高達(dá)到了87.4 m，是當(dāng)時(shí)北京最高的建筑群體。1976年建成的廣州白云賓館33層，112.45 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，是國內(nèi)首棟百米高層(見圖1)。

圖1 廣州白云賓館

第三階段:80年代，從1980年～1983年3年的時(shí)間就建成了自1949年以來30多年中所有高層建筑的總和。

第四階段:從90年代初開始。1)高層的建筑速度有了明顯的加快。1990年～1994年初期，每年建成的層數(shù)超過10層以上的建筑面積在1 000萬m2以上，占到了高層建筑的40%。2)超高層的建筑發(fā)展。高層建筑的發(fā)展更加快速，建成了許多超過200層以上的建筑。

1.2 國外現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展

第一階段:是19世紀(jì)中期以前，主要建筑材料是磚石和木材，且設(shè)計(jì)手段和施工技術(shù)的限制，歐美國家一般只能建造6層及以下的建筑。

第二階段:是從19世紀(jì)初期到20世紀(jì)50年代。

1885年電梯系統(tǒng)的發(fā)展，使人們建造更高的建筑成為可能。

高層的建筑已經(jīng)發(fā)展到了采用鋼結(jié)構(gòu)，并且高度已經(jīng)超越了100 m的難題。

第三階段:是從20世紀(jì)50年代開始發(fā)展。

由于采用的材料主要是輕質(zhì)的高強(qiáng)材料、采用的結(jié)構(gòu)是抗風(fēng)和抗震的結(jié)構(gòu)體系，施工采用的技術(shù)和機(jī)械等方面取得了很大的進(jìn)步，同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑上的應(yīng)用使得高層的建筑得到了飛速的發(fā)展[1］。

世界上最高的建筑主要分布在美國，世界上最早采用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑是當(dāng)時(shí)在美國1903年建成的辛辛那提的因格爾斯大樓。高64 m，16層，在1931年美國紐約建成了102層高381 m的著名的帝國大樓，這一記錄保持了41年之久，這一時(shí)期，雖然高層建筑有了比較大的發(fā)展，但受到設(shè)計(jì)理論和建筑材料的限制，結(jié)構(gòu)材料用量較多、自重較大，且僅限于框架結(jié)構(gòu)，建于非抗震區(qū)。

1990年至今，世界上新建的最高建筑，幾乎全部集中在亞洲區(qū)域;有不斷的建筑物超過200 m和300 m的高度。一般的建筑物的高都在80 m～150 m，同時(shí)還有大量的高建筑物在不斷的興建。到了21世紀(jì)，亞洲將成為新的高層建筑中心。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)施工概述

2.1 高層建筑的定義

1)世界建筑聯(lián)盟委員會(huì)在1972年建議，將高層的建筑劃分了四類:第一類:9層～16層，其高度不超過50 m;第二類:17層～25層，高度不超過75 m;第三類:26層～40層，高度不超過100 m;第四類:40層以上，高度100 m以上。

2)我國對(duì)高層建筑的分類:我國JGJ 37-87民用建筑的設(shè)計(jì)原則中規(guī)定:如果民用建筑的層數(shù)超過10層及10層以上或者是高度超過了24 m的公共的建筑物以及綜合性的建筑物統(tǒng)稱為高層建筑。同時(shí)如果層數(shù)超過了100 m我們就稱其為超高層建筑。

2.2 高層建筑的施工方法與結(jié)構(gòu)體系

1)體系結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)[2］的體系結(jié)構(gòu)是由柱體、梁通過結(jié)點(diǎn)連接組成的結(jié)構(gòu)稱其為框架模型(見圖2)。優(yōu)點(diǎn):建筑的布置較靈活，可以形成較大的空間;缺點(diǎn):結(jié)果屬于柔性結(jié)構(gòu)，在抗震、水平承受荷載差。在多層的房屋結(jié)構(gòu)中框架結(jié)構(gòu)使用很廣泛，同時(shí)也是高層的建筑中基本的單元，但其H/B≤5，否則無法滿足強(qiáng)度的要求，容易形成肥胖的橋梁柱剪力墻體系結(jié)構(gòu)[3］，剪力墻體系結(jié)構(gòu)是利用建筑物的外墻和內(nèi)墻作為主要的承重骨架來構(gòu)成剪力墻的體系結(jié)構(gòu)，一般的鋼筋混凝土墻H≥140 mm，此時(shí)的體系側(cè)向剛度很大，可以承受豎向、水平荷載。缺點(diǎn):平面被分成了很多的小開間。施工方法:使用的大模、滑模施工框架—剪力墻體系結(jié)構(gòu)，框—剪結(jié)構(gòu)平面布置靈活，同時(shí)能夠很好的承受水平的載荷，并且抗震性很好。適用于15層～30層，H≤120 m的高層建筑。

圖2 現(xiàn)代高層建筑框架模型

2)筒中筒的結(jié)構(gòu)體系。多筒的體系結(jié)構(gòu)是指一個(gè)或幾個(gè)筒體作為重結(jié)構(gòu)的高層建筑的體系結(jié)構(gòu)，整個(gè)筒體如一個(gè)固定于基礎(chǔ)上的空心并且是封閉的懸臂梁，不僅可抵抗很大彎矩，也可抵消扭矩，是非常有效的抗側(cè)力體系。建筑結(jié)構(gòu)布置靈活，單位面積結(jié)構(gòu)耗材少。采用滑升模板施工較為適宜。

2.3 高層建筑施工的特點(diǎn)

高:建筑物的高度高，施工時(shí)垂直運(yùn)輸量大。

深:基礎(chǔ)埋置深度深，天然地基埋置深度不小于1/12L;樁基不小于1/15L，深基礎(chǔ)給施工帶來很大的難度。

長(zhǎng):建筑物施工周期長(zhǎng)。

密:高層建筑的施工條件復(fù)雜。

3 高層建筑主體結(jié)構(gòu)施工用機(jī)械設(shè)備

3.1 塔式起重機(jī)

塔式起重機(jī):高層建筑施工中主要是附著式(自升式)和內(nèi)爬式兩種。要求:起重臂要長(zhǎng);工作速度要高且能調(diào)速;采用小車變幅臂架;改善操縱條件。

選擇與布置:綜合考慮建筑物的高度、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件重量、現(xiàn)場(chǎng)布置等，同時(shí)要兼顧裝、拆場(chǎng)地和建筑結(jié)構(gòu)滿足錨固、爬升要求。

3.2 混凝土泵

混凝土泵:連續(xù)完成混凝土的水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸，能有效解決混凝土量巨大的基礎(chǔ)施工以及占總垂直運(yùn)輸量左右的高層建筑上部結(jié)構(gòu)混凝土的運(yùn)輸問題。

3.3 施工電梯

施工電梯:又稱人貨兩用電梯，是高層建筑施工設(shè)備中唯一可運(yùn)送人員上下的垂直運(yùn)輸設(shè)備。如不采用施工電梯，高層建筑施工中的凈工作時(shí)間損失將達(dá)30%左右。

主要運(yùn)送對(duì)象是施工人員、材料、設(shè)備和工具等。

3.4 腳手架

鋼管扣件式腳手架。爬升式腳手架:套管式附著升降腳手架;懸挑附著升降腳手架;互爬式附著升降腳手架;導(dǎo)軌式附著升降腳手架。腳手架方案選擇原則:安全;適應(yīng)性強(qiáng)(技術(shù)、進(jìn)度滿足要求);可行、經(jīng)濟(jì);合理選擇(依高度、結(jié)構(gòu)、裝飾施工等)。

4 高層建筑主體結(jié)構(gòu)的施工

4.1 高層框架結(jié)構(gòu)的施工

全現(xiàn)澆鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)施工:主要是解決模板的組合問題，高強(qiáng)度的混凝土的制造工具、泵送或者是無粘結(jié)構(gòu)來進(jìn)行現(xiàn)澆柱體、預(yù)制梁和樓板框架結(jié)構(gòu)的施工:1)先進(jìn)行澆柱，后吊裝預(yù)制的梁、板;2)先吊裝預(yù)制的梁，后澆柱，最后吊裝板。

4.2 高層建筑大模板施工

內(nèi)澆外掛體系:全部采用的是剪力墻大模板現(xiàn)澆;

內(nèi)澆外砌體系:外墻掛板改為砌磚;內(nèi)墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土;

全現(xiàn)澆體系:主要適合16層以上的高層，對(duì)內(nèi)隔墻，縱橫承重墻都是采用大規(guī)模現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

4.3 高層建筑液壓滑升模板施工

整體性好，質(zhì)量高，抗震能力強(qiáng)[5，6］。

施工工藝:滑一澆一，滑三澆一。

筒體結(jié)構(gòu)的施工方法:

1)施工的特點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)的層很多;工程量很大;垂直運(yùn)輸很多，工期也很長(zhǎng)，需要考慮冬雨季施工。2)提模施工:是高層建筑現(xiàn)澆筒體結(jié)構(gòu)的一種施工方法，運(yùn)用升降機(jī)來提升墻、柱以及梁的模板，由第一層到頂層，等整個(gè)結(jié)構(gòu)工程完成后，才能夠移除模板。

臺(tái)模:又稱為桌模、飛模，是一種由臺(tái)板、梁、支架、支撐、調(diào)節(jié)支腿及配件組成的工具式模板。實(shí)現(xiàn)一次組裝、整體就位、整體拆除和整體吊升。

工作原理:利用起重機(jī)械從已澆筑完的樓層中吊運(yùn)至上層重復(fù)使用，中途不落地。

適用于高層建筑大柱網(wǎng)、大空間的現(xiàn)澆混凝土框架、框—剪，特別適合于無柱帽的無梁樓蓋結(jié)構(gòu)工程施工。

5 高層建筑施工的安全技術(shù)

1)高層建筑腳手架的搭設(shè)和拆除:支撐牢固;設(shè)安全網(wǎng)、防護(hù)板等。

2)高層建筑施工的防雷保護(hù)措施:做好接地;裝避雷針等。

3)高層建筑施工其他安全措施:四口(樓梯口、電梯口、垃圾口、預(yù)留洞口)設(shè)蓋板;五臨邊(陽臺(tái)邊、屋面周邊、井架側(cè)邊、樓層周邊、斜道側(cè)邊)設(shè)雙層圍欄或設(shè)安全網(wǎng)。另要防電、消防安全等。

[1]GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[2]豐定國，王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2006.

[3]楊鵬宇.鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接施工[J］.山西建筑，2006，32(16):140-141.

[4]郝燕春.大型鋼網(wǎng)架安裝技術(shù)[J］.山西建筑，2007，33(10):195-196.

[5]魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)[M］.武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[6]沈祖炎.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.