高层施工技术 绪论

绪论高层建筑的定义在不同的国家和地区、不同的时间有所不同，1987年我国《民用建筑设计通则》(JGJ37—1987)规定，高层建筑是指10层以上的住宅及总高度超过24m的公共建筑及综合建筑。1909年美国开始建造50层(213m高)的高层建筑。1934年建成的上海国际饭店(24层，高82.5m)是解放前我国最高建筑；建国后，国内高层建筑逐渐增高，如深圳帝王大厦(81层，高325m)、上海金茂大厦(88层，高421m)。城市工业和商业的发展，城市人口的猛增，建设用地的紧张，促使建筑向高空发展。高层建筑的建成，依靠结构、材料、施工、机具、组织管理等方面的技术(包括理论和经验两个相互影响的方面)。20世纪70年代以前，建造高层建筑，一般都离不开放坡挖深基坑、散支散拆木模板和手工砌砖、抹灰等笨重的体力劳动，建设速度也慢。以下主要针对高层建筑施工技术水平的提高情况加以介绍。0.1基础工程施工技术的发展桩基技术——尤其混凝土灌注桩，能适用于任何土层、承载力大、施工对环境影响小，因而发展最快，目前已形成挤土、部分挤土和非挤土三类、数十种桩和成桩工艺，最大直径达3m，最深达l00m左右。桩基承载力的检验，已开发应用了动态测试技术。目前基础埋深超过15m的已很普遍，其中中国大剧院工程基础最深达41m。支护技术有了很大的发展，其方法也较多，可根据土质、深度和周围环境选用。常用的挡土结构有灌注桩、钢板桩、土钉支护及地下连续墙等，常用的支撑结构分坑外支撑(主要为土层锚杆)、坑内支撑。土层锚杆技术不但可用于较好的土层，也已成功地用于含水量饱和的淤泥质软黏土中。我国对支护结构计算方法、施工机械和施工工艺均进行了研究和开发，取得了较显著的效果。例如北京京城大厦23.76m的深基坑，采用H型钢板桩、3道预应力土层锚杆，比日方提出的设5道土层锚杆，节约工程费用约1/3。支护结构与地下结构工程结合、地下连续墙与逆作法联合应用，效果显著，这方面亦已取得初步经验。在深基坑施工降低地下水位方面，对于因降水而引起附近地面严重沉降的问题，也研究了防止措施。高层建筑箱基、筏基的底板、深梁等大体积混凝土，极易产生危及结构安全的裂缝。上海市制定了基础大体积混凝土工法，1994年经国家建设部审定为国家级工法。0.2模板工程施工技术的进步20世纪70年代末研制开发的组合小钢模，在一段时间内成为使用面积最广的一种模高层建筑施工·2··2·板。其优点是模板成本较低，周转次数多，使用灵活方便；缺点是模板拼缝较多，给装修带来极大困难，在结构表面往往要刮多道腻子，既费工又拖延工期。对于组合小钢模需要的及时维修，国内生产了不少修理组合小钢模的专用设备；租赁体制对组合小钢模的使用与管理，也起到很大的促进作用。到20世纪90年代后期，小钢模用量已开始逐年下降。20世纪70年代中期研制开发的全钢大模板，用4～6mm厚钢板作面板，8号槽钢作龙骨，焊接而成。其优点是模板整体刚度好，不易损坏，浇筑成的墙面平整；缺点是自重和用钢量大，使用不灵活，且不能实现“一模多用”。组合小钢模拼制成大模板，用脚手架钢管作骨架，其优点是投资少、成本低；缺点是整体刚度差、板面拼缝多、给墙面装修带来极大困难等。钢框木(竹)胶合板组合模板(板宽60～120cm，长度150～240cm)、无框木(竹)胶合板模板的优点是适应性强，可以实现“一模多用”，从而避免了模板的停滞积压；另外，浇筑的墙面所出现的少量板缝，经用手提打磨机打磨后，墙面可不再抹灰，克服了用小钢模拼制的大模板施工所带来的缺点。20世纪90年代后期为克服这类模板刚度差，面板容易坏等弊病，又出现了全钢中型组合模板，很受欢迎。曾用于高耸构筑物施工的滑动模板工艺，移植到高层房屋建筑施工，可用于剪力墙、框架和筒体结构施工。爬模工艺20世纪70年代末在上海开始用于外墙和电梯井筒施工，目前已发展到内外墙模板同时爬升。其特点是既具有大模板一次能浇筑一个楼层墙体混凝土的长处，又具有滑动模板可以随楼层升高而连续爬升，不需要每层拆卸和拼装模板的特点。上海88层的金茂大厦的核心筒体就是采用这种工艺，最快达到2天1层。20世纪80年代中期，在滑动模板工艺的基础上，又派生出滑框倒模工艺。另外，将现浇墙体的大模板与浇筑楼板的模板结合在一起，组合对拼成整间的半隧道模，亦在个别工程中得到尝试。其他尚有板柱结构体系施工的台模(又称飞模)、大跨度密肋楼盖施工的塑料和玻璃钢模壳、圆形柱子施工的半圆形定型钢模和玻璃钢圆柱模板、剪力墙清水混凝土施工的铸铝模板、楼板模板免拆施工的混凝土薄板(50～80mm厚)或压型钢板永久性模板。早拆支撑体系的特点是可以提高楼板模板的周转率，减少模板的投入量。划分小流水段和多划流水段、少配模板的组织办法，可以加快模板的周转。0.3粗钢筋连接方法的突破传统的帮条焊、搭接焊，工艺复杂，接头施焊时间较长，给混凝土浇筑也带来很大的难度。20世纪80年代初期，研制发展了电渣压力焊、气压焊等新工艺；但气压焊推广力度不大，较少使用。20世纪80年代中期又出现了径向套筒挤压连接和轴向套筒挤压连接等机械接头，虽然机械接头的成本比电渣压力焊(每个接头4～5元)、气压焊(每个接头7～8元)要高，但它的工艺简单，效率高，易保证质量，节约能源，且无明火作业，故应用较广。到了20世纪80年代末期北京建筑工程研究院又成功研制了锥螺纹接头，单价低于挤压接头，工效高，接头施工可以不占工期，深受施工单位欢迎；但是这种接头在拉伸试验中不能达到钢筋母材的抗拉强度，只达到钢筋母材的1.35倍的屈服强度，因此设计单位不太愿绪论·3··3·意使用，后来经研究锥度由1∶5改为1∶10，基本上能达到接头与母材等强度。为了增加其安全度，到了20世纪90年代后期又出现了镦粗锥螺纹接头和镦粗直螺纹接头，其接头强度均超过了钢筋母材。为简化钢筋镦粗和丝扣的加工工艺，1999年又研制了等强滚压直螺纹接头，这种接头不仅工艺简单，工效高，性能稳定，其价格一般大于电渣压力焊，低于套筒冷挤压接头，是值得推荐使用的一种接头。此外，在钢筋混凝土剪力墙结构大模板施工中，还使用了点焊网片，它可以节约钢材，减少钢筋绑扎时间，加快施工速度。0.4混凝土工程施工技术的发展预拌混凝土可以避免出现施工现场砂石堆放困难、混凝土搅拌噪声大、混凝土强度不稳定等问题。预拌混凝土搅拌站，装备成套的运送设备，如搅拌车、混凝土输送泵、布料泵车等，从而使混凝土施工的机械化水平有了迅速提高。泵送混凝土可实现浇注强度1000m3/h。混凝土外加剂已成为现代混凝土材料和技术中不可缺少的部分。在高层建筑的大体积基础混凝土中，已广泛使用了缓凝剂；在高层建筑混凝土结构施工中，已广泛采用了各种高效减水剂配制高强混凝土和高流动性混凝土；此外还有防冻早强剂和缓凝早强剂等，对改进混凝土工艺和性能，都起到了明显的作用。目前，我国外加剂的品种比较齐全。进入20世纪90年代，我国高强、高性能混凝土发展很快。高强混凝土已达C70和C80。高性能混凝土(HighPerformanceConcrete，HPC)，以耐久性为基本要求，强化某些性能的混凝土，如补偿收缩混凝土、自密实免振混凝土等，实现高工作度、高体积稳定性和高抗渗性。但高性能混凝土还有待在实践中进一步完善、总结，逐步实现规范化。大模板工艺的“内浇外预”，预制外墙板装饰混凝土有花纹、线条或有面砖；在北方地区可以结构、保温、装饰三合一，即混凝土岩棉(或其他保温材料)复合外墙板，并可承重，厚18～25cm，其保温性能均优于49cm厚砖墙。大模板表面铺贴花饰图案衬模，亦可一次浇筑出带有装饰线条的混凝土墙体，只需表面涂刷外墙涂料即可。从1982年开始，大模板全现浇工艺避免了预制构件吨位对起重设备的高要求，也解决了预制外墙板板缝防水的问题。0.5高效钢筋和现代化预应力技术的应用为解决配筋稠密、钢筋用量大、造价高的问题，研制开发了400MPa的新Ⅲ级钢筋，比原来370MPa的Ⅲ级钢筋性能优良。另外，引进生产了20世纪70年代国外发展起来的新型钢筋——冷轧带肋钢筋，这种钢材强度高、韧性好且锚固性能强，已成为冷拔低碳钢丝和热轧光圆钢筋的代换品。在现代预应力混凝土技术方面，高强度低松弛钢绞线的强度已达到国际先进水平(1860MPa)。大吨位锚固体系与张拉设备的开发与完善，金属螺旋管(波纹管)留孔技术的开发与无黏结预应力成套技术的形成(包括开发了环向、竖向和超长束预应力工艺)，将我国高层建筑施工·4··4·现代预应力技术从构件推向结构新阶段，应用范围不断扩大。采用预应力混凝土大柱网结构，满足高层建筑下部大空间功能的要求；无粘结预应力平板技术，可比梁板结构降低层高0.2～0.4m，具有显著的经济和社会效益。由于研制开发了环向、竖向和超长束预应力工艺，使预应力混凝土技术用于高耸构筑物成为可能。如高度居世界第三、第四、第五位的上海东方明珠电视塔(高450m)、天津电视塔(高415.2m)和北京中央电视塔(高405m)，均采用了上述技术。采用预应力技术建造整体装配式板柱结构(简称IMS体系)，已用于北京建筑设计研究院科研楼和北京工业大学基础楼(均为12层)以及成都珠峰宾馆(15层)。近几年，我国预应力技术在特大跨度钢结构建筑中(如北京西站45m跨钢桁架门楼)，对节约钢材和提高结构刚度，均发挥了重要作用。0.6脚手架技术的进步从竹木脚手架和钢管脚手架并存转变为以钢管脚手架为主，并出现包括扣件式、门架式、碗扣式等的多种新型脚手架；特别是爬架，由于它能沿着建筑物攀升和下降，不受建筑物高度的限制，即可用于结构施工，又可用于外装饰作业。脚手架的功能多样化，脚手架的搭设、安装和设计计算也逐步趋向规范化。0.7装饰工程施工技术水平的提高装饰材料及对应的施工技术翻新很快，包括花岗岩、大理石、釉面砖、变色釉面砖、大型瓷砖、玻璃锦砖、彩色玻璃面砖、不透明饰面玻璃、玻璃大理石、装饰铝板、不锈钢板、彩色压型钢板、多层树脂采光壁板、耐擦洗耐水涂料、复层花饰涂料(含地面涂料)、塑料地板、塑料壁纸墙布、塑料装饰板以及钙塑板、铝塑吊顶装饰板、各种用途的胶黏剂(用于瓷砖、大理石、塑料地板、塑料壁纸等，不含甲醛)、轻钢龙骨纸面石膏板隔墙、轻钢龙骨或铝合金龙骨与装饰石膏板以及各类装饰吸声板和铝合金装饰板吊顶(组合形式有明龙骨、暗龙骨和敞开式等)、玻璃或非玻璃透明材料采光屋顶。花岗岩以干挂最理想，可以解决长期存在的石材表面变色问题；且销钉式挂件改为卡片式挂件。外墙面砖由于黏结层配比(有的含胶料)不准确、搅拌不均、粘贴不饱满，会出现剥落现象，可以考虑在以下方向改进：黏结层用胶粉、粘贴工艺严格要求、保证养护期、分格消减热胀冷缩。0.8防水工程施工技术水平的发展高层建筑的屋面、楼层和基础地下室防水工程，从热作业逐步向冷作业发展。在地下水位较深的工程中，广泛采用在混凝土中加UEA等膨胀剂的做法，或在密实自防水混凝土外侧涂刷聚氨酯。从20世纪90年代中期开始，对重要工程的屋面和地下工程都实行多道绪论·5··5·设防的防水措施，包括材料防水、自防水和构造防水等多种做法，大大减少了屋面和地下工程的渗漏现象。高层建筑的屋面和楼层防水材料，近几年发展很快，品种繁多，主要有橡胶改性沥青卷材、高分子防水卷材及防水涂料和嵌缝密封材料等。橡胶改性沥青卷材是以聚酯纤维无纺布为胎体、以热塑性丁苯橡胶(SBS)——沥青为面层；高分子防水卷材品种较多，常用的有三元乙丙——丁基橡胶卷材、氯化聚乙烯——橡胶共混防水卷材、氯化聚乙烯卷材、硫化型橡胶卷材和以氯丁橡胶为主要成分的BX-702橡胶卷材；防水涂料分水乳型和溶剂型两类，常用的有氯丁胶乳沥青防水涂料(水轧型)、聚氨酯涂膜(双组分溶剂型)和丙烯酸涂料等；嵌缝密封材料常用的有双组分聚氨酯弹性密封膏、双组分聚硫橡胶密封膏和由丙烯酸乳液为胶黏剂的丫J―5型水乳型建筑密封膏等。此外还有诸如“永凝液”等渗透性的防水涂料，这类涂料涂在混凝土表面以后，就渗入混凝土内，填充了混凝土中的微小孔隙后，很快形成结晶体堵塞了孔隙，从而起到防水作用，全国从20世纪90年代后期已经开始使用。0.9施工机械化水平的提高