浅析钢筋混凝土巨型框架结构主框架的施工

2010-08-15梁伟杰杜建霞胡辰锁

山西建筑 2010年8期

梁伟杰杜建霞胡辰锁

巨型结构组合体系是最近20年以来伴随着高层和超高层建筑的发展而出现的一种新型结构体系。已有的工程实践表明,在现代高层和超高层建筑采用的结构体系中,巨型结构组合体系是技术经济效益最好的结构体系之一。它传力明确,整体性能好,不但能够保证结构刚度,减少材料用量,充分发挥材料和结构性能,简化构造,还能给建筑设计带来多种材料和结构形式进行组合,可以节约材料,降低造价。正因为如此,目前世界各国正在酝酿的高度在500 m以上的超高层建筑的结构方案大都采用了巨型结构组合体系,如日本构想的空中城市1000(1 000 m),日本的空中大都会2001(2 001 m),DIB-200(800 m)以及美国拟建的电视城大厦(509 m),明克里—贝特勒塔楼(609 m)。

巨型框架结构具有明显二级受力特性,主框架结构为主要受力结构,次框架为次要受力结构。理论分析和实践经验都表明,施工过程对巨型框架结构内力和变形的影响较大,进行巨型框架结构的设计时,应考虑施工过程对结构内力和变形的影响。主框架作为巨型框架结构的主要受力结构,其施工质量对巨型框架受力性能的影响非常明显。本文将针对巨型框架的二级受力特性谈谈对巨型框架结构施工的几点看法。

1 选择合理的施工方法

1)对于采用分层施工方法的巨型框架结构,顶层梁柱构件施工要引起足够的重视。竖向荷载作用下顶层巨型梁梁端弯矩和边柱柱顶弯矩一次加载后结果差别较大,施工过程中可以采取增加柱高等措施来减小楼层的竖向位移,以保证巨型梁良好的受力性能。2)对于楼层的竖向位移,分层施工方法比先主框架后次框架和整体先主框架后次框架的施工方法的结果较大,这是因为分层施工方法不能像另外两种施工方法那样,使巨型框架结构较好的体现两级受力体系的特性,也就是巨型梁柱在结构整体受力中承受大部分的竖向荷载的性能。巨型框架结构良好的二级受力特性,是我们选择这种结构设计的基本出发点,所以建议在施工过程中尽可能不采用分层施工方法,而采用另外两种施工方法。3)选择不同的施工方法,要注意设计中相应部位的加强钢筋,保证各个部位加强钢筋的施工质量。

2 减小混凝土收缩徐变的影响

施工过程中巨型框架结构竖向构件的收缩徐变变形是非常大的,因而导致同一楼层不同墙柱的竖向变形差也很大,这个变形差对整个巨型框架结构的受力性能就产生很大的影响。因此,在施工过程中结合实际情况采取有效的措施减小竖向构件的收缩徐变,对减轻收缩徐变对结构受力性能的影响是十分有效的。

1)在条件许可的情况下,采用由下而上、先主框架后次框架的施工方法或整体先主框架后次框架的施工方法,都可以减小收缩徐变变形对整体结构的影响。2)理论分析表明,施工过程中在收缩变形上巨型柱和普通柱是相似的,同一楼层竖向变形差较大是因为普通柱的徐变变形较巨型柱的大。因此,在施工过程中为了减小同一楼层竖向变形差对整个结构的影响,一个有效的措施就是在结构布置时尽量使巨型柱比普通柱承受更多的竖向荷载。3)模板及其支撑系统要有足够的刚度。楼板模板支撑的间距要适宜,使楼板模板刚度与梁模板刚度不至于相差太大。在混凝土施工完成后,要等混凝土有一定的强度后才进行下一道工序的施工。在混凝土终凝初期应避免施工荷载对楼板产生较大的振动。

3 加强裂缝的控制

巨型框架混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。巨型框架中主框架的截面尺寸往往比次框架大很多,混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化热量大,而且聚集在内部不易散发,浇筑初期混凝土内部温度显著提高,而表面散热较快,这形成较大的内外温差,混凝土内部产生压应力,而表面产生拉应力,如内外温差超过25℃,则混凝土表面会产生裂缝。

1)科学用料、合理调配。应优先选用水化热低的水泥,在满足设计强度要求的前提下,尽可能减少水泥用量。混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚,使混凝土早期升温和后期降温产生内部和表面温差。合理地选用水泥是控制温度裂缝的有效措施。选择膨胀系数小、岩石弹性模量低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料,这样可获得较小的空隙率,从而减少水泥用量,降低水化热,减少干缩,减小了混凝土裂缝的开展。尽可能减少水的用量。水对混凝土具有双面作用,混凝土水化反应离不开水的存在,但多余的水贮存在混凝土内不仅会对结构的发展带来影响,而且一旦水分损失后,凝胶体体积会收缩,如果收缩过大,就有可能在一定界面区产生微裂缝,降低混凝土内部抵抗拉应力的能力。用水将粗细骨料冷却,以降低混凝土的浇筑温度,控制含泥量。根据结构断面最小尺寸和泵送管道内径,选择合理的最大粒径。选用天然连续级配的粗集料,使混凝土具有较好的可泵性,减少用水量、水泥用量,进而减小水化热,因而降低了水泥水化热,混凝土温度升高和收缩,选用合理砂率对混凝土的可泵性是有所提高的。2)优化浇捣方法。巨型框架的主框架的施工可以采取和大体积混凝土类似的施工方法。施工段的划分及浇筑顺序应根据具体工程结构确定,通常按该工程项目划分表的单元工程进行划分。混凝土可采用混凝土运输车运到现场,汽车泵或混凝土输送泵运送入仓;如采用非泵送混凝土,可用吊机(车)直接布料或搭设脚手架采用机动车布料。混凝土浇筑必须根据当地中长期天气预报,选择最佳天气条件进行浇筑,应尽量安排在低温时段浇筑,以最大限度降低混凝土的初凝温度。热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,降低浇筑速度,利用浇筑层面散热。用水将粗细骨料冷却,以降低混凝土的浇筑温度。在浇筑过程中,应遵循“同时浇捣,分层推进,一次到顶,循序渐进”的成熟工艺。振捣时重点控制两点,即混凝土流淌的最近点和最远点,振动点振动时不能漏振,尽可能采用两次振捣工艺,以提高混凝土的密实度。3)加强后期养护。主框架作为巨型框架结构的主要受力结构,其施工质量对巨型框架的受力性能的影响非常明显,因而养护是一项十分关键的工作。混凝土的养护,不仅要满足强度增长的需要,还应通过温度控制,防止因温度变形引起混凝土的开裂。所以,养护主要是保持适宜的温度和湿度,以便控制混凝土内表温差,促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。施工中长期暴露的混凝土浇筑表面,在寒冷季节应采取保温措施。根据工程的具体情况,应尽可能多养护一段时间,拆模后立即覆盖保护,同时预防近期骤冷气候影响,以控制内表温差,防止混凝土早期和中期裂缝。养护用水的温度应与现场测得的混凝土表面温度接近,以免人为造成混凝土表面产生温度梯度,进而出现裂缝。