高层建筑结构弹塑性分析方法的研究及应用

张雪波

摘要：由于城市建设的需求，高层建筑被大量开发。这些高层建筑虽然能够满足人口增长的需求，减少土地占用量，但是由于结构复杂，设计和施工起来并不容易。尤其是某些高层建筑带有转换层、多塔结构，如不对其进行弹塑性分析，很难预估建筑结构的抗震性能，由此可见，对高层建筑结构弹塑性进行分析非常必要。

关键词：高层建筑结构；弹塑性分析；抗震性能；转换层；多塔结构 文献标识码：A

中图分类号：TU973 文章编号：1009-2374（2016）15-0112-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.053

现已知一个工程以全现浇框架剪力墙作为结构，包括以框架结构为主的南北两边和以剪力墙为主的东西两边。此外，该工程以钢筋混凝土筏板作为工程基础，笔者将根据上述内容，对该工程涉及到的施工技术进行分析和研究。

1 建筑的架体结构特点

该工程具有以下架体结构特点：（1）较大的悬挑宽度。该工程结构的悬挑板宽度在外延伸为3.6m，再加上预留的因此在其施工过程中，我们需要将悬挑板外部边梁的钢筋以及模板全部考虑在其中，然后对操作面宽度，模架总宽为4m。这就要求施工人员在施工过程中要注意细节，合理施工；（2）悬挑模架需荷载量比较大。一般脚手架的承载对象为工作人员、施工材料和脚手板，但建筑的悬挑模架承载的压力更大。当悬挑板的厚度为150mm，梁为350×900mm，边梁为250×750mm，女儿墙的高度与厚度分别为1.2m、150mm时，悬挑梁所承载的压力达到7.22kN/m。

通过对该建筑架体结构特点的分析，我们决定采用纯钢管悬挑模架作为支撑体系，从而与建筑结构进行直接拉接，保证其稳定性。

2 脚手架的设计特点

随着现代建筑的不断发展，尤其是高层建筑的施工中，经常用到的一项施工技术就是脚手架的施工。与其他的施工设计相比，脚手架的设计更具有自身的特点，因此，在建筑工程中得到了普遍的应用。分析可知，由于悬挑架体的承重和宽度限制，直接在22层的顶板设置悬挑架体结构是无法实现的，因此每三层分层挑出的方式便被采用，即在建筑的第20、21、22层的顶板上需要制作一个需要向外挑出的悬挑模架。各楼层的支撑体系具有独立性，在脚手架的设计中，充分利用此特点，使得模板安装与拆卸更加方便，而且不会影响整体结构。设计的注意点如下：（1）注意支挑构造的宽度。上一层的宽度会比下一层的更大。如第20层就需要向外悬挑，则在第21层顶板时，挑出部分将达到2.4m，22层时需达到3.2m；（2）立杆与水平杆的设计要满足以下要求，每根立杆的间距为800×900mm，水平杆步距为1.2m；（3）设计支挑的结构体系。在第二点的基础上，我们需要设置一个剪刀撑，其结构外侧的立杆与悬挑板需要黏合紧密，并且内侧的立杆和悬挑板是分离的，来确保悬挑板的承载力足够大。为了确保稳定性，要使立杆与结构顶板中的钢筋紧密结合；（4）注意将斜压杆与斜拉杆分别从每层建筑根部和从支挑结构的顶部生根挑出，来确保斜压杆和斜拉杆的稳定；（5）模板的设置要按照以下规定。多层板面板厚度为15mm，主龙骨与次龙骨都是木方，主龙骨中木方的尺寸为100×100mm，将其间距控制在900mm上下，次龙骨中木方的尺寸为50×100mm，其间距在250mm上下。

3 施工流程

3.1 节点施工

随着社会的不断进步发展，高层建筑不断出现，高空大跨度悬挑模架支撑体系施工技术被广泛应用到其中。对于这一项施工技术，施工流程比较复杂，一个重要的步骤就是节点施工，“分部直埋式”节点施工要求：（1）在三角形的支撑方面，要求的精度比较高，预埋的节点、钢梁、斜支撑、斜撑的铰接点应该保持在在同一轴线上；（2）三角形支撑的水平高度应该保持一致；（3）在设置的过程中，三角形的支撑会构成一个整体组成部分，在空间体系上也会构成一个整体；（4）支撑体系的构建是整个三角形体系施工的重要环节，对每一个节点的要求都非常严格，必须按照相关的规定进行施工并仔细检查，确保合格后才能进行下一步的安排，使得整个空间的整体性、刚度、承担和传递力的可靠性得到保证。

3.2 拆卸步骤

拆卸步骤是高空大跨度悬挑模架支撑体系施工中的一个重要环节，施工过程比较复杂，需要注意的事项也比较多，一般来说拆卸步骤包括：第二十七层悬挑楼板预留150mm×150mm的悬吊孔→用钢丝绳悬吊托架于楼面上→托架割离支点→用塔式起重机从托架外侧吊起托架→逐步放松悬吊丝绳→用塔式起重机把托架拖离悬挑板底并吊放至地面。

3.3 施工安全措施

（1）在施工人员的要求方面，一定要佩戴安全带；（2）下部分的托架安装好之后，要充分考虑到上半部分托架安装人员的安全情况，要在安装工作人员的工作平台周围挂满安全网，保证施工安全；（3）上半部托架安装完成后，在托架面设置满铺施工平台，增强施工人员的安全感。

4 施工技术与质量控制措施

由上述浅要分析了建筑结构20、21、22三层悬挑骨架的设施方法，为了保证其稳定性与完成性，施工人员需要采用地锚将其进行拉接，以此保证整个架体结构均匀受力，主要有以下施工流程：

4.1 预埋地锚

框架部位：在20～22层的顶板面中预埋钢筋环，规格为Φ12@900直径80mm，排距1.8m，钢筋环与顶板下铁绑扎连接，锚固长度不小于300mm。剪力墙部位：在20～22层顶板面预埋钢筋环，规格与钢架部位一致，位置距外墙1.8m，钢筋环与顶板下铁绑扎连接，锚固长度不小于300mm。

4.2 预留孔洞及凹槽

剪力墙上无法拉接内墙和外墙手脚架的部分，要先在墙体上留下直径60mm的洞口，用于水平横杆通过。洞口侧面留出规格150mm×80mm的凹槽用于在墙体上固定斜立杆。

4.3 立杆

立杆是施工中的一个重要组成部分，一定要注意施工的质量。立杆的纵距、有楼板部位以及悬挑部位横距，从楼板里侧地锚开始排布。21层悬挑部位设两排立杆，22层悬挑部位设三排立杆，23层悬挑部位设四排立杆。立杆与水平杆、斜压杆、斜拉杆相交部位，采用扣件拉接。

4.4 水平杆

高空大跨度悬挑模架支撑体系施工技术中，水平杆安装施工也是一个重要的组成部分。常见的施工程序有：外挑钢管纵距900mm，外挑长度21层顶板2.4m，22层顶板3200mm，23层顶板梁底外伸至3.8m。立杆步距1.2m，有楼板部位搭设两步，悬挑部位向上连续搭设。每排钢筋环内穿Φ48×3.5mm钢管，钢筋环与钢管之间用木楔塞紧。

4.5 斜压杆

从20、21、22层顶板设置斜向支撑，与悬挑部位的纵同水平杆及立杆用卡扣连接。有剪力墙部位，剪力墙里侧斜压杆与穿墙的水平杆拉接。

（1）框架部位：21层需要三道斜压杆，一道从里侧锚环处斜压至第3步三排节点，两道从外侧锚环处斜压至第8步六排节点和第3步五排节点。22层需要两道斜压杆，一道从里侧锚环处斜压至第5步二排节点，另一道从外侧锚环处斜压至第8步五排节点。23层需要三道斜压杆，一道从里侧锚环处斜压至第8步二排节点，一道从外侧锚环处斜压至第8步四排节点，最后一道从第6步六排节点斜压至第8步七排节点；（2）剪力墙部位：21层需要三道斜压杆，一道从里侧锚环处斜压至第2步二排节点，两道从外侧凹槽处斜压至第8步六排节点和第3步五排节点。22层需要两到斜压杆，一道从里侧锚环处斜压至第5步二排节点，一道从外侧凹槽处斜压至第8步五排节点。23层需要三道斜压杆，一道从里侧锚环处斜压至第8步二排节点，一道从外侧凹槽处斜压至第8步四排节点，一道从第6步6道生根.顶在第8步7道。

4.6 斜拉杆

21层需要两道斜拉杆，分别在第2步的一排节点和二排节点处生根，斜拉至第1步三排节点；22层需要两道斜拉杆，一道由第5步一排节点斜拉至第3步二排节点，另一道由第5步二排节点斜拉至第3步四排节点。23层需要三道斜拉杆，一道由第8步一排节点斜拉至第6步二排节点，一道由第8步二排节点斜拉至第5步五排节点，最后一道由第8步四排节点斜拉至第6步六排节点。

4.7 安全网及安全措施

为了高效率、高品质地进行挑板部分的施工，必须以纯钢管悬挑模架作为支撑体系，采用结构刚性拉接的施工方法。必须对工程施工进行全面的检查，为了保证整体施工的质量，必须对各个平面、角度的尺寸要把握准确，为下一步的施工做好准备。为保证施工时操作人员的安全，工字钢就位后，悬挑工字梁上应先铺木方次楞，然后满铺胶合板，保证铺设严密，固定可靠，防止物体掉落和台风吹覆。高支模搭设施工过程中严禁集中超负荷堆放钢筋、机械设备及其他材料，并防止物体坠落。支撑架外排应另增设单排防护架，与内排架体扣件相连，上部超出工作面一步架。封口梁分两次浇筑的间隔时间在一周以上。大梁砼浇筑时要严格控制浇筑进度不得过快，应分层（400mm）浇筑，混凝土不得堆放过高过于集中，要及时将其拔开，使砼荷载能均匀分布。

5 结语

对于高层建筑的悬挑混凝土结构来说，因为其位置高、跨度大等特点，普通的脚手架无法成为其支撑体系。在施工过程中，我们需要通过研究分析，获得最科学合理的施工设计和施工工程不仅具有合格的稳定性和安全性，还要保证工程的施工速度。

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作者简介：郭志勇（1978-），男，广西人，柳州东城投资开发有限公司工程师，研究方向：建筑、市政土木工程。

（责任编辑：小 燕）