淺論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的應(yīng)用

閆雪 王聰

（齊齊哈爾市墾業(yè)建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，黑龍江，齊齊哈爾，161000）

淺論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的應(yīng)用

閆雪 王聰

（齊齊哈爾市墾業(yè)建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，黑龍江，齊齊哈爾，161000）

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)今城市中的建設(shè)發(fā)展、要求建筑物的高度和規(guī)模在逐步的增加。高層的建筑物已經(jīng)成為反映這所城市的繁榮度有多高和社會(huì)的進(jìn)步作為標(biāo)志。本文主要是對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)重要性、應(yīng)用和建筑物設(shè)計(jì)等進(jìn)行研究，怎樣才能確?；炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。

混凝土；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)在不斷的發(fā)展和人生活水平的提高，高層建筑物的建筑功能、材料、結(jié)構(gòu)的形成等方面都在不斷的發(fā)展變化。高層的建筑物面積比較小，節(jié)省公共設(shè)備、設(shè)施投資，也能改變城市的面貌等繁榮度，業(yè)主和建筑師的創(chuàng)新技術(shù)使混凝土高層建筑發(fā)展得到高反的應(yīng)用。

二、高層建筑的特點(diǎn)

1、建造高層建筑可以在相同的建設(shè)場(chǎng)地中，以較小的占地面積獲得更多的建筑面積，可部分解決城市用地緊張和地價(jià)高漲的問(wèn)題。設(shè)計(jì)精美的高層建筑還可以為城市增加景觀。但過(guò)于密集的高層建筑也會(huì)對(duì)城市造成熱島效應(yīng)或影響建筑物周邊地域的采光，玻璃幕墻過(guò)多的高層建筑還可能造成光污染現(xiàn)象。

2、在建筑面積與建設(shè)場(chǎng)地面積相同比值的情況下，建造高層建筑比多層建筑可以提供更多的空閑地面，將這些地面用作綠化和休息場(chǎng)地，有利于美化環(huán)境，并帶來(lái)更充足的日照采光和通風(fēng)效果。

3、高層建筑的分析和設(shè)計(jì)比一般的多層建筑復(fù)雜得多，側(cè)向荷載（風(fēng)荷載和地震作用）是高層結(jié)構(gòu)的控制因素。由于豎向交通和防火要求等都使得高層建筑造價(jià)較高、運(yùn)行成本加大。

三、高層建筑混凝土質(zhì)量控制

1、混凝土出廠前的技術(shù)處理。為了減少水泥的水化熱，降低混凝土自身的溫度，在滿足設(shè)計(jì)和混凝土保證用泵輸送的前提下，將625R硅酸鹽水泥控制在450kg/m3。

2、適當(dāng)參加一定的添加劑，控制水灰比。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，混凝土中摻和水泥用量 4%的復(fù)合液，它具有防水、膨脹、緩凝而一體，溶液中的糖鈣能提高混凝土的和易性，使用水減少 20%左右，水灰比一般能夠控制在 0.55 以下，初凝可延長(zhǎng) 4 小時(shí)左右，對(duì)大混凝土施工的質(zhì)量提供了有利的保證。

3、混凝土的施工配合比。根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和泵送混凝土對(duì)坍塌度的要求，經(jīng)試驗(yàn)確定采用：625R硅酸鹽水泥，其水：水泥：砂：碎石：復(fù)合劑=0.25：1：1.82：2.5：0.04。

4、加強(qiáng)技術(shù)管理確保施工質(zhì)量。加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)試驗(yàn)工作，分工由監(jiān)理單位安排人員跟班檢查，并對(duì)每批原材料都做詳細(xì)的記錄。

5、采用確實(shí)可行的施工工藝。澆灌混凝土同采用三班人員交叉流水作業(yè)的形式，分層次地采用跑道式的施工路線，一層一層向前推進(jìn)，每層保證振動(dòng)器跟上施工步伐，在施工最后一層混凝土?xí)r除了采用平板振動(dòng)器外，還采取長(zhǎng)4米的園條形振動(dòng)器做一次壓平處理，事后人工壓漿收尾。

6、混凝土的保養(yǎng)。為了防止在大體積混凝土施工時(shí)由于產(chǎn)生的高溫而燒壞混凝土，影響混凝土的施工質(zhì)量，我們采用了循環(huán)水系統(tǒng)降溫的辦法，保證進(jìn)入口水溫在 C25 度以下，出口水溫在 C58—C68 度以內(nèi)，在水溫超過(guò) C70 時(shí)我們采用加快循環(huán)水量的辦法，并在混凝土上部采用麻袋濕水保養(yǎng)的辦法，在施工過(guò)程中做到了一絲不茍。

四、混凝土在高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用

1、混凝土抗震墻的延性和破壞形態(tài)與墻體的高寬比和超靜定次數(shù)密切相關(guān)

（1）為了提高抗震墻的變形能力,避免發(fā)生剪切破壞,對(duì)于一道截面較長(zhǎng)的抗震墻,應(yīng)該利用洞口設(shè)置弱連梁,使墻體分為小開口墻。多肢墻或單肢墻,并使每個(gè)墻段的高寬比不小。所謂弱連梁,是指在地震作用下各層連梁的總約束彎矩不大于該墻段總地震彎矩的 20%；連梁不能太強(qiáng)以免水平地震作用下某個(gè)墻肢出現(xiàn)全截面受拉這是比較危險(xiǎn)的。但是,考慮到耗能,連梁又不能太弱,連梁弱到成為一般小梁時(shí),墻肢就變成單肢墻,而單肢墻的延性很差,僅為多肢墻的一半,且單肢墻僅具有一道抗震防線,超靜定次數(shù)少,在地震作用下是很不利的 目前,有許多設(shè)計(jì)人員將結(jié)構(gòu)中門洞連梁。窗洞連梁都改為截面高度極小的二力桿件,這對(duì)結(jié)構(gòu)抗震是很不好的。

（2）在實(shí)際設(shè)計(jì)中,對(duì)連梁的剛度都要進(jìn)行折減,這是因?yàn)榧袅Φ膭偠纫话愣己艽?在水平力作用下,剪力墻中的連梁會(huì)因?yàn)楹艽蟮膬?nèi)力而超過(guò)截面允許值,可靠的辦法是讓這些連梁先屈服,要使連梁能形成塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞,連梁首先就必須滿足強(qiáng)剪弱彎的要求, 對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減實(shí)際上就是降低其抗彎能力。

2、規(guī)范規(guī)定,剪力墻在端部應(yīng)設(shè)置暗柱、端柱等邊緣構(gòu)件。

這些邊緣構(gòu)件的作用相當(dāng)于磚混結(jié)構(gòu)的約束柱,當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度較小,地震作用下層間位移和頂點(diǎn)位移較大時(shí),邊緣構(gòu)件所起的作用也就越大此時(shí)暗柱的截面和配筋就應(yīng)加大。如果剪力墻的總截面面積與樓層面積之比值較大時(shí),且房屋高度較小、樓座面積較大時(shí),墻端部的暗柱面積和配筋量就不需按規(guī)范要求設(shè)置那么多 1985 年智利大地震時(shí),有300多棟鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞較輕,但它們的墻端并無(wú)較好的約束。這就是最好的證明。

3、在鋼筋混凝土全墻結(jié)構(gòu)中,采用大開間剪力墻結(jié)構(gòu)好,還是采用小開間剪力墻結(jié)構(gòu)好,這一直是一個(gè)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)問(wèn)題。大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)較多:a.墻體數(shù)量少,相應(yīng)的混凝土用量少,墻體的約束構(gòu)件少,結(jié)構(gòu)自重輕 b.相對(duì)小開間剪力墻結(jié)構(gòu),其抗推剛度小,自振周期長(zhǎng),水平地震作用小 c.墻體的配筋率適當(dāng),結(jié)構(gòu)的延性增加,地震時(shí)能充分發(fā)揮墻體約束構(gòu)件的作用;d.使用空間大,建筑布置靈活。缺點(diǎn)是 1)樓板跨度大,鋼筋用量大 2)要求設(shè)置高效輕質(zhì)的隔墻,造價(jià)高。

五、混凝土干縮變形和超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的溫度變形

混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定,在室內(nèi)條件下現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為55m, 現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為45m;在露天條件下,結(jié)構(gòu)伸縮縫的間距還要小,這樣規(guī)定的目的就是解決兩個(gè)方面的問(wèn)題:

1、現(xiàn)澆混凝土在凝固硬化時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力,以致在結(jié)構(gòu)中形成干縮裂縫,結(jié)構(gòu)越長(zhǎng),干縮的影響越大。

2、結(jié)構(gòu)在使用其間必然要經(jīng)過(guò)春夏秋冬季節(jié)的變化,大氣溫度的變化會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱脹冷縮,從而在結(jié)構(gòu)中造成溫度裂縫,同樣,結(jié)構(gòu)越長(zhǎng),溫度的影響越大。但是,在實(shí)際工程中超長(zhǎng)建筑物常常出現(xiàn)。如果按規(guī)定去設(shè)伸縮縫, 就會(huì)出現(xiàn)雙墻、雙柱、雙梁,給建筑物的立面處理。防水構(gòu)造帶來(lái)很大的困難。為了解決超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土干縮裂縫的問(wèn)題,目前常常采用的一種辦法是設(shè)置混凝土后澆帶,即將較大的樓板面積劃分成小的區(qū)格,首先用混凝土澆筑小的區(qū)格,當(dāng)小區(qū)格混凝土干縮變形大部分完成后,再澆筑區(qū)格之間的預(yù)留帶。這樣在很大程度上減少了結(jié)構(gòu)的干縮裂縫。但是,后澆帶不能代替結(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫。因?yàn)楹鬂矌Щ炷劣不?樓板連接成一個(gè)較長(zhǎng)的整體,后澆帶的作用不再存在。

六、結(jié)語(yǔ)：

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中占據(jù)全面的工作，要建設(shè)扎實(shí)的理論知識(shí)、創(chuàng)新的思路和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。設(shè)計(jì)工作人員要從每一個(gè)基本的結(jié)構(gòu)抓起，做到知其所以然，并配合其他的專業(yè)人士的工作經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

[1] 段鳳英.對(duì)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量控制之我見[J].改革與開放,2009(05)

[2] 李國(guó)勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問(wèn)題的處理及算例[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004（09）

[3] 方鄂華主編.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002（05）

[4] 陳雯.談混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范安全度[J].改革與開放,2009(05)

TU365

1674-3954（2011）03-0217-01