第7章 高层建筑主体结构工程 本章学习要求 了解高层建筑的基本知识及施工特点 熟悉塔式起重机、混凝土泵送设备等高层建筑施工机械的分类、特点和选用 熟悉悬挑式脚手架、附着升降式脚手架等高层建筑施工用外脚手架的构造特点 和搭设要求。 了解高层混凝土主体结构施工中，用于浇筑大空间水平构件的台模、密肋楼盖 模壳，及用于浇筑竖向构件的大模板、滑动模板、爬升模板等成套模板施工技术 7.1高层建筑及其施工特点 高层建筑是城市化、工业化和科学技术发展的产物。城市工商业的迅速发展， 人口的猛增，建设用地的日渐紧张，促使建筑向空中发展。而我国高层建筑大规 的模建设，也标志着我国的施工技术和施工能力又上了一个新台阶。 7.1.1高层建筑的定义 高层建筑的定义在不同的国家和地区有不同的理解，而且从不同的角度，如 结构、消防和运输来看，亦会得出不同的结论。1972年召开的国际高层建筑会 议确定为： 第一类高层建筑9一16层（最高到50m): 第二类高层建筑17一25层（最高到75m): 第三类高层建筑26一40层（最高到100m): 第四类高层建筑超高层建筑，40层以上（高度在100m以上）。 我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3一2002)规定，10层及10层 以上或房屋高度大于24m的建筑物为高层建筑。 7.1.2高层建筑结构材料与结构体系 1.高层建筑结构材料 高层建筑主要以钢筋混凝土和钢材为结构材料。高层建筑按结构材料分，有 钢筋混凝土结构、钢结构、钢一混凝土组合结构和混合结构等
国内高层建筑大量采用的是钢筋混凝土结构，其次是钢-混凝土组合结构和 混合结构，用得最少的是钢结构。但从我国历年建造的高层建筑的结构材料看， 钢结构、钢-混凝土组合结构和混合结构所占比重逐年增大，尤其是随着国家建 筑技术政策由以往限制使用钢结构转变为积极合理扩大应用钢结构，必定推动高 层钢结构的快速发展。钢-混凝土组合结构和混合结构由于其优越的经济效益和 结构性能，将是今后国内外高层建筑采用的主要结构形式。 钢-混凝土组合结构是指在同一个结构部位采用不同的结构材料形成的结构 形式，如型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。混合结构是指在同一座高层建筑 的不同部位采用不同的结构材料形成的结构形式，如钢框架与混凝土核心筒组成 的框筒结构体系等。 2.高层建筑结构体系 高层建筑按结构体系分主要有：框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、剪力墙 结构体系、框肢剪力墙结构体系、框架-简体结构体系和筒体结构体系等，如图 7.1所示。 c (e 田 ( 图7.1高层建筑结构体系
(a)框架结构体系：(b)框架-剪力墙结构体系；(c)剪力墙结构体系：(d)框肢剪力墙结构体系；(e)组合筒 结构体系：()框架-筒体结构体系：(g)筒中筒结构体系 框架结构和框架剪力墙结构体系适用于各类公共建筑，并向大柱网、扁梁（暗 梁)发展；剪力墙结构体系适用于高层住宅，并向大开间、少内纵墙和短肢剪力 墙发展：框肢剪力墙结构体系适用于商住楼、旅馆等需要设置底部大空间的高 层建筑：筒体结构体系主要用于高耸的塔形建筑，其外柱柱距逐步加大，形成框 架-筒体结构体系，以满足建筑要求。框架-筒体结构和筒体结构体系由于具有良 好的水平刚度，并能形成较大空间，适用于高度在100mm以上的超高层建筑。 7.1.3高层建筑楼盖结构 高层建筑由于层数多、高度大，因此对楼盖结构要求也高。高层混凝土结 构一般采用现浇混凝土楼盖结构：高层钢结构通常采用压型钢板组合楼盖结构。 现浇楼盖结构按梁系布置方式的不同，又可分为肋梁楼盖、井格梁楼盖、密肋 楼盖和无梁楼盖等。随着预应力混凝土技术的不断发展，为了克服普通钢筋混凝 土楼盖用料多，自重大的缺点，目前无粘结预应力混凝土楼盖正在被广泛的应 用。 无粘结预应力混凝土楼盖能够满足大跨度、大空间结构灵活使用的要求，不 仅用于现浇框架结构，还用于大开间剪力墙结构和筒体结构等。无粘结预应力混 凝土结构施工见4.5节内容。 在压型钢板与混凝土组合楼盖结构中，压型钢板既用作永久性模板，又充当 楼板底面的受拉钢筋，与混凝土共同承担楼面荷载。压型钢板作为模板，可省去 支模、拆摸工序，方便施工，充分发挥钢结构快速施工的特点。楼层压型钢板的 安装施工见6.3节内容。 7.1.4高层建筑施工特点 1)工程量大，造价高 我国当前每栋高层建筑平均建筑面积为14620m°，相当于全部竣工工程平均 每栋建筑面积3110m的4.7倍，实际工程量还大于此倍数。高层建筑平均造价 较全部竣工工程平均造价约贵47%67%。 2)工期长、季节性施工（雨施、冬施）不可避免 我国全部竣工建筑单栋工期平均为10个月左右，高层建筑平均为2年左右。 因此，必须充分利用全年时间，合理部署，才能缩短工期。 3)高空作业突出
高空作业要重点解决好材料、制品、机具设备和人员的垂直运输问题。在施 工全过程中，要认真做好高空安全保护、防火、用水、用电、通讯、临时厕所等 问题，防止物体坠落打击事故。 4)基础工程施工难度大 高层建筑基础的埋深越来越大，施工复杂性日益突出，造价进一步提高， 其中深基坑支护技术已成为地基基础工程领域的一个难点、热点问题。高层建筑 的基础，不论筏形基础、箱形基础，还是桩基复合基础都有较厚的钢筋混凝土 底板，属于大体积混凝土结构，其施工技术和施工组织也都比一般混凝土结构复 杂。因此，需认真研究深基坑开挖、支护及大体积混凝土施工技术。 5)施工用地紧张 高层建筑一般在市区施工，施工用地紧。要尽量压缩现场暂设工程，减少现 场材料、制品、设备储存量，根据现场条件合理选择机械设备，充分利用工厂化、 商品化成品。 6)主体结构施工技术复杂 目前国内高层建筑以现浇钢筋混凝土结构为主，并逐步发展钢结构、钢混 凝土组合结构和混合结构，因此需要着重研究各种工业化模板、钢筋连接、高性 能混凝土配制与运输及钢结构安装等施工技术。 7)装饰、防水、设备要求较高 为了美化街景、丰富城市面貌，高层建筑的立面处理要求高。深基础、地下 室、墙面、屋面、厨房、卫生间的防水和管道冷凝水要处理好。高层建筑的设备 繁多，高级装修装饰多，从施工前期就要安排好加工定货，在结构施工阶段就要 提前插入装修设备施工，保证施工质量。 8)工程项目多，工种多，涉及单位多，管理复杂 大型复杂的高层建筑，总、分包涉单位多，协作关系涉及许多部门，必须精 心施工，加强集中管理。 9)层数多、工作面大，需进行平行流水立体交叉作业 高层建筑标准层占主体工程的主要部分，设计基本相同，便于组织逐层循环 流水作业。同时高层建筑工作面大，装修设备工程可以在结构阶段较早插入，进 行立体交叉作业。 7.2高层建筑主体结构施工用机械设备
目前我国高层建筑主体结构施工，常用的机械设备有：塔式起重机、施工电 梯和混凝土泵送设备等。 7.2.1塔式起重机 塔式起重机是目前高层建筑施工的重要垂直运输设备，主要有轨道式塔式起 重机、附着式塔式起重机和内爬式塔式起重机，其中尤以附着式塔式起重机和内 爬式塔式起重机应用最为广泛。国产自升塔式起重机如图7.2所示。 图7.2高层建筑施工用国产塔式起重机示意图 (a)QT80A型塔式起重机：(b)QT,-10、QT-10A、QTZ200型塔式起重机：(c)TQ90型塔式起重机： (d)QT-4/20型塔式起重机：(e)QTG60型塔式起重机：()ZT120型塔式起重机：(g)QT80型塔式起重 机：(h)TQ60/80型塔式起重机：(i)Z80、ZT80型塔式起重机：(j)QTF80型塔式起重机 1.轨道式塔式起重机 轨道式塔式起重机分为上回转式（塔顶回转）和下回转式（塔身回转）两类。 它能负荷在直线和弧形轨道上行走，能同时完成垂直和水平运输，使用安全，生 产效率高。但需要铺设轨道，且装拆和转移不便，台班费用较高。 2.附着式塔式起重机 附着式塔式起重机为上回转、小车变幅或俯仰变幅起重机械。塔身由标准节 组成，相互间用螺栓连接，并用附着杆锚固在建筑结构上。 1)附着式塔式起重机基础
附着式塔式起重机底部应设钢筋混凝土基础，其构造做法有整体式和分块式 两种。采用整体式混凝土基础时，塔式起重机通过专用塔身基础节和预埋地脚螺 栓固定在混凝土基础上，如图7.3所示：采用分块式混凝土基础时，塔身结构固 定在行走架，而行走架的四个支座则通过垫板支在四个混凝土基础上，如图7.4 所示。基础尺寸应根据地基承载力和防止塔吊倾覆的需要确定。 图7.3整体式混凝土基础 5000 B-B 图7.4分块式混凝土基础 1一钢筋混凝土基础：2一塔式起重机底座：3一支腿；4一紧固螺母：5一垫圈：6一钢套；7一钢板调整片 (上下各一)
在高层建筑深基础施工阶段，如需在基坑近旁构筑附着式塔式起重机基础 时，可采用灌柱桩承台式钢筋混凝土基础。在高层建筑综合体施工阶段，如需在 地下室顶板或裙房屋顶楼板上安装附着式塔式起重机时，应对安装塔吊处的楼板 结构进行验算和加固，并在楼板下面加设支撑（至少连续两层）以保证安全。 2)附着式塔式起重机的锚固 附着式塔式起重机在塔身高度超过限定自由高度时，即应加设附着装置与建 筑结构拉结。一般说来，设置23道锚固即可满足施工需要。第一道锚固装置 在距塔式起重机基础表面30~40m处，自第一道锚固装置向上，每隔16~20m 设一道锚固装置。在进行超高层建筑施工时，不必设置过多的锚固装置，可将下 部锚固装置抽换到上部使用。 附着装置由锚固环和附着杆组成。锚固环由两块钢板或型钢组焊成的“U”形 梁拼装而成。锚固环宜设置在塔身标准节对接处或有水平腹杆的断面处，塔身节 主弦杆应视需要加以补强。锚固环必须箍紧塔身结构，不得松脱。附着杆由型钢、 无缝钢管组成，也可以是型钢组焊的桁架结构。安装和固定附着杆时，必须用经 纬仪对塔身结构的垂直度进行检查。如发现塔身偏斜时，可通过调节螺母来调整 附着杆的长度，以消除垂直偏差。锚固装置应尽可能保持水平，附着杆件最大 倾角不得大于10°。附着装置如图7.5所示。 (b 图7.5附着装置 (a)锚固环：(b)附着装置设置 1一塔身：2一锚固环：3一螺旋千斤顶：4一耳环 固定在建筑物上的锚固支座，可套装在柱子上或埋设在现浇混凝土墙板里， 锚固点应紧靠楼板，其距离以不大于20cm为宜。墙板或柱子混凝土强度应提高 一级，并应增加配筋。在墙板上设锚固支座时，应通过临时支撑与相邻墙板相联， 以增强墙板刚度
3)附着式塔式起重机的顶升接高 附着式塔式起重机可借助塔身上端的顶升机构，随着建筑施工进度而自行向 上接高。自升液压顶升机构主要由顶升套架、长行程液压千斤顶、顶升横梁及定 位销组成。液压千斤顶装在塔身上部结构的底端承座上，活塞杆通过顶升横梁支 承在塔身顶部。QT~10型附着式塔式起重机顶升过程如下： (1)将标准节吊到摆渡小车上，并将过渡节与塔身标准节的螺栓松开，准备 顶升（图7-6a)。 (2)开动液压千斤顶，将塔式起重机上部结构包括顶升套架向上升到超过一 个标准节的高度，然后用定位销将套架固定。塔式起重机上部结构的重量通过定 位销传递到塔身（图7-6b)。 (3)液压千斤顶回缩，形成引进空间，此时将装有标准节的摆渡小车推入引 进空间内。（图7.6c)。 (4)利用液压千斤顶将待接高的标准节稍微提起，退出摆渡小车，然后将其 平稳地落在下面的塔身上，并用螺栓加以连接（图7.6d)。 (⑤)再用液压千斤顶稍微向上顶起，拔出定位销，下降过度节，使之与已接 高的塔身联成整体（图7.6e)。 e) 图7.6QT-10型附着式塔式起重机顶升过程示意图 ()准备状态：(b)顶升塔顶：(c)推入塔身标准节：(d)安装塔身标准节：(e)塔顶与塔身联成整体 1一摆渡小车：2一标准节：3一承座；4一液压千斤顶：5一顶升横梁：6一顶升套架：7一定位销；8一过渡节 3.内爬式塔式起重机
内爬式塔式起重机亦为上回转、小车变幅或俯仰变幅起重机械。其塔身支撑 在建筑结构的梁、板上或电梯井壁的预留孔内，塔身的自由高度为30m,楼层中 嵌固段高度为10~14m,起重机上部的荷载通过支承系统和楔紧装置传给楼板结 构。 1)内爬式塔式起重机的爬升 塔式起重机可借助爬升千斤顶、爬梯、爬爪、上下横梁和液压爬升系统，使 上、下横梁两端的爬爪沿着爬梯逐级自行爬升，一般每隔2一3层楼便要爬升一 次。德国产70HC型、88HC型和我国自制的QTP-60型内爬式塔式起重机的爬升 过程如下： (1)将下爬升支腿（下爬爪）支承在爬梯踏步上，准备爬升（图7.7）。 (2)开动液压爬升千斤顶，使活塞杆顶起塔身，上横梁和上爬升支腿（上爬 爪)随着塔身上升亦上升。此时塔身的重量由下横梁经下支腿支承在爬梯上，再 经爬梯横梁支承在建筑物上（图7.7b)。 (3)将上爬升支腿支承在爬梯的上一级踏步上后，使液压爬升千斤顶回缩活 塞杆，同时使下横梁、下爬升支腿向上提起，并支承到爬梯的上一级踏步上（图 7.7c)。此时塔身的重量由上横梁经上爬升支腿支承在爬梯上。由此反复逐级向 上爬升，这样塔式起重机可随着建筑物的施工进度，逐级向上爬升。 图7.7内爬式塔式起重机的爬升过程示意图 1一千斤顶；2一上爬爪和上横梁；3一爬梯横梁；4一爬梯；5一下爬爪和下横梁 2)内爬式塔式起重机的拆除
内爬式塔式起重机拆除时需利用设置在建筑物屋面上的屋面起重机或台灵 架，也可利用搭设在屋面的人字扒杆进行。 4.塔式起重机的选用 塔式起重机的选用要综合考虑建筑物的高度：建筑物的结构类型：构件的尺 寸和重量：施工进度、施工流水段的划分和工程量；现场的平面布置和周围环境 条件等各种情况。同时要兼顾装、拆塔式起重机的场地和建筑结构满足塔架锚固、 爬升的要求。 首先，根据施工对象确定所要求的参数，包括幅度（又称回转半径)、起重 量、起重力矩和吊钩高度等：然而根据塔式起重机的技术性能，选定塔式起重机 的型号。 其次，根据施工进度、施工流水段的划分及工程量和所需吊次、现场的平面 布置，确定塔式起重机的配量台数、安装位置及轨道基础的走向等。 根据施工经验，16层及其以下的高层建筑采用轨道式塔式起重机最为经济： 25层以上的高层建筑，宜选用附着式塔式起重机或内爬式塔式起重机。 选用塔式起重机时，应注意以下事项： (1)在确定塔式起重机形式及高度时，应考虑塔身锚固点与建筑物相对应的 位置以及塔式起重机平衡臂是否影响臂架正常回转等问题。 (2)在多台塔式起重机作业条件下，应处理好相邻塔式起重机塔身高度差， 以防止两塔碰撞，务使彼此互不干扰。 (3)在考虑塔式起重机安装的同时，应考虑塔式起重机的顶升、接高、锚固 以及完工后的落塔、拆运等事项。如起重臂和平衡臂是否落在建筑物上、辅机停 车位置及作业条件、场内运输道路有无阻碍等。 (4)在考虑塔式起重机安装时，应保证顶升套架的安装位置（即塔架引进平 台或引进轨道应与臂架同向)及锚固环的安装位置正确无误。 (⑤)应注意外脚手架的支搭形式与挑出建筑物的距离，以免与下回转塔式起 重机转台尾部回转时发生矛盾。 7.2.2施工电梯 施工电梯又称外用施工电梯，是一种安装于建筑物外部，供运送施工人员和 建筑器材用的垂直提升机械。采用施工电梯运送施工人员上下楼层，可节省工时， 减轻工人体力消耗，提高劳动生产率。因此，施工电梯被认为是高层建筑施工不 可缺少的关键设备之一