高層鋼－混凝土混合結構施工工藝探討

王 波，李增國

(1.青島市膠州建設集團有限公司，山東青島266100;2.青島理工大學，山東青島266033)

鋼－混凝土組合結構是一種新型的結構形式。隨著對該類結構研究的逐步深入，鋼－混凝土組合結構逐漸被應用于各類工業與民用建筑和橋梁、碼頭等土木工程中，成為多層和高層建筑優先選用的結構形式之一，特別在抗震設防等級較高的地區比常用的鋼筋混凝土結構和鋼結構更具優勢。鑒于這種趨勢，對于高層鋼－混凝土混合結構住宅體系的主體施工工藝流程的研究就越來越重要。

1 工程概況

青島某項目總占地面積約為15 319.4 m2，由四棟高層鋼－混凝土混合結構住宅構成組團居住區，其中兩棟為18層，一棟為22層，一棟為10層。總建筑面積約為51 885 m2，其中地上建筑面積為38 700 m2，地下建筑面積為13 185 m2(含夾層面積)。

本項目的四棟住宅樓均采用鋼框架—混凝土剪力墻混合結構體系，其中鋼框架部分是圓鋼管混凝土柱、H型鋼梁;樓梯間、電梯間采用鋼筋混凝土剪力墻，形成主要的抗側力結構。

2 本工程施工工藝的產生

本項目工程的特點:(1)高層鋼－混凝土混合結構住宅核心筒洞口較多，形狀不規則，且核心筒所占比例較少，采用滑模或爬模施工工藝時，一是難度較大，二是經濟性稍差;(2)設計單位要求施工過程中樓板與核心筒混凝土同時澆筑，樓板與核心筒之間不設施工縫;(3)交叉作業多。核心筒先施工時存在核心筒提前施工與鋼框架安裝交叉作業、鋼框架安裝與混凝土結構施工交叉作業。如采用鋼框架安裝先于混凝土核心筒施工工藝，則可以避免核心筒提前施工與鋼結構安裝交叉作業，僅存在鋼結構安裝與混凝土結構施工交叉作業。

鑒于以上的特點，提出了外圍鋼框架先于混凝土核心筒施工的工藝流程(如圖1所示)，即鋼框架先行安裝，核心筒與樓板同時逐層向上施工。

2.1 施工工藝流程

該施工工藝流程是:鋼框架安裝→核心筒、樓板鋼筋模板混凝土→砌筑→裝飾。

圖1 外圍鋼框架安裝先于混凝土核心筒施工工藝示意

2.2 施工工藝方案

(1)鋼框架安裝。與混凝土核心筒先行施工方案相似。

(2)混凝土核心筒施工。模板按照常規做法施工，核心筒混凝土與樓板混凝土一起澆筑。

(3)樓板施工穿插順序。與混凝土核心筒先行施工方案相似。

(4)標準層施工計劃安排。標準層施工每4天一層。

3 本項目施工工藝方案的選擇

實際上，影響高層鋼－混凝土混合結構住宅施工工藝方案選擇的主要因素不僅僅是上面兩項，還有施工可行性的問題。

采用核心筒先行的施工方案，它的最大優點是解決了施工過程中的施工通道問題，而且核心筒可以作為塔吊水平支撐構件。而外圍鋼框架先行的施工方案恰恰是要另外搭設施工通道，而且塔吊只能附著在鋼柱上，也就是說塔吊水平作用力是通過鋼框架傳遞的，而鋼框架的抗側移剛度是比較小的，這樣在塔吊水平力作用下，鋼框架的位移及構件內力會較大，有可能不能滿足規范要求。特別是按照《高層民用鋼結構技術規程》第11.6.11條的要求，鋼結構安裝和樓蓋鋼筋混凝土樓板的施工相距不宜超過5層，在通常的施工過程中，塔吊的附著點以下樓層存在著2～5層混凝土樓面未澆筑的情況，這樣鋼框架的受力更為不利。

圖2 2#樓平面

因此，對外圍鋼框架先于混凝土核心筒施工的施工方案，必須進行塔吊的附著安全計算并采用相應的技術措施。我們以本項目2#樓為例進行了計算分析，計算分析分為三種情況:一是鋼框架加設豎向柱間支撐，但鋼管混凝土柱中的混凝土未澆筑;二是鋼框架不加設豎向柱間支撐，但鋼管混凝土柱中的混凝土澆筑;三是鋼框架既加設豎向柱間支撐，鋼管混凝土柱也澆筑混凝土。最終只有第三種情況滿足了施工要求。

下面以本項目2#樓(如圖2所示)為例進行分析說明施工工藝的選擇。

本項目2#樓高22層，一節鋼柱共四層長度為11.6 m。若采用核心筒先行的施工方案，工期可縮短7 d，考慮到工期縮短可以節省施工管理費、模板租賃費及財務費用，如果以每天5000元計，那么，可節省的費用是:7×0.5=3.5萬元。另外，該方案相比鋼框架先行的施工方案，可以不設置柱間支撐和施工通道，此項費用可節省4萬元，但核心筒施工的費用要增加10萬元，則該方案增加的總的費用是:10－7×0.5－4=2.5萬元

另外，設計單位要求施工過程中樓板與核心筒混凝土同時澆筑，樓板與核心筒之間不設施工縫。綜合考慮以上因素，本項目谷2#樓最終選擇了外圍鋼框架先于混凝土核心筒施工工藝。

4 小結

通過前面的分析，可以看出，外圍鋼框架安裝先行的施工工藝，并不是對所有高層鋼－混凝土混合結構住宅都適用。

(1)它適用于柱子是鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱的高層鋼－混凝土混合結構住宅，對于純鋼柱不一定適用，因為塔吊附著的問題很難解決。

(2)就是適用建筑層數的問題，隨著建筑層數的增加，外圍鋼框架安裝先行的施工工藝較混凝土核心筒先行的施工工藝施工速度慢。結合高層鋼－混凝土混合結構住宅體系的自身特點以及高層建筑的相關規范和規程，特別是《高層民用建筑設計防火規范》GB50045－95(2005年版)提出的十八層以上的高層建筑，須設防煙樓梯間，而高層鋼－混凝土混合結構住宅體系的防煙樓梯間大部分是通過剪刀梯實現的，這要使核心筒的面積及混凝土用量都要加大，樓梯間的平面形狀也要相對規則，考慮到建設方對工期的要求及前面的分析，建議外圍鋼框架安裝先行的施工工藝適用于十八層以下(含十八層)鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱的高層鋼－混凝土混合結構住宅體系。

［1］鐘善桐.高層鋼－混凝土組合結構［M］.廣州:華南理工大學出版社，2003

［2］張耀春.鋼結構設計［M］.北京:高等教育出版社，2007

［3］范興國.高層鋼結構建筑設計資料集［M］.北京:機械工業出版社，1999

［4］劉大海.高樓鋼結構設計(鋼結構、鋼－混凝土混合結構)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003

［5］徐占發.鋼結構與組合結構［M］.北京:人民交通出版社，2002

［6］李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例［M］.北京:中國建筑工業出版社，2004

［7］沈祖炎.鋼結構學［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005

［8］JGJ 99－98高層民用建筑鋼結構技術規程［S］

［9］GB 50205－2001鋼結構工程施工質量驗收規范［S］

［10］李國強，張浩.上海地區高層建筑采用鋼結構與混凝土結構的綜合經濟比較分析［J］.建筑結構學報，2000(4)