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浅谈小高层钢框架-混凝土剪力墙结构设计与施工

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李旭鹏1 王想军2

[导读] 摘要：钢框架—剪力墙混合结构涉及到钢结构和混凝土两种结构，涉及到两种结构施工的先后问题。

        1.大连高新区建设工程质量监督管理站大连市 116021；
        2.森特士兴集团股份有限公司北京市 100176
        摘要：钢框架—剪力墙混合结构涉及到钢结构和混凝土两种结构，涉及到两种结构施工的先后问题。通过钢框架和剪力墙两种结构施工顺序的分析对比，发现剪力墙结构滞后于钢框架结构施工不但对施工工期起不到有利作用，还会因剪力墙周边钢柱或者型钢柱的设置增加建筑成本。
        关键词：钢框架-混凝土剪力墙；混合结构；施工方案；经济性对比
        1、前言
        随着经济水平的不断提高，钢材由于强度高，可塑性好，再加上钢结构建筑由于其抗震性能好、施工方便、绿色环保等特点，钢结构建筑在建筑行业被普遍接受并采用[1]。但由于钢结构材料价格较高，在高层结构中，钢结构往往结合混凝土结构联合工作，钢框架-混凝土剪力墙混合结构更是钢-砼结构中的典型代表。
        钢结构以工厂加工，现场装配为主，而混凝土结构由于混凝土的特殊性，往往需要现场浇筑，钢和混凝土两种结构由于施工工艺的不同，施工时存在交叉作业问题，交叉作业施工顺序和安排会对实际工程造价产生一定的影响。结构平面布局不同时，施工方案也不尽相同，如何进行钢结构和墙体的布局，将直接影响到现场施工难度和施工的顺序，这需要对各种方案进行综合考虑，才能使整个方案做到布局合理，经济适用。
        2、框剪结构常见的结构布置形式
        钢框架-混凝土剪力墙结构中，通常钢框架中的框架柱有钢管柱和钢管混凝土组合柱两种形式，钢管混凝土柱的施工工艺不会因结构平面布局的不同而受到影响，故不再单独对钢管柱和钢管混凝土组合柱进行区分讨论，在此统称为钢框架柱。混凝土墙在结构中通常以“一字型”（如图1所示）、“L型”或者“筒型”（如图2所示）出现，就“L型”剪力墙而言，“L型”墙体的端部与“一字型”剪力墙相同，“L型”剪力墙的拐角部位墙体与“筒型”剪力墙的拐角部位相同，为方便起见，只讨论“一字型”和“筒型”两种剪力墙与钢框架柱的关系。
        “一字型”剪力墙有端部设钢框架柱（见图1（a））和无钢框架柱（见图2（b））两种形式，“筒型”剪力墙有拐角设钢框架柱（见图2（a））和无钢框架柱（见图2（b））两种形式。

        （a）墙端无钢柱（b）墙端带钢柱（a）墙角无钢柱（b）墙角带钢柱
        图1 “一字型”剪力墙布置      图2 “筒型”剪力墙布置
        3、剪力墙、钢框架和楼承板的施工顺序
        按照结构正常施工顺序，应该是先施工竖向构件，后水平构件。因剪力墙要超前施工，若非受力需要，剪力墙端部和拐角部位设置钢柱或者型钢柱与否，对钢框架的安装没有任何影响，只需要在钢梁对应位置的剪力墙上设置连接埋件即可。设置钢框架柱以后，必须在剪力墙施工之前完成钢框架柱的施工，不但无法达到缩短工期的目的，反而因多一道施工工序使得施工工期加长。
        由于钢结构的特殊性，在某些工地，为在短时间内达到一定的形象进度经常会出现钢框架结构先于剪力墙结构施工的情况，此时，剪力墙部位必须设置钢框架柱才能完成钢梁的安装施工作业。当钢框架先于剪力墙结构进行施工时，由于剪力墙没有施工，剪力墙周边楼板因没有支座而无法进行施工，施工顺序只能是钢框架安装—剪力墙和远离剪力墙部位楼板施工—剪力墙周边楼板施工。
        4、剪力墙顺序对整体结构施工的影响
        爬升式脚手架和爬模体系多用于高层和超高层施工中[1]，小高层建筑由于其高度不高，爬升式脚手架应用于剪力墙施工的经济性不高，通常采用普通的脚手架和模板进行施工。根据剪力墙施工顺序的不同，普通脚手架的设置也不尽相同，脚手架设置方式又会对施工施工工艺和工期产生影响。
        4.1 剪力墙结构提前施工

        图3 悬挑脚手架示意图
        剪力墙结构提前施工时，需要提前搭设脚手架，低区剪力墙脚手架可直接搭设在地面或者底部楼板上。钢框架梁和楼承板施工前需要拆除此部位剪力墙上的脚手架和模板，因此应合理进行施工部署，仔细策划各部位的施工工期，根据钢框架梁吊装和安装的时间选择低区剪力墙脚手架的拆除时间。低区剪力墙施工完毕后需马上进行中高区剪力墙的施工，此时，低区顶部的钢梁和楼板尚未施工完毕，低区墙体施工所用脚手架无法继续往上延伸，落地脚手架继续往上搭设会影响低区钢梁和楼板的施工，而且中高区剪力墙施工所需的脚手架不可能以楼板为基础进行搭设，只能设置悬挑钢梁或者悬挑桁架等悬挑构件，在此构件基础上在进行脚手架的搭设和模板施工。
        因中高区脚手架为悬挑脚手架的形式，为提高脚手架的稳定性，脚手架生根范围至少需要一层的剪力墙高度，悬挑脚手架搭设如图3所示。
        4.2剪力墙结构后置施工
        通常框剪结构多用于小高层建筑中，就此类结构而言，“一字型”的端部和“筒型”剪力墙的拐角部位往往无需设置钢柱或者型钢柱即可满足结构承载力要求。有设计者认为在剪力墙端部或者拐角部位设置钢柱或者型钢柱，在施工时，可提前完成钢框架结构施工，整体结构施工不在受到剪力墙施工速度的限制，而主体结构施工组织是一个系统的、复杂的组织过程，各种平面和立体交叉作业相互交织，各施工工序相互制约又相互联系，不顾及剪力墙结构的施工而单纯的提高钢框架结构的施工，对于正真推进整体结构的施工速度又有多大意义？
        当钢框架结构先于混凝土进行施工时，若不在“一字型”的端部和“筒型”剪力墙的角部设置钢柱，与混凝土剪力墙相邻范围的钢梁和楼承板在剪力墙施工完成前均无法进行施工，后续仍涉及到此范围钢梁与剪力墙施工的先后问题，使得施工组织更加复杂，此时钢结构现行施工将失去意义。当在“一字型”的端部和“筒型”剪力墙的角部设置钢柱，钢框架结构先于剪力墙进行施工时，若不在剪力墙周边设置封边钢梁作为楼承板的支座，剪力墙周边楼层板将无法施工，此时，施工剪力墙所有脚手架无法以楼承板为支座进行搭设，只能从地面开始搭设脚手架，剪力墙结构施工与剪力墙结构先于钢框架施工并无区别。也可在浇筑剪力墙的同时进行剪力墙周边楼承板的施工，此种施工方式存在以下几个问题：（1）上一层的脚手架搭设在下一层的楼层板上，在剪力墙和楼层板刚浇筑完毕后无法马上进行上部脚手架的搭设施工，剪力墙将无法连续施工；（2）由于楼承板已经封闭，剪力墙施工所用模板和脚手架无法采用塔吊等机械设备进行吊装，只能通过人工进行倒运，增加人工成本的同时也大大降低了施工效率。
        5、总结
        （1）钢框架先于剪力墙结构进行施工时，并不能彻底改善剪力墙结构的施工条件，剪力墙结构的施工工期有可能会因施工工序的改变而有所加长。
        （2）钢框架先于剪力墙结构进行施工时，由于在剪力墙端部或者角部设置钢柱使得材料成本增加。
        （3）建议钢框架—剪力墙混合结构在结构设计时若非受力需要，最好不要在剪力墙周边设置钢柱或型钢柱。钢柱的设置对于缩短整体结构施工工期不会启动任何有利所用，反而因为钢结构构件的增加，反而会增加建筑成本，并拉长整体结构施工工期。
        参考文献：
        [1]龚小东.液压爬模在超高层结构施工中的应用[J].建筑结构，2016.