李 丹
(鲁东大学 土木工程学院,山东 烟台 264000)
随着城市化进程的不断推进,超高层建筑作为现代城市建筑的代表,在满足多元化功能需求的同时,对于建筑施工技术提出了更高的要求[1]。超高层建筑作为城市发展的重要标志,其复杂性和高度挑战性使得其施工过程的分析与研究显得愈加迫切[2]。本文旨在通过对超高层建筑的转换层施工进行系统而深入的分析,以商业综合体塔楼为实例,探讨转换层施工所涉及的技术要点以及解决方案。商业综合体塔楼作为多功能建筑的典型代表,其设计与施工受到多方面的考量,而转换层作为连接不同功能区域的关键部位,更是对建筑施工的策略性规划和技术创新提出了更高的要求。本文详细阐述超高层建筑转换层的结构作用和特点,以及在施工过程中所面临的诸多挑战。进而深入探讨转换层施工技术,包括混凝土梁式转换层设计、叠合浇筑法等,从支撑施工、模板工程、钢筋工程到混凝土浇筑等方面进行详细分析。结合实际工程项目,分析这些技术在商业综合体塔楼项目中的应用效果,从而为实际工程提供有价值的经验借鉴,同时为类似项目的规划与实施提供有力的支持,为超高层建筑施工领域的发展和创新作出贡献。
某商业综合体塔楼,集合多种功能,其高效性和独特设计的建筑形式,受到广泛的关注。该商业综合体塔楼项目位于城市核心商务区,占地面积约为11 500 m2,总建筑面积约为356 000 m2。作为一座标志性建筑,该塔楼包含商务办公、购物中心、酒店及高端餐饮等多个功能,为城市居民和商业精英提供全方位的服务。塔楼总高度达205.8 m,拥有地上45层和地下3层,外立面以现代简约风格为主,采用高性能玻璃幕墙,既强调了建筑的现代感,又兼顾了能源效益。该塔楼注重空间的合理布局和功能的融合。底部5层被规划为商业中心,容纳了国际奢侈品牌、主题餐厅以及休闲娱乐场所。中部层面被划分为高端办公空间。塔楼的顶部层面则打造成豪华酒店。转换层设置在6层,承担着过渡上、下部刚度的作用,调整超高层建筑结构的刚度,保证结构的整体稳定性。施工过程着重强调工程质量与安全,需严格遵守国家的建筑法规和标准,采用先进的施工技术和设备,确保建筑结构的稳固。
超高层建筑的转换层作为连接不同功能区域的过渡区域,承担着多重结构作用,旨在实现建筑功能、安全性和空间效率的有机结合。其独特的位置和功能使得其结构作用不仅仅局限于支持和连接,还涉及到各种力学和功能需求。
(1)平衡和过渡。由于超高层建筑的高度和体量,底部和顶部的荷载和应力分布差异显著。转换层作为连接两个不同结构体系的界面,能够平衡上部和下部的荷载[3],并逐渐过渡应力分布,从而减少结构变形和应力集中现象发生。
(2)提升刚性连接和稳定性。超高层建筑在遇到风荷载、地震等外部荷载时,容易发生扭转和摆动,进而影响整体稳定性。转换层通过在结构上形成刚性节点,可以有效减小建筑的摆动幅度,提升抗风抗震能力,确保建筑整体稳定性[4]。
(3)功能区分和空间分隔。超高层建筑中,转换层作为划分商务办公、休闲娱乐、餐饮等不同功能区域的标志。转换层的结构能够满足不同空间需求,支持不同荷载类型,同时实现合理的空间划分和布局。
首先,在结构方面,转换层通常具有较大的荷载承载能力。由于其承担了上下部分不同结构体系的连接和过渡作用,转换层需要能够平衡和分散不同部分的荷载,同时在地震等极端情况下保持稳定。因此,转换层的结构设计要求较高的强度和刚度,以确保整体建筑的稳定性[5]。
其次,在功能方面,转换层需要满足不同区域的多样化需求。商业综合体塔楼中,转换层往往涵盖了商务办公、餐饮、休闲娱乐等功能。转换层的平面布局要灵活合理,能够实现不同功能区域的分隔和协调。
超高层建筑的转换层施工是一个复杂而关键的阶段,涉及到结构、安全、资源调配等多个方面的挑战。转换层的高度和位置使得施工材料和设备运输变得更加复杂。由于转换层往往处于建筑高度的中间位置,材料和设备的运输需要跨越较大的高度,增加了施工难度[6]。同时,受限于场地条件,施工现场可能无法容纳大型的吊装设备。
此外,转换层的复杂结构和多功能性要求,使得施工过程中需要兼顾不同工程部分的协调与平衡。例如,商业综合体塔楼的转换层可能涉及到混凝土结构、玻璃幕墙、室内装修等多个工程领域,需要各个施工部分之间的紧密配合,以避免工程交叉和时间延误。
另一个挑战是在施工过程中保证建筑的整体稳定性。由于转换层是连接上下部分的过渡区域,其施工过程可能会影响整个建筑的结构稳定性。因此,在施工过程中需要采取措施,以确保施工过程不会对整体结构产生不利影响。
混凝土梁式转换层作为超高层建筑中常见的一种结构形式,在连接不同功能区域的同时,具有较强的荷载承载能力和稳定性。在商业综合体塔楼项目中,混凝土梁式转换层的构造需要满足荷载分布和功能需求。
转换层的转换梁和支撑柱,其截面应对齐,转换梁的截面宽度应≥400 mm,截面高度≥600 mm,跨高比≤8,转换梁采用的型钢规格宜选用Q390B。在考虑抗震情况时,型钢应采用充满型实腹式型钢。转换梁内,位于梁下部的钢筋,应全部嵌入相连的立柱内,如图1所示。
图1 转换梁内钢筋与立柱的连接
相邻立柱的型钢构件连接方式如图2所示,应采用焊接方式。
图2 转换梁型钢与立柱型钢连接
梁使用钢骨混凝土结构,立柱则应使用型钢混凝土,实现柱的强度和刚度均高于梁,达到柱强梁弱的效果[7]。梁搭接在剪力墙上,墙内应设置壁柱,以此增加剪力墙的强度和承载力,承担梁传递下来的荷载。
在超高层建筑转换层的施工过程中,涉及到多种关键技术,包括支撑施工、模板工程、钢筋工程和混凝土浇筑等,这些技术的合理应用直接影响到转换层的质量和稳定性。
(1)支撑施工。支撑施工是转换层施工的首要任务,直接关系到上部结构的稳定性和施工安全。在施工前,需要根据工艺要求设置临时支撑,为上部结构提供稳定的施工平台。支撑系统的设计需要考虑结构的荷载、施工过程中的变形等因素,确保支撑稳定可靠。
施工过程中应保证支撑结构和混凝土的变形量符合质量控制要求,在浇筑时,混凝土强度达到80%后,方可在其上架设支撑,进行上一层的施工。所有斜支撑均应与主体结构可靠连接,并且与竖向的立杆锁扣牢固。支撑结构应确保斜撑角度小于45°,两杆之间的间距约为1 m。斜撑的根部应固定在预设的槽口内,确保稳定性。
(2)模板工程。模板工程在转换层施工中起到了承载混凝土的重要作用。在施工过程中,需要严格控制模板的安装精度,以保证混凝土的形状和表面质量。转换层施工中涉及的荷载如表1所示。
表1 转换层施工中涉及的荷载
(1)钢筋工程。钢筋工程是转换层结构的骨架,直接关系到结构的强度和稳定性。在转换层的施工中,需要按照设计要求进行钢筋的加工和安装。钢筋的数量、排布和连接方式都需要符合相关标准和规范。剪力墙和立柱的纵向钢筋应采用直径≥20 mm的带肋钢筋,接头采用剥肋滚压套筒机械连接或者焊接。钢筋架设时,接头错开率应达到60%以上。框架梁的受力钢筋均应采用机械连接,接头错开率应超过50%。
(2)混凝土浇筑。混凝土浇筑是转换层施工的关键环节,直接影响到结构的整体性能。在浇筑前,需要对混凝土配合比、材料强度等进行认真的检查和测试。浇筑过程中,要控制温度、浇筑速度和均匀度,避免混凝土的分层和气孔等问题。混凝土的施工要点如图3所示。
图3 混凝土施工要点
叠合浇筑法作为一种常用于超高层建筑转换层施工的方法,在提高施工效率、优化结构性能方面具有独特的优势。该方法通过连续浇筑不同构件,实现结构的整体一体化,旨在满足超高层建筑转换层的复杂性和特殊需求。
叠合浇筑法对转换层施工,首先通过提前设置支撑结构或者预制板,搭建临时支撑平台,以便进行上部构件的施工。然后,从下至上,依次进行混凝土的浇筑,将上部结构逐层叠加在下部结构之上。在浇筑过程中,需要充分考虑混凝土的硬化时间,以确保与下层结构之间的粘结性能。待混凝土完全硬化后,拆除临时支撑,完成整个叠合浇筑过程。转换层浇筑时,转换层的下一层的受力如图4所示。
图4 转换层的下一层的受力云图 (单位:MPa)
由图4可知,叠合浇筑法施工时,转换层的下一层楼板的最大受力为1.37 MPa,小于混凝土的强度极限。因此,叠合浇筑法施工工艺可靠,满足施工荷载要求,施工安全可控。
结合某超高层商业综合体塔楼项目,分析超高层建筑转换层施工技术,得到如下结论:
(1)超高层建筑的转换层可平衡、过渡底部和顶部的荷载及应力分布,提升建筑刚性连接和稳定性,划分功能区域,功能至关重要,但也存在施工难点。
(2)转换层施工技术涵盖支撑施工、模板工程、钢筋工程和混凝土浇筑等方面。在实际项目中,通过精细的工艺设计、严格的安装要求和高质量的施工管理,确保转换层的结构稳定性和施工质量。
(3)叠合浇筑法在超高层建筑转换层的施工中安全可靠,满足施工荷载要求,实现结构的稳定性、施工的高效性和质量的可控性。