鋼纖維混凝土施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用

龔桂發(fā)

摘 要：在目前的高層建筑工程中，大多數(shù)工程都采用了鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)和鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)。特別是在高層建筑當(dāng)中更加是優(yōu)先使用，文章主要闡述了有關(guān)鋼纖維混凝土施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼纖維；混凝土；施工技術(shù)；高層建筑；應(yīng)用

當(dāng)前的鋼纖維混凝土施工技術(shù)對(duì)于高層建筑物的需求有功能上的完美契合，既解決了高層特殊部位性能加強(qiáng)和空間有限的矛盾，又極大地提高了高層建筑的安全，是當(dāng)前高層建筑施工應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)新的發(fā)展方向。針對(duì)鋼纖維混凝土施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究和探討。

1 鋼纖維混凝土概述和特點(diǎn)

高層建筑隨著城市化發(fā)展速度的加快越來(lái)越呈現(xiàn)出多樣化態(tài)勢(shì)，同時(shí)由此引起的問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越嚴(yán)峻。高層建筑結(jié)構(gòu)作為目前建筑工程領(lǐng)域最為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系之一，其逐漸趨于復(fù)雜化、多功能化和個(gè)性化發(fā)展，這也為結(jié)構(gòu)整體性、抗震性和耐久性提出了新挑戰(zhàn)。鋼纖維混凝土作為解決當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)整體性、延伸性和抗震性的主要手段，在社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)階段越來(lái)越受到人們的重視。

1.1 鋼纖維混凝土概念

所謂的鋼纖維混凝土主要指的是以普通混凝土材料為基礎(chǔ)，在其中添加鋼纖維作為預(yù)應(yīng)力筋的一種復(fù)合混凝土結(jié)構(gòu)。在這種混凝土結(jié)構(gòu)中，其中撒入的凌亂分布的鋼纖維，從而阻止混凝土內(nèi)部裂縫的出現(xiàn)和了擴(kuò)展，減少宏觀裂縫的形成，因而顯著的改善了混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎、抗拉、抗沖擊能力，使得混凝土結(jié)構(gòu)存在著良好的延性。

1.2 鋼纖維混凝土的特點(diǎn)

1.2.1 鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗剪強(qiáng)度高50%?？茖W(xué)工作者采用了很多實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)鋼纖維混凝土抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)測(cè)試表明：鋼纖維混凝土的抗剪強(qiáng)度是隨鋼纖維體積的增大而增大，隨水灰比的增大而減小的。

1.2.2 鋼纖維混凝土抗壓性能優(yōu)于普通混凝土。在動(dòng)荷載作用下，鋼纖維混凝土出現(xiàn)裂縫后，鋼纖維會(huì)阻礙裂紋的擴(kuò)展，一旦外部的鋼纖維作用失效，鋼纖維從混凝土中拔出，或達(dá)到屈服強(qiáng)度被拉斷，新裂紋處的鋼纖維又會(huì)承擔(dān)阻礙裂紋擴(kuò)展的工作，鋼纖維被拔出或拉斷都需要消耗大量的能量，體現(xiàn)了鋼纖維混凝土的抗沖擊能力?？茖W(xué)試驗(yàn)表明，混凝土的抗壓強(qiáng)度是好是壞，主要取決于混合料的攪拌情況和鋼纖維的含量參數(shù)，只有參數(shù)合理，攪拌成型才能提升混凝土的抗壓性能。所以，并不是在所有情況下鋼纖維都有利于混凝土抗壓能力的提高，含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響抗壓性能。

1.2.3 鋼纖維混凝土比普通混凝土高2倍以上的耐沖擊性，而其影響彎曲韌性的性能高出幾倍?；炷恋目箾_擊性能是混凝土材料在外部勢(shì)力的打擊和碰撞下，可抵抗破壞性的程度?；炷林刑砑愉摾w維，還可以提高混凝土的耐磨性能。研究學(xué)者利用標(biāo)號(hào)為C35普通混凝土和CF35的鋼纖維混凝土制作成5cm×5cm×5cm立方體試件進(jìn)行磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼纖維混凝土比普通混凝土的磨損損失降低了30%；鋼纖維混凝土的耐腐蝕性、抗凍性均比普通的混凝土要好。

1.2.4 與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土彎曲性能有著40%以上的增幅。這個(gè)特性，直接影響著鋼纖維混凝土在機(jī)場(chǎng)跑道、橋梁、高層建筑的應(yīng)用。這是因?yàn)?，鋼纖維混凝土的韌性比普通混凝土強(qiáng)的多，可以大大提高工程應(yīng)對(duì)地震等災(zāi)害的能力。

當(dāng)然，鋼纖維混凝土的優(yōu)越性能不止這些。但我們已經(jīng)看到，鋼纖維混凝土相對(duì)于普通混凝土的巨大優(yōu)越作用。同時(shí)，鋼纖維混凝土施工簡(jiǎn)單，材料性價(jià)比相對(duì)較高，在土木工程中得到廣泛使用。

2 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用

鋼纖維混凝土是指摻加短鋼纖維或合成纖維作為增強(qiáng)材料的混凝土，鋼纖維的摻入能顯著提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗疲勞特性及耐久性；合成纖維的摻入可提高混凝土的韌性，特別是可以阻斷混凝土內(nèi)部毛細(xì)管通道，因而減少混凝土暴露面的水分蒸發(fā)，大大減少混凝土塑性裂縫和干縮裂縫。

鋼纖維混凝土采用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥，合成纖維混凝土優(yōu)先采用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥；鋼纖維混凝土不得使用海砂，粗骨料最大粒徑不宜大于鋼纖維長(zhǎng)度的2/3；噴射鋼纖維混凝土的骨料最大粒徑不宜大于10mm；纖維的長(zhǎng)度、長(zhǎng)徑比、表面性狀、截面性能和力學(xué)性能等應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并根據(jù)工程特點(diǎn)和制備混凝土的性能選擇不同的纖維。這種技術(shù)生產(chǎn)的混凝土適用于對(duì)抗裂、抗?jié)B、抗沖擊和耐磨有較高要求的工程。

2.1 高層建筑梁柱節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)框架比普通混凝土框架在延展性上提高57%，荷載次數(shù)提高15%，在因此在高層建筑梁柱節(jié)點(diǎn)上采用鋼纖維混凝土既可以有效提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能，提高了扁梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度以及初裂和極限承載力，改善節(jié)點(diǎn)的延性，又緩解了以往節(jié)點(diǎn)鋼筋密度過(guò)大、施工困難等一系列技術(shù)難題。

2.2 聯(lián)肢墻連梁中應(yīng)用鋼纖維混凝土

高層建筑中，剪力墻和框架結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)核心筒結(jié)構(gòu)，其中聯(lián)肢墻洞口的連梁不僅可以調(diào)節(jié)并且可以保證聯(lián)肢墻的側(cè)向剛度，有效的耗散地震能量，減少地震波對(duì)建筑物的損壞。通過(guò)一系列的靜力和動(dòng)力試驗(yàn)表明：逐漸改變連梁的變形能力，可以改善框架結(jié)構(gòu)的變形能力，而聯(lián)肢墻的強(qiáng)度和剛度性能良好的情況下，一旦出現(xiàn)了強(qiáng)烈地震，連梁就會(huì)表現(xiàn)出塑性變形能力，首先聯(lián)肢墻出現(xiàn)彎曲，耗散一部分地震能量，減少傳遞到建筑物上的能量，減少對(duì)建筑主體的破壞，達(dá)到減震的效果。但是在設(shè)計(jì)中，連梁的高跨比一般都比較大，其延性不足，容易出現(xiàn)剪切破壞，衰減了抗震效果，因此，高層建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要解決聯(lián)肢墻連梁的延性問(wèn)題。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)大量試驗(yàn)研究表明，如果在短梁混凝土中添加約1%的鋼纖維，就能夠改善混凝土的粘結(jié)能力，增強(qiáng)短梁的抗剪切效果，一旦出現(xiàn)動(dòng)荷載或者荷載方向改變時(shí)，不容易出現(xiàn)剪切破壞，增強(qiáng)了短梁的抗震能力。

在高層建筑框架短梁混凝土中加入1%左右的鋼纖維，能夠極大的改善混凝土的粘結(jié)條件，提升短梁的抗剪能力，使原本極易發(fā)生剪切脆性破壞的短梁，在遭遇外力時(shí)改變?yōu)榘l(fā)生彎曲破壞，從而極大的提高了短梁抗震能力，也相應(yīng)提高了高層建筑的穩(wěn)定性。

2.3 高強(qiáng)混凝土柱中應(yīng)用鋼纖維混凝土

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到減少混凝土柱截面的面積，往往在結(jié)構(gòu)柱底部使用高強(qiáng)度的混凝土，但是高強(qiáng)混凝土有個(gè)致命的缺點(diǎn)——脆性大，延展性差，不能發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)勢(shì)。人們往往希望在柱底部抗壓強(qiáng)度很高的情況下，還能夠提高構(gòu)件的抗震能力，研究學(xué)者采取了很多方法，如在混凝土柱底部設(shè)置套箍，增強(qiáng)柱的抗剪能力；而在高強(qiáng)混凝土中添加適量的短鋼纖維，利用短纖維的粘結(jié)力，增強(qiáng)混凝土的抗剪效果，減少混凝土內(nèi)部微裂紋的形成，可見(jiàn)，在高強(qiáng)混凝土中添加適量的鋼纖維，能夠極大的提高混凝土的延性和抗震性。

在高強(qiáng)混凝土中應(yīng)用鋼纖維可以改善柱體的延性，通過(guò)在高強(qiáng)混凝土之中摻入方向不一的短鋼纖維，不僅能夠防止混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，還可以阻礙外部宏觀裂縫的發(fā)生，從而由內(nèi)到外改善高強(qiáng)混凝土的性能。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼纖維混凝土在高層建筑中有著廣泛的運(yùn)用，特別是在很多工程中發(fā)揮著不可替代的重要作用，對(duì)于提高工程質(zhì)量、減少工程支出、延長(zhǎng)工程使用壽命等方面有著巨大經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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