摘要：近年来，随着国家大剧院、国家体育场“鸟巢”、新台址、广州歌剧院以及广州图书馆等一批大型复杂建筑结构建设的兴起，以及施工过程中日益增多的安全事故，建筑施工过程中的安全问题越来越受到关注。因此，对大型复杂高层建筑进行施工仿真分析和施工监测对保障其施工过程的安全是很有必要的。
关键词：高层；框架结构；施工技术
一、引言
人们生活的需要以及社会不断的生产发展，高层建筑结构随之快速发展起来。近年来，高层建筑结构发展十分迅猛，是由于城市人口集中、城市土地资源紧缺和商业竞争激烈所致。随着时代步伐的前进、社会经济的不断发展和科技的创新，高层建筑结构形式不断向复杂、高大、新颖方向发展。近十年来，随着我国人民生活水平的提高、国内经济的大力发展；以及计算机技术的高速发展，许多受力复杂、造型奇特的复杂高层建筑结构、大型体育场馆和大型桥梁等土建工程的增多，如：中央电视台新办公楼（如图、广州西塔（如图、广州电视塔等等，这些工程的共同特点就是施工规模大、造型复杂新颖、施工工期长、建造过程复杂等。
二、高层框架结构受力特点
混凝土核心筒混合结构体系（Steel Frame-Concrete Corewall Mixed Structure）简称混合结构体系。它是由外侧钢框架和钢筋混凝土核心筒体所组成的高层建筑结构，并且由钢框架和混凝土核心筒两者共同承受竖向和水平荷载。钢框架与内筒之间的跨度一般为8 -12m，并采用两端铰接的钢梁，或一端与钢框架相连，另一端与内筒铰接相连的钢梁。内筒内部尽可能布置电梯间及楼梯间等公用设施用房，以扩大内筒的平面尺寸，减小内筒的高宽比，增大内筒的侧向刚度。目前，混合结构体系在高层建筑中被广泛采用，尤其是30层以上的高层建筑结构。
在混合结构体系中，抗侧刚度由钢框架和混凝土筒体两种不同结构组成，其中混凝土核心筒是主要的抗侧力构件。作为主要抗侧力构件的核心筒，承担了大部分水平荷载（如地震作用或风荷载）所引起的水平力（可多达85%以上）和倾覆弯矩。外围的钢框架主要承担竖向荷载，并且分担按刚度分配所得的较小部分水平荷载。如果外钢框架的梁与柱采取铰接时，钢框架就仅承担竖向荷载，此时，水平荷载全部由混凝土核心筒来承担。
当混凝土核心筒与外钢框架分别单独承受水平荷载时，钢框架的变形曲线为剪切型，核心筒变形曲线为弯曲型。当两者通过平面刚度无限大的楼板变形协调后，结构体系的变形将是弯剪型，钢框架在顶部的水平剪力将大于下部。然后，混凝土核心筒逐渐进入弹塑性阶段后，墙体产生裂缝，侧向刚度急剧下降，致使钢框架要承担比弹性阶段更大的倾覆弯矩和水平剪力。因此，要增大钢框架在弹性阶段所承担的水平剪力。
由于上述的受力特点和变形特点，混合结构体系的刚度和承载力会大大提高。在地震和风荷载作用下，结构层间变形会减小。因此，也就减小了非结构构件（填充墙及隔墙）的损坏程度。此外，混合结构与其它结构体系相比，还具有结构构件截面小、施工方便、施工速度快、结构自重轻、空间布置灵活、用钢量少、结构防火防腐性能好等优点。结构自重轻有利于现代高层建筑的消能减震设计，即通过设置消能、耗能构件减小地震反应，这样就可以达到抗风、抗震的作用。
三、高层框架结构施工特点
混合结构体系的施工一般按“先混凝土核心筒体施工，接着外钢框架跟进”的施工方法，也就是先施工混凝土核心筒，等施工到一定楼层后，外围钢框架再跟进施工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在整个施工期间，外钢框架的施工进度总是落后核心筒若干层。组合楼板（一般为压型钢板）的施工也随着核心筒和钢框架的施工跟进。
1.模板工程
混凝土核心筒的施工步骤为：先绑扎钢筋，再固定模板，最后浇灌混凝土。所选用模板系统主要为爬升模板、整体平台模板系统两大类。早拆模板体系和压型钢板是楼板模板主要形式。近年来一些超高层建筑多采用液压自动爬升模板系统。
2.混凝土工程
用于高层混合结构的混凝土有严格的要求，必须符合高强度、高性能的要求。即塑性拌合物必须具有流动性高、可泵性高、易密性等特点。在混凝土凝结硬化的早期阶段具有足够的强度和耐久性。在拌合阶段，大部分采用了掺入粉煤灰等矿物掺合料与化学外加剂双掺工艺，以此来提高混凝土的材料性能。
要想获得优质混凝土，就必须相当重视质量控制。国内超高层建筑混凝土泵程，最高可达382.5m，高强混凝土的泵程，也可达150-200ma一般情况下，施工过程中严格按照泵送混凝土规程要求，均不会出现严重的堵泵管现象。
3.结构吊装工程
目前，在高层混合结构体系吊装中的垂直运输系统，主要有以下三种组合方式：（1）1台塔式起重机+1台施工升降机+1台混凝土输送泵；（2）1台塔式起重机+2台施工升降机+2台高速井架提升机；（3）1台高速井架提升机+1台施工升降机。
四、高层框架结构施工期间的时变特性
高层建筑结构从无到有的过程要经历以下三个阶段：施工建造阶段、正常使用阶段以及维修加固阶段（又称为老化阶段）。常规建筑结构设计理论只针对正常使用阶段的结构在不同荷载工况及其组合作用下的效应进行分析，而对于施工阶段的研究还比较少。实际上，处于施工期间的建筑结构受“路径”和“时间”效应影响，其力学性能的变化过程非常复杂，巨受力状态和几何形态都与正常使用阶段相差甚大。如果忽视这些差异的存在，建筑结构将会产生很大的安全隐患。
首先，施工期间的混凝土材料性能具有时变性。例如，早期混凝土的抗压强度、泊松比、弹性模量、收缩徐变等是随着龄期变化的。这样会带来结构体系刚度、承载能力的时变性。如果忽视这些因素的影响，将会使计算模型刚度与实际结构具有很大的差异。其次，建筑结构在施工期间的边界约束条件和几何形态具有时变性。边界条件和几何形态对结构的刚度和受力是有影响的，结构刚度和受力体系会随着它们的时变性发生变化。施工过程中结构件是承载体，所以结构的力学分析模型是不固定的。由于混合结构的施工步骤是混凝土核心筒体先行施工，接着外钢框架跟进施工，因此，施工前期核心筒单独受力，待到一定时期两者才开始协同工作。这与常规的力学模型是完全不同的。
最后，施工期间的建筑结构是处于随时间变化的环境中的，并且所承受的荷载也在不断的变化。混凝土收缩徐变会受到外界环境湿度变化的影响：温度的变化会使材料发生变形。再者，结构是逐层形成的，荷载也是逐层施加的，这与常规的设计方法中结构一次形成，荷载一次施加到结构上是不一样的。此外，施工期间结构还会受到施工荷载的作用，而施工荷载受施工方案和施工工艺的不同其在空间上的分布和大小也具有时变性。
参考文献：
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[2]杨爱玉，丁克伟.渡江战役纪念馆主体结构安全性分析[J].工程与建设，2012，26（1）：4-5
论文作者:巫祥金
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第11期
论文发表时间:2019/1/2
标签：结构论文; 混凝土论文; 荷载论文; 框架论文; 刚度论文; 建筑结构论文; 核心论文; 《建筑细部》2018年第11期论文;