浅论高层建筑结构设计中混凝土的应用

2011-08-15闫雪王聪

中国房地产业 2011年3期

关键词：连梁剪力墙墙体

闫雪王聪

（齐齐哈尔市垦业建筑设计有限责任公司，黑龙江，齐齐哈尔，161000）

浅论高层建筑结构设计中混凝土的应用

闫雪王聪

（齐齐哈尔市垦业建筑设计有限责任公司，黑龙江，齐齐哈尔，161000）

随着社会和经济的发展，现今城市中的建设发展、要求建筑物的高度和规模在逐步的增加。高层的建筑物已经成为反映这所城市的繁荣度有多高和社会的进步作为标志。本文主要是对混凝土的结构重要性、应用和建筑物设计等进行研究，怎样才能确保混凝土高层建筑结构的耐久性和稳定性。

混凝土；高层建筑；结构设计

一、引言

随着我国经济在不断的发展和人生活水平的提高，高层建筑物的建筑功能、材料、结构的形成等方面都在不断的发展变化。高层的建筑物面积比较小，节省公共设备、设施投资，也能改变城市的面貌等繁荣度，业主和建筑师的创新技术使混凝土高层建筑发展得到高反的应用。

二、高层建筑的特点

1、建造高层建筑可以在相同的建设场地中，以较小的占地面积获得更多的建筑面积，可部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。设计精美的高层建筑还可以为城市增加景观。但过于密集的高层建筑也会对城市造成热岛效应或影响建筑物周边地域的采光，玻璃幕墙过多的高层建筑还可能造成光污染现象。

2、在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑可以提供更多的空闲地面，将这些地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照采光和通风效果。

3、高层建筑的分析和设计比一般的多层建筑复杂得多，侧向荷载（风荷载和地震作用）是高层结构的控制因素。由于竖向交通和防火要求等都使得高层建筑造价较高、运行成本加大。

三、高层建筑混凝土质量控制

1、混凝土出厂前的技术处理。为了减少水泥的水化热，降低混凝土自身的温度，在满足设计和混凝土保证用泵输送的前提下，将625R硅酸盐水泥控制在450kg/m3。

2、适当参加一定的添加剂，控制水灰比。根据设计要求，混凝土中掺和水泥用量 4%的复合液，它具有防水、膨胀、缓凝而一体，溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性，使用水减少 20%左右，水灰比一般能够控制在 0.55 以下，初凝可延长 4 小时左右，对大混凝土施工的质量提供了有利的保证。

3、混凝土的施工配合比。根据设计强度和泵送混凝土对坍塌度的要求，经试验确定采用：625R硅酸盐水泥，其水：水泥：砂：碎石：复合剂=0.25：1：1.82：2.5：0.04。

4、加强技术管理确保施工质量。加强原材料的检验试验工作，分工由监理单位安排人员跟班检查，并对每批原材料都做详细的记录。

5、采用确实可行的施工工艺。浇灌混凝土同采用三班人员交叉流水作业的形式，分层次地采用跑道式的施工路线，一层一层向前推进，每层保证振动器跟上施工步伐，在施工最后一层混凝土时除了采用平板振动器外，还采取长4米的园条形振动器做一次压平处理，事后人工压浆收尾。

6、混凝土的保养。为了防止在大体积混凝土施工时由于产生的高温而烧坏混凝土，影响混凝土的施工质量，我们采用了循环水系统降温的办法，保证进入口水温在 C25 度以下，出口水温在 C58—C68 度以内，在水温超过 C70 时我们采用加快循环水量的办法，并在混凝土上部采用麻袋湿水保养的办法，在施工过程中做到了一丝不苟。

四、混凝土在高层建筑剪力墙设计中应用

1、混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关

（1）为了提高抗震墙的变形能力,避免发生剪切破坏,对于一道截面较长的抗震墙,应该利用洞口设置弱连梁,使墙体分为小开口墙。多肢墙或单肢墙,并使每个墙段的高宽比不小。所谓弱连梁,是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的 20%；连梁不能太强以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉这是比较危险的。但是,考虑到耗能,连梁又不能太弱,连梁弱到成为一般小梁时,墙肢就变成单肢墙,而单肢墙的延性很差,仅为多肢墙的一半,且单肢墙仅具有一道抗震防线,超静定次数少,在地震作用下是很不利的目前,有许多设计人员将结构中门洞连梁。窗洞连梁都改为截面高度极小的二力杆件,这对结构抗震是很不好的。

（2）在实际设计中,对连梁的刚度都要进行折减,这是因为剪力墙的刚度一般都很大,在水平力作用下,剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值,可靠的办法是让这些连梁先屈服,要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏,连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求, 对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。

2、规范规定,剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。

这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱,当结构的刚度较小,地震作用下层间位移和顶点位移较大时,边缘构件所起的作用也就越大此时暗柱的截面和配筋就应加大。如果剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值较大时,且房屋高度较小、楼座面积较大时,墙端部的暗柱面积和配筋量就不需按规范要求设置那么多 1985 年智利大地震时,有300多栋钢筋混凝土剪力墙结构的破坏较轻,但它们的墙端并无较好的约束。这就是最好的证明。

3、在钢筋混凝土全墙结构中,采用大开间剪力墙结构好,还是采用小开间剪力墙结构好,这一直是一个争论的焦点问题。大开间剪力墙结构的优点较多:a.墙体数量少,相应的混凝土用量少,墙体的约束构件少,结构自重轻 b.相对小开间剪力墙结构,其抗推刚度小,自振周期长,水平地震作用小 c.墙体的配筋率适当,结构的延性增加,地震时能充分发挥墙体约束构件的作用;d.使用空间大,建筑布置灵活。缺点是 1)楼板跨度大,钢筋用量大 2)要求设置高效轻质的隔墙,造价高。

五、混凝土干缩变形和超长结构的温度变形

混凝土结构规范规定,在室内条件下现浇框架结构伸缩缝的最大间距为55m, 现浇剪力墙结构伸缩缝的最大间距为45m;在露天条件下,结构伸缩缝的间距还要小,这样规定的目的就是解决两个方面的问题:

1、现浇混凝土在凝固硬化时会产生收缩应力,以致在结构中形成干缩裂缝,结构越长,干缩的影响越大。

2、结构在使用其间必然要经过春夏秋冬季节的变化,大气温度的变化会使结构产生热胀冷缩,从而在结构中造成温度裂缝,同样,结构越长,温度的影响越大。但是,在实际工程中超长建筑物常常出现。如果按规定去设伸缩缝, 就会出现双墙、双柱、双梁,给建筑物的立面处理。防水构造带来很大的困难。为了解决超长结构混凝土干缩裂缝的问题,目前常常采用的一种办法是设置混凝土后浇带,即将较大的楼板面积划分成小的区格,首先用混凝土浇筑小的区格,当小区格混凝土干缩变形大部分完成后,再浇筑区格之间的预留带。这样在很大程度上减少了结构的干缩裂缝。但是,后浇带不能代替结构的温度伸缩缝。因为后浇带混凝土硬化后,楼板连接成一个较长的整体,后浇带的作用不再存在。