超高層建筑設(shè)計施工技術(shù)要點分析

文/王玉 合肥市建筑質(zhì)量安全監(jiān)督站 安徽合肥 230000

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超高層建筑設(shè)計施工技術(shù)要點分析

文/王玉 合肥市建筑質(zhì)量安全監(jiān)督站 安徽合肥 230000

【摘要】隨著城市化進程的日益深入，高樓大廈構(gòu)筑起一座又一座城。而建筑結(jié)構(gòu)往往追求更高、高大、更齊全的功能配備和更復雜的平立面設(shè)計。本文將對超高層建筑設(shè)計施工技術(shù)要點進行分析。

【關(guān)鍵詞】建設(shè)工程；超高層建筑；設(shè)計要點；施工技術(shù)

1、超高層建筑設(shè)計施工技術(shù)控制的目的

隨著地球總?cè)丝诘牟粩嘣黾樱镔|(zhì)資料和能源需要接受更多的挑戰(zhàn)。為了滿足人們更多的生活和工作需求，建筑物只有向地上部分尋求更多的空間。建設(shè)中的上海中心建筑高度達632米，天津117塔高達600米，深圳平安大廈590米，廣州東塔530米。萬丈高樓拔地起，一個個超高層建筑不斷地刷新人類智慧和科技的高度。而如何讓超高層建筑既滿足受力要求，又盡可能減少耗材耗能，這就是研究超高層建筑設(shè)計施工技術(shù)的目的。

2、超高層建筑設(shè)計施工特點

超高層建筑由于建筑高度高，體量大，是對設(shè)計的挑戰(zhàn)和人類智能的提高。超高層建筑主要有以下特點：

2.1承受較大的風力和水平地震力

風壓高度變化系數(shù)μz,隨著建筑物高度的增大而增大。而建筑物高度和體量的增加，勢必會帶來建筑物自重的增加，進而加大水平地震力作用?？拷ㄖ锏撞康呢Q向受力構(gòu)件要有足夠的剛度來承受水平地震作用。

2.2埋深大

按照正常的受力體系，上部結(jié)構(gòu)越高，基礎(chǔ)埋深越大。一般超高層建筑都有底板厚度大，地下車庫層數(shù)多，地下室防水難，基坑支護復雜的特點。

2.3垂直運輸難度大

高度上的增加，給人和物的運輸都造成困難。涉及到施工上，商品混凝土可能無法一次泵送到位，建筑材料也需要周轉(zhuǎn)。涉及到使用功能，建筑高度高、層數(shù)多，人流高峰時等候時間長。

2.4消防疏散難

由于高度上的制約，一般的消防車無法觸及高處的樓層，就需要增設(shè)空中救援力量和避難層。

2.5耗能大

由于樓層高，各種管線長；體量大，所需電能也多。

2.6給排水難度高

超高層建筑消防和生活用水，一次加壓均無法滿足需求。重力供水和變頻供水在超高層應用時，均有不同的特點。

2.7外立面清洗困難

超高層建筑大多為外立面復雜的幕墻建筑，一般的吊繩擦窗均無法實施（風力過大，且安全性低）。

3、超高層建筑設(shè)計施工技術(shù)要點

3.1鋼骨混凝土柱

由于建筑本身自重大、建筑高度大，從受力體系上單一的受力系統(tǒng)無法滿足需求。目前的超高層建筑大多采用中間核心筒和外框架受力體系，或者群筒體系。這又對受力系統(tǒng)的建筑材料提出了更高的要求，總體來說需要采用輕質(zhì)高強的構(gòu)件。很多框架柱采用鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場采用型鋼（H型鋼和T型鋼等）做柱子的骨架，型鋼翼緣預留或現(xiàn)場鉆孔，將柱子的箍筋穿過孔洞，就此將鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)骨架固定。節(jié)點核心區(qū)采取焊接和高強螺栓連接，現(xiàn)場焊接的焊縫等級應符合設(shè)計要求。澆筑型鋼柱時，應在模板底部側(cè)面事前預留排氣口，以便澆筑核心混凝土時排氣徹底。

3.2鋼結(jié)構(gòu)混凝土組合結(jié)構(gòu)梁

超高層建筑的裙房部分樓板，可采用壓型鋼板混凝土組合結(jié)構(gòu)：將壓型鋼板作為底模和受力結(jié)構(gòu)放置于樓層上，既不用搭設(shè)模板支撐系統(tǒng)，又節(jié)省了人力，縮短了工期。但同時需注意其節(jié)點構(gòu)造復雜，須將分布鋼筋與壓型鋼板焊接，以保證其整體性。

3.3大體積混凝土

超高層建筑常有較厚大的底板，需要注意大體積混凝土的施工。底板大體積混凝土（商品混凝土澆筑體量大，如何確定施工順序，且須保證混凝土連續(xù)澆筑，不可隨意設(shè)置施工縫；體量大混凝土內(nèi)部水化熱大，應控制混凝土入模溫度，控制混凝土內(nèi)部與混凝土表面溫差不超過25度，控制混凝土表面溫度與附近大氣溫度溫差不超過20度；且須注意二次振搗和二次抹平壓光；在12小時內(nèi)即對混凝土表面進行保濕保溫養(yǎng)護，用塑料薄膜和草墊進行覆蓋處理，且至少養(yǎng)護14天。）

3.4混凝土泵送技術(shù)

在較低樓層：超高層建筑混凝土泵送要求高，要使混凝土一次泵送到位，坍落度要求較大，混凝土攤開面要求比較大。同時需要避免因坍落度過大造成離析，或坍落度過小堵塞泵管。在混凝土泵送前，應嚴格檢查甭管的順暢性，否則將有嚴重后果。

樓層較高的部位，可能達到混凝土地泵的運輸極限，還需要用塔吊調(diào)運混凝土，或在較高的樓層上面現(xiàn)場拌制混凝土。無論在施工室外地面拌制混凝土，還是在樓層上拌制混凝土，都要求施工人員嚴格控制配合比（超高層建筑混凝土的強度等級一般也高，質(zhì)量要求高），使之達到設(shè)計強度。

3.5電梯要求高

超高層建筑電梯，應按建筑高度分區(qū)設(shè)置，可分低、中、高三個區(qū)，以更有效利用電梯，同時減少人流高峰時的等候時間。超高層電梯額定載重Re要大，一般有1150KG,1350KG,1600KG幾個規(guī)格。超高層電梯的額定速度也需認真考量設(shè)定，主要由最高服務(wù)層數(shù)fm確定，附之以考慮服務(wù)分區(qū)、經(jīng)濟性和標準分區(qū)。

3.6消防疏散高要求

3.6.1避難層設(shè)置

超高層建筑的消防疏散，沿建筑高度每50米需設(shè)置一個避難層，通向避難層（間）的疏散樓梯應在避難層分隔、同層錯位或上下層斷開。

3.6.2直升機停機坪

超高層建筑宜在屋頂設(shè)置直升機停機坪或供直升機救助的設(shè)施。直升機停機坪應符合下列規(guī)定：設(shè)置在屋頂平臺上時，距離設(shè)備機房、電梯機房、水箱間共用天線等突出物不應小于5米；建筑通向停機坪的出口不應少于2個，每個出口的寬度不宜小于0.9米；四周應設(shè)置航空障礙燈，并應設(shè)置應急照明；在停機坪的適當位置應設(shè)置消火栓。

3.6.3火災自動報警和滅火系統(tǒng)

超高層建筑還應設(shè)置火災自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)，并宜采用自動噴水滅火系統(tǒng)。

3.6.4消防指示燈

超高層建筑內(nèi)應急照明和燈光疏散指示標志的備用電源的連續(xù)供電時間，不應小于1.5小時。

3.6.5樓板耐火極限

超高層建筑的樓板，其耐火極限不應小于2小時。

3.7外墻保溫節(jié)能體系

超高層建筑由于火災風險大，危害大，撲救困難。因而在選擇外墻保溫材料上，就必須要考慮其燃燒性能。在最新的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中，要求超高層建筑的建筑外墻外保溫系統(tǒng)，其保溫材料的燃燒性能應達到A級。

另一方面，由于建筑高度大，

外墻外保溫材料還要求達到一定的強度，以滿足承受本身自重的需要?？梢栽诿扛粢欢ǖ母叨?，設(shè)置托架，將外墻外保溫材料的自重分成若干段，減輕建筑物下部外墻外保溫體系的自重壓力。

3.8分區(qū)吊籃

超高層建筑很多都是重要的公共建筑，外立面也是華麗美觀，經(jīng)常采用幕墻體系，用吊籃進行作業(yè)。吊籃下掛的鋼絲繩過長，懸吊平臺可能因風荷載過大而晃動明顯，影響施工進度和作業(yè)人員安全。另一方面，如果幕墻施工所需要的建筑材料都放在施工區(qū)室外地面上，懸吊平臺的行程過大，也會影響施工進度。結(jié)合考慮，可以在超高層建筑的避難層設(shè)置吊籃的懸掛結(jié)構(gòu)，而非建筑物頂部。這樣將吊籃的行程縮短，更有利于施工。

3.9給排水方式的選擇

重力供水和變頻供水的節(jié)能性在學術(shù)界存在較大的分歧，目前為止沒有國家性的法規(guī)及權(quán)威資料表明哪種供水方式更有利于節(jié)能。

從多數(shù)案例看來，辦公樓采用變頻供水似乎更為合理。超高層建筑，可利用第一個避難層以及每隔一個避難層設(shè)置中間轉(zhuǎn)輸水箱，每兩個避難層中間樓層分為一個大區(qū)采用一組變頻泵加壓供水，每個大區(qū)再采用減壓閥分為兩個小區(qū)，二轉(zhuǎn)輸水泵采用液位控制啟停的工頻泵，這樣能夠有效減少機房占用面積。此外，采用上述系統(tǒng)給水設(shè)備及管材最大承壓不超過100米的高度，系統(tǒng)承壓不會超過2MPa，目前的技術(shù)及設(shè)備承受此壓力還是比較安全的，另外一方面由于辦公樓的用水量較小，時變化系數(shù)為1.5，在變頻加壓水泵的選型上采用一個流量分配采用100%-50%-100%，其中最后一個100%為備用，其水泵的出水量基本可以和系統(tǒng)的用水量相吻合，同時轉(zhuǎn)輸水泵采用工頻泵，可以保證各水泵在高效區(qū)運行，達到變頻節(jié)能的目的，并相應減少了機房的面積以及二次污染的幾率。

對于酒店，由于其對壓力的穩(wěn)定性要求較高，為避免變頻加壓供水出現(xiàn)的用水忽冷忽熱，酒店采用屋頂水箱重力供水更加合理。對于屋頂水箱二次污染問題，酒店一般有比較完善的物業(yè)管理，同時屋頂水箱設(shè)置為2個，可定時沖洗，并且酒店需24小時用水，水箱里的儲水可得到及時更新，有效避免出現(xiàn)二次污染。此外，酒店建筑的用水特點是用水變化比較大，時變化系數(shù)為2～2.5，如采用變頻給水其水泵配置很難與用水曲線吻合，因此水泵不能保證在高效區(qū)運行，從而造成效率下降，能源浪費。

3.10擦窗機的使用

超高層建筑一旦建成使用，外立面的清洗將受到很大挑戰(zhàn)，目前很大項目采用了擦窗機。擦窗機需根據(jù)建筑物的高度、立面及樓頂結(jié)構(gòu)、空間情況，選用不同結(jié)構(gòu)型式的設(shè)備，既要考慮其安全、經(jīng)濟、實用、方便，又要考慮到擦窗機安裝后能與建筑物協(xié)調(diào)一致，不影響建筑物的美觀。擦窗機常用以下一些方式：水平軌道式、附墻軌道式、輪載式、插桿式、懸掛軌道式和滑梯式。

結(jié)語：

高層、超高層建筑是我國城市化發(fā)展的必然趨勢。如何在規(guī)劃、設(shè)計、施工和使用上，充分利用超高層建筑的優(yōu)點，讓其為社會主義初級階段的中國發(fā)展服務(wù)，將是影響深遠的課題。希望本文能夠提供些許參考。

參考文獻：

[1]建筑設(shè)計防火規(guī)范GB50016-2014.中國計劃出版社，2015.3.

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