中国高层建筑转换层施工技术现状研究

任丽

中国目前的钢筋混凝土高层建筑一般在二十至五十层之间，其中尤以二十至三十五层居多。中国国内已建成的这个高度范围内的高层建筑占全部高层钢筋混凝土建筑的80%左右，可见这个高度范围内的高层建筑是与中国城市的经济发展和需求水平相适应的，因而应用最多。在建筑功能的要求上，高层建筑中很少是功能单一的住宅、写字楼或宾馆，高层钢筋混凝土建筑多是地下部分是停车场，地上1一7层左右为商场、娱乐场所等，上部小开间的使用部分可以设置住宅、宾馆、或办公室。有统计表明，高层建筑中有转换层结构的占80%左右。带转换层的高层建筑转换层部分，由于梁、柱或板的尺寸较大，所以从模板的支撑系统，钢筋的绑扎、钢析架的安装或预应力的张拉顺序，大体积混凝土的浇注等方面在施工技术要求上都有极为严格的限制。在某种程度上可以说，转换层施工是高层建筑的瓶颈，如果说一幢高层建筑在支撑系统选择，钢筋绑扎，混凝土浇注，预应力张拉，机械设备的选择等方面做到方案科学，现场施工组织合理，定会带来良好的经济效益和社会效益。

五六十年代，前苏联、东欧一些学者提出了柔性底层房屋的方案，也就是上层全部为剪力墙，下部为框架的结构体系，并认为柔性底层有利于隔震，提高整座建筑物的抗震能力，因而兴建了不少这样的房屋，这也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。从70年代中期，国内开始尝试使用底层大开间剪力墙结构（即梁式转换层）到现在短短的二十几年的时间里，梁式转换层的应用和发展很快。目前，在高层建筑转换层结构中，梁式转换层的应用最为广泛，约占70%左右，从结构传力方式上看，梁式转换层具有传力直接、明确的优点。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单的优点，结构设计也相对容易，因此工程实践应用较多。近年来东南大学以丁大钧教授为首的科研团队结合实际工程对具有转换层结构的构件进行了静力试验、拟动力实验和振动台试验研究，得出了很多有益的建议，为实际工程设计和施工提供了科学的依据。

在施工技术方面，目前转换层施工的方法也是多种多样，但是能真正根据转换层结构的工程特点进行科学施工的却不多。转换层施工中现在采用的结构形式很多，比如有梁式、板式、空腹析架、斜柱式等：所采用的材料有钢筋混凝土、预应力混凝土、型钢混凝土等；模板支撑体系也是千变万化，有落地支撑法、叠合梁原理支撑法、吊模支撑法、荷载传递法等。那么针对具体的工程而言，能做到根据工程的具体特点，编制出根据工程具体特点的施工方案，必须打破设计、施工相分离的传统。河南省金融广场、河南省人民医院高层商住楼是结构形式相似的两个工程，前者采用的是叠合梁原理施工法，而后者采用的是落地支撑法，就综合效益而言，前者比后者节约近100万元。对于超大型构件来说施工技术水平的高低显得尤其重要。文献检索发现，关于转换层施工技术的方面论文200多篇，其中表1一1中是本文重点调查的60篇，这些论文中大多是针对自己施工中施工，。

高层建筑的发展，为施工技术的进步提供了广阔的天地，而施工技术的进步，又是确保高层建筑能够顺利发展的重要条件，高层建筑并非是低、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，并从设计上进行了各种技术处理。高层建筑转换层结构构件作为这种技术处理的体现，由于其构件体形庞大，这样势必给高层建筑施工带来一系列新的问题，增加了施工的难度，因此要求施工能适应这些要求，采用相应的技术手段，以满足带转换层建造高层建筑的需要。由于转换层形式多样，施工方法也千差万别，但统计表明，梁式、板式转换层占所有转换层结构的90%以上，且其它形式转换层结构施工方法也可以利用梁式、板式转换层的施工原理来处理，所以本文重点对梁式、板式转换层的施工方法进行研究。转换层施工难度都特别大，成为约束高层建筑施工的瓶胫。如何经济、安全、又能保证质量的情况完成既定的施工任务，是本文所要研究的课题。具体地，本文重点研究以下问题：

1.转换构件本身的用钢量偏大，钢筋的绑扎或型钢构件的安装难度大。本文研究转换层结构的钢筋工程和型钢构件的安装工艺，给出工艺流程图，以期形成优化的标准工艺；

2.在型钢混凝土转换构件中，由于型钢安装工序复杂，比较容易出现质量问题，本文重点对型钢安装中出现的问题进行研究、总结和论证，并对设计和施工提出建议。

3.转换层大体积混凝土施工，对混凝土的配制、浇筑、养护、温度控制、裂缝预防和控制都有较高的要求。本文给出相关的计算方法和控制措施；

4.在高层建筑中，转换层的结构构件复杂，不管是梁式转换、还是板式转换，转换构件本身自重都很大。本文重点论述模板支撑系统的设计和施工；

5.型钢混凝土因刚度较好，非常适合吊模法施工，本文结合工程实例对吊模法施工工艺进行深入研究，以期形成标准工艺进行推广；

6.对同一幢建筑工程，可以采用不同的方案进行施工，如何对施工方案进行科学决策。本文详细介绍方案评判时的决策分析方法。

在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接贯通落地时，应设置结构转换层，在结构转换层布置转换构件。转换结构构件可采用梁、析架、空腹析架、箱形结构、形柱式等；非抗震设计和6度抗震设计时转换构件可采用厚板，7-8度抗震设计的地下室转换构件可采用厚板。这种因建筑功能需要，下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连接贯通而通过水平转换构件与下部部分竖向构件连接，构成的高层建筑结构为带转换层的高层建筑结构。

不同的名称，在英、美等西方国家将这种结构叫做混凝土包钢结构（SteelneacesdConcrete）；在日本称为钢骨混凝土结构；在前苏联称为是劲性钢筋混凝土结构；我国过去也采用劲性钢筋混凝土这个名称，在本文且称为型钢混凝土。型钢混凝土组合结构在日本应用最为广泛，从1964年以后开始用于超高建筑的转换结构构件中，转换构件采用型钢混凝土结构的高层建筑占日本高层建筑的50%以上。我国从80年代开始在高层建筑转换层中应用型钢混凝土结构构件，由于民用建筑朝着高层的方向发展，相应转换层结构中转换构件承托层数也增多；同时，建筑上对层高及空间的种种要求和限制，使得转换層工程应用中型钢混凝土这种结构形式的引入势在必行。转换层结构中使用型钢混凝土结构构件主要有如下优点：

1.型钢混凝土中型钢不受含钢率的限制，型钢混凝土构件的承载力可以高于同样外形钢筋混凝土构件的承载力的两倍以上，因而可以减少构件截面。对于高层建筑转换层构件截面减小，可以增加使用面积和层高，经济效益很大。

2.型钢在混凝土浇筑之前己形成钢结构，具有较大的承载能力，能承受构件自重和施工荷载，可将模板悬挂在型钢上，模板不设支撑，简化支模，加快施工速度。在高层建筑转换层施工中，型钢混凝土不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层，可缩短工期。由于下部没有临时支撑，为设备安装提供可能。

3.型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，因而此种结构有良好的抗震性能。1923年日本关中大地震中，这种结构性能表现良好。所以型钢混凝土结构在日本的高层建筑转换结构中得到广泛的应用不是偶然的。

4，型钢混凝土组合结构在耐久性、耐火等方面均胜一筹，在高层建筑中转换层作为防火的隔离层采用型钢混凝土结构是非常理想的。此外，型钢混凝土混凝土外壳可以和钢结构共同受力，型钢混凝土结构较钢结构相比可节约钢材50%。

型钢混凝土构件是在转换层混凝土结构中主要配置型钢，也要配置构造钢筋及少量受力钢筋。配钢的形式主要有实腹式和空腹式两大类。实腹式主要有工字钢、槽钢及H型钢等。空腹式配钢是由角钢构成的空间析架式的骨架。梁柱节点是保证结构承载力和刚度的重要部位，当框架柱为配实腹工字钢H（型钢）时，柱贯穿节点上下，梁在柱两侧断开，梁和柱翼缘用焊接或螺栓连接。当为焊接时，应保证焊接质量，符合钢结构规范的规定。当为螺栓连接时，应考虑螺栓孔对型钢削弱的影响。