高層建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

郭 鑫

隨著城市人口越來越多，住房緊張問題日益嚴(yán)重[1]。與普通建筑相比，高層建筑不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且施工難度大[2]。為提升高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，需要采用更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)。

1 工程概況

以某高層建筑工程為研究對象，該高層的總建筑面積為250000 m2，包含塔樓1 和塔樓2，高度分別是220 m與190 m。2 座塔樓的框架完全相同，均屬于包含懸掛層的支撐框架。該建筑工程的鋼材總用量是5.5 萬t，使用的鋼材類型分別是Q235B 型、Q345CJC 型與Q420CJC 型。該建筑工程的設(shè)防烈度是8 度，2 座塔樓在中間層均設(shè)置了伸臂桁架與環(huán)桁架，將其作為加強(qiáng)層，提升建筑工程的抗震功能與抗風(fēng)功能。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)

高層建筑結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵施工技術(shù)分別是測量技術(shù)、地基處理、鋼筋工程施工技術(shù)、混凝土施工技術(shù)。

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)測量技術(shù)

高層建筑結(jié)構(gòu)施工中，測量工作屬于一項較為重要的工作，也是進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)施工的基礎(chǔ)[3]。應(yīng)用測量技術(shù)可獲取高層建筑結(jié)構(gòu)施工時的各種數(shù)據(jù)，為高層建筑結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行提供參考數(shù)據(jù)。測量精度主要受以下3 方面因素的影響：

1）選取高精度測量設(shè)備，確保高層建筑結(jié)構(gòu)測量精度符合施工需求。高層建筑結(jié)構(gòu)測量過程中，需要反復(fù)測量各個位置的數(shù)據(jù)，確保測量數(shù)據(jù)的精度[4]。

2）提升垂直測量技術(shù)的重視程度。垂直測量技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中非常重要，其測量精度直接影響高層建筑結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定性[5]。提升垂直測量精度，不僅能夠提升高層建筑施工質(zhì)量，還能確保高層建筑結(jié)構(gòu)符合施工需求。

3）確定標(biāo)準(zhǔn)位置。合理確定標(biāo)準(zhǔn)位置后，對該位置進(jìn)行反復(fù)測量，獲取精準(zhǔn)的位置信息，可確保高層建筑結(jié)構(gòu)的整體性符合建設(shè)需求[6]。

2.2 建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)

施工單位要科學(xué)布置平面布局，保證質(zhì)量分布的均勻性，提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。同時，要合理計算高層建筑結(jié)構(gòu)的各種數(shù)據(jù)，并據(jù)此選擇計算簡圖和計算模型，提升計算數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，為后續(xù)施工提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。設(shè)計建筑整體結(jié)構(gòu)時，要基于具體施工的調(diào)整變化進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)變形和倒塌等問題，全面提升荷載承受力。另外，應(yīng)合理選擇建筑結(jié)構(gòu)形式，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 模板施工技術(shù)

安裝支撐架時，要保證支架間距離、第一排模板和跨邊的距離、梁板和樓板的間距等的精準(zhǔn)性和合理性，以保證建筑結(jié)構(gòu)的均衡荷載。同時，在支設(shè)模板的過程中，要在梁根部位預(yù)設(shè)清理孔洞，便于后續(xù)清除雜質(zhì)和廢料。模板施工時要保證表面整潔、無破損，認(rèn)真加固模板與模板之間的部位，并逐一檢測，一項施工內(nèi)容合格后方可開展下一項施工。支設(shè)模板完成后，要做好澆筑和拆除模板工作，保證模板的濕潤度，然后開展振搗和澆筑施工，待混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，按要求拆除模板。具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 大模板組成構(gòu)造示意圖（來源：作者自繪）

2.4 鋼筋工程施工技術(shù)

鋼筋工程施工技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中也較為重要，其中鋼筋吊裝與焊接施工最關(guān)鍵。吊裝型鋼柱前，應(yīng)先檢查型鋼柱的標(biāo)高、定位與基準(zhǔn)軸線，再校核型鋼柱連接板的大小與吊裝位置等重要信息，保證全部指標(biāo)均和建筑設(shè)計指標(biāo)一致。

當(dāng)型鋼柱的全部指標(biāo)與建筑設(shè)計指標(biāo)一致時，在型鋼柱的兩端標(biāo)記中心線位置，并在下端畫上標(biāo)高線。校正型鋼柱吊裝位置時，需測量鋼墊板頂端標(biāo)高，確保其頂端標(biāo)高符合建筑設(shè)計需求后，才可吊裝型鋼柱至指定位置。如果鋼墊板頂端標(biāo)高不符合建筑設(shè)計需求，需要及時替換鋼墊板，提升型鋼柱吊裝精度。

型鋼柱吊裝施工前，利用水準(zhǔn)儀測量全部型鋼柱，令其標(biāo)高線均位于同一直線上。吊裝時，型鋼柱要與基礎(chǔ)平面的中心線重合。針對鋼型柱垂直方向的中心線，需將垂度與全高偏差控制在指定范圍內(nèi)，并測量各型鋼柱中心線間距，降低中心線定位偏差，確保型鋼柱中心線符合建筑施工需求，提升型鋼柱吊裝施工質(zhì)量。

因為型鋼柱吊裝施工需要在空中完成，所以需要提升操作平臺的穩(wěn)定性。通過經(jīng)緯儀調(diào)整操作平臺的垂直度，確保操作平臺和型鋼柱標(biāo)高線處于同一水平線上。型鋼柱吊裝至指定位置后，通過焊接方式將其固定，采用氣割方式去掉多余鋼筋，并磨平接口。型鋼柱吊裝施工的偏差標(biāo)準(zhǔn)詳見表1 所示。

表1 型鋼柱吊裝施工偏差標(biāo)準(zhǔn)

型鋼梁吊裝施工前，需利用扶手繩固定型鋼梁，避免型鋼梁誤傷施工人員。吊裝時，需依據(jù)型鋼梁的實際跨度，確認(rèn)吊裝位置。型鋼梁的吊裝位置通常處于梁上端翼緣板處。

鋼筋焊接施工技術(shù)需要重點(diǎn)關(guān)注以下3 點(diǎn)：

1）保障鋼筋焊接質(zhì)量。焊接過程中，全部鋼筋焊縫表面需確保無裂縫或焊瘤。焊接結(jié)束后，需檢查全部焊縫，確保每條焊縫質(zhì)量均符合建筑施工要求。

2）焊接順序。焊接方式有2 種，分別是向上焊接與平面焊接。向上焊接需對高層建筑框架梁進(jìn)行一次焊接工作，并支托壓型鋼板，再對下層框架梁進(jìn)行焊接工作，并支托玉型鋼板，然后檢查焊縫是否符合建筑施工要求。

3）焊接施工技術(shù)。因為鋼板是雙曲面結(jié)構(gòu)，且包含大量斜柱和斜撐，所以其焊接難度較高。為此，利用二氧化碳?xì)怏w維護(hù)半自動式的焊接方法，提升鋼板焊接質(zhì)量。

2.5 混凝土施工技術(shù)

模板施工過程中，需要聘請專業(yè)的工作人員觀察高層建筑結(jié)構(gòu)的施工環(huán)境，并根據(jù)觀察結(jié)果合理修正模板技術(shù)，提升模板施工效果。

混凝土施工技術(shù)主要包含3 方面，分別是科學(xué)配制、合理澆筑、養(yǎng)護(hù)。

1）科學(xué)配制。加入少量粉煤灰，降低水泥用量，可緩解水泥水化熱問題；加入少量緩凝減水劑，可增加混凝土初凝時間，延緩水泥水化熱達(dá)到最大值的時間，提升混凝土的抗裂強(qiáng)度；加入少量膨脹劑，可提升混凝土的預(yù)壓應(yīng)力，降低其收縮過程中形成的拉應(yīng)力，提升其抗裂性能。

2）合理澆筑。采用分層形式澆筑混凝土，根據(jù)混凝土的流淌速度確定分層情況，按照順序連續(xù)推移澆筑混凝土，保證每層混凝土未初凝時，便已開始澆筑上層混凝土。兩層澆筑時間間隔需低于混凝土初凝時間，防止施工過程中出現(xiàn)冷縫問題。一次性澆筑面需低于3.5 m，澆筑層數(shù)為5 層，澆筑過程中需要控制好每層的厚度。

3）通過貯水蓄熱保溫保濕養(yǎng)護(hù)方式，養(yǎng)護(hù)澆筑后的混凝土，具體的養(yǎng)護(hù)步驟如下：第1，混凝土凝固后，在其表面搭建貯水池，并在貯水池內(nèi)加入水。第2，利用塑料薄膜封住貯水池，避免水分蒸發(fā)，避免外界環(huán)境影響貯水池的水溫。應(yīng)用該養(yǎng)護(hù)方式可避免混凝土出現(xiàn)裂縫，提升高層建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用效果分析

利用ABAQUS 有限元軟件建立應(yīng)用該施工技術(shù)竣工后的高層建筑有限元模型，分析地震波作用下該高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震安裝性能，驗證該施工技術(shù)的施工效果。利用ABAQUS 有限元軟件建立應(yīng)用該施工技術(shù)竣工后的高層建筑結(jié)構(gòu)有限元模型，并劃分單元網(wǎng)絡(luò)，單元網(wǎng)格大小為1 m。

為分析高層建筑結(jié)構(gòu)施工時荷載隨結(jié)構(gòu)高度的變化情況，利用ABAQUS 有限元軟件內(nèi)的生死單元功能，分析該施工技術(shù)的應(yīng)用效果。生死單元是利用單元的生與死計算區(qū)域時變，就是以調(diào)整單元剛度矩陣的方式，仿真分析施工過程中構(gòu)件的安裝與拆除。具體分析步驟如下：第1，建立高層建筑結(jié)構(gòu)有限元模型，殺死全部單元，令高層建筑結(jié)構(gòu)處于零狀態(tài)；第2，依據(jù)施工順序激活對應(yīng)階段的單元，并施加對應(yīng)的荷載，便可模擬施工過程建筑結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化情況。

按照文中設(shè)計的施工技術(shù)，將該高層建筑結(jié)構(gòu)施工過程分成11 個施工步驟，如表2 所示。

表2 高層建筑結(jié)構(gòu)施工步驟劃分結(jié)果

在有限元模型內(nèi)輸入一條加速度峰值是241.5 cm/s2的地震波，地震反應(yīng)過程中，高層建筑結(jié)構(gòu)的最大基底剪力F的計算公式為：

式中：q為地震影響系數(shù)；H為水平方向的最大基底剪力。

4 實驗分析

分析應(yīng)用本文施工技術(shù)前后，該高層建筑結(jié)構(gòu)在地震波作用下，各施工步驟的最大基底剪力情況，其數(shù)值越小，說明高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能越好，分析結(jié)果如表3 所示。根據(jù)表3 可知，應(yīng)用本文施工技術(shù)后的平均最大基底剪力為8040.65 kN，應(yīng)用本文施工技術(shù)前的平均最大基底剪力為14703.82 kN；應(yīng)用本文施工技術(shù)后的平均最大基底剪力，相比應(yīng)用本文施工技術(shù)前的平均最大基底剪力下降了6663.18 kN。實驗結(jié)果表明，應(yīng)用本文施工技術(shù)后，可明顯降低高層建筑結(jié)構(gòu)的最大基底剪力，提升其抗震性能。

表3 各施工步驟最大基底剪力的變化情況

5 結(jié)語

當(dāng)前國家對建筑工程的施工標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)嚴(yán)格，為滿足高層建筑施工工作的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時提升高層建筑施工質(zhì)量，本文主要分析了測量技術(shù)與混凝土施工技術(shù)等的關(guān)鍵施工技術(shù)。經(jīng)過實驗驗證可知，應(yīng)用本文施工技術(shù)后，可明顯降低高層建筑結(jié)構(gòu)的最大基底剪力，平均最大基底剪力下降了6663.18 kN，即應(yīng)用本文施工技術(shù)后，可提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。