高层钢－混凝土混合结构施工工艺探讨

王 波，李增国

(1.青岛市胶州建设集团有限公司，山东青岛266100;2.青岛理工大学，山东青岛266033)

钢－混凝土组合结构是一种新型的结构形式。随着对该类结构研究的逐步深入，钢－混凝土组合结构逐渐被应用于各类工业与民用建筑和桥梁、码头等土木工程中，成为多层和高层建筑优先选用的结构形式之一，特别在抗震设防等级较高的地区比常用的钢筋混凝土结构和钢结构更具优势。鉴于这种趋势，对于高层钢－混凝土混合结构住宅体系的主体施工工艺流程的研究就越来越重要。

1 工程概况

青岛某项目总占地面积约为15 319.4 m2，由四栋高层钢－混凝土混合结构住宅构成组团居住区，其中两栋为18层，一栋为22层，一栋为10层。总建筑面积约为51 885 m2，其中地上建筑面积为38 700 m2，地下建筑面积为13 185 m2(含夹层面积)。

本项目的四栋住宅楼均采用钢框架—混凝土剪力墙混合结构体系，其中钢框架部分是圆钢管混凝土柱、H型钢梁;楼梯间、电梯间采用钢筋混凝土剪力墙，形成主要的抗侧力结构。

2 本工程施工工艺的产生

本项目工程的特点:(1)高层钢－混凝土混合结构住宅核心筒洞口较多，形状不规则，且核心筒所占比例较少，采用滑模或爬模施工工艺时，一是难度较大，二是经济性稍差;(2)设计单位要求施工过程中楼板与核心筒混凝土同时浇筑，楼板与核心筒之间不设施工缝;(3)交叉作业多。核心筒先施工时存在核心筒提前施工与钢框架安装交叉作业、钢框架安装与混凝土结构施工交叉作业。如采用钢框架安装先于混凝土核心筒施工工艺，则可以避免核心筒提前施工与钢结构安装交叉作业，仅存在钢结构安装与混凝土结构施工交叉作业。

鉴于以上的特点，提出了外围钢框架先于混凝土核心筒施工的工艺流程(如图1所示)，即钢框架先行安装，核心筒与楼板同时逐层向上施工。

2.1 施工工艺流程

该施工工艺流程是:钢框架安装→核心筒、楼板钢筋模板混凝土→砌筑→装饰。

图1 外围钢框架安装先于混凝土核心筒施工工艺示意

2.2 施工工艺方案

(1)钢框架安装。与混凝土核心筒先行施工方案相似。

(2)混凝土核心筒施工。模板按照常规做法施工，核心筒混凝土与楼板混凝土一起浇筑。

(3)楼板施工穿插顺序。与混凝土核心筒先行施工方案相似。

(4)标准层施工计划安排。标准层施工每4天一层。

3 本项目施工工艺方案的选择

实际上，影响高层钢－混凝土混合结构住宅施工工艺方案选择的主要因素不仅仅是上面两项，还有施工可行性的问题。

采用核心筒先行的施工方案，它的最大优点是解决了施工过程中的施工通道问题，而且核心筒可以作为塔吊水平支撑构件。而外围钢框架先行的施工方案恰恰是要另外搭设施工通道，而且塔吊只能附着在钢柱上，也就是说塔吊水平作用力是通过钢框架传递的，而钢框架的抗侧移刚度是比较小的，这样在塔吊水平力作用下，钢框架的位移及构件内力会较大，有可能不能满足规范要求。特别是按照《高层民用钢结构技术规程》第11.6.11条的要求，钢结构安装和楼盖钢筋混凝土楼板的施工相距不宜超过5层，在通常的施工过程中，塔吊的附着点以下楼层存在着2～5层混凝土楼面未浇筑的情况，这样钢框架的受力更为不利。

图2 2#楼平面

因此，对外围钢框架先于混凝土核心筒施工的施工方案，必须进行塔吊的附着安全计算并采用相应的技术措施。我们以本项目2#楼为例进行了计算分析，计算分析分为三种情况:一是钢框架加设竖向柱间支撑，但钢管混凝土柱中的混凝土未浇筑;二是钢框架不加设竖向柱间支撑，但钢管混凝土柱中的混凝土浇筑;三是钢框架既加设竖向柱间支撑，钢管混凝土柱也浇筑混凝土。最终只有第三种情况满足了施工要求。

下面以本项目2#楼(如图2所示)为例进行分析说明施工工艺的选择。

本项目2#楼高22层，一节钢柱共四层长度为11.6 m。若采用核心筒先行的施工方案，工期可缩短7 d，考虑到工期缩短可以节省施工管理费、模板租赁费及财务费用，如果以每天5000元计，那么，可节省的费用是:7×0.5=3.5万元。另外，该方案相比钢框架先行的施工方案，可以不设置柱间支撑和施工通道，此项费用可节省4万元，但核心筒施工的费用要增加10万元，则该方案增加的总的费用是:10－7×0.5－4=2.5万元

另外，设计单位要求施工过程中楼板与核心筒混凝土同时浇筑，楼板与核心筒之间不设施工缝。综合考虑以上因素，本项目谷2#楼最终选择了外围钢框架先于混凝土核心筒施工工艺。

4 小结

通过前面的分析，可以看出，外围钢框架安装先行的施工工艺，并不是对所有高层钢－混凝土混合结构住宅都适用。

(1)它适用于柱子是钢管混凝土柱或型钢混凝土柱的高层钢－混凝土混合结构住宅，对于纯钢柱不一定适用，因为塔吊附着的问题很难解决。

(2)就是适用建筑层数的问题，随着建筑层数的增加，外围钢框架安装先行的施工工艺较混凝土核心筒先行的施工工艺施工速度慢。结合高层钢－混凝土混合结构住宅体系的自身特点以及高层建筑的相关规范和规程，特别是《高层民用建筑设计防火规范》GB50045－95(2005年版)提出的十八层以上的高层建筑，须设防烟楼梯间，而高层钢－混凝土混合结构住宅体系的防烟楼梯间大部分是通过剪刀梯实现的，这要使核心筒的面积及混凝土用量都要加大，楼梯间的平面形状也要相对规则，考虑到建设方对工期的要求及前面的分析，建议外围钢框架安装先行的施工工艺适用于十八层以下(含十八层)钢管混凝土柱或型钢混凝土柱的高层钢－混凝土混合结构住宅体系。

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