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摘要:随着高层房屋高度的不断增加,其对于基础设计的要求也越来越高,人民对高层建筑的要求除了要满足经济美观、安全适用的基础,还要求高层建筑能够适应不同用途的变化。本文针对高层框架结构房屋的特点做简要阐述,并对施工中遇到的诸如混凝土强度等级,混凝土厚度,梁柱节点箍筋等问题进行分析,针对这些问题提出相应的改进、处理意见,以确保高层建筑中出现的问题能够得到有效解决。
关键词:高层框架;施工;混凝土;梁柱节点
随着我国当前经济的飞速发展,我国高层建筑的发展更加迅速,设计思想也在不断的革新。建筑平面布置与竖向体形的设计也越来越复杂,这一系列的变革为高层结构的设计和施工提出了更高的要求。而在设计上,采用框架结构可在建筑内部形成较大空间,更有利于建筑平面的灵活布置。因此,框架结构在高层建筑结构设计中的应用相当广泛,在高度60米以下的高层建筑中,其优势则更为明显。然而,在高层建筑设计和施工中,一旦注重框架结构的优势而忽略实际问题,就会给工程留下隐患。
1 高层框架结构及特点
1.1 框架结构
框架结构是指,在设计中利用梁柱组成纵、横向的框架,承受竖向、水平荷载的结构。根据建筑使用的不同要求,框架结构也可分等跨和不等跨两种形式,既可各层相等,也可以不完全相等。而根据施工方法的不同,框架结构也分为装配式、装配整体式和现浇式等。其中装配整体式框架由于采用叠合梁、预制柱,并用现浇混凝土连接成整体,使他兼具现浇式和装配式二者的优点于一身。
1.2 高层框架结构的特点
框架结构的优点在于易形成较大的内部空间,利于建筑平面的灵活布置,对建筑立面的处理也比较方便。但是由于其侧向刚度较小,一旦层数过多,就会产生较大的侧移,容易破坏非结构性构件的缺点也相当明显。所以在60米以上高层很难使用。
2 高层框架结构房屋施工阶段的现实问题
2.1 混凝土强度等级不同的问题
为控制柱截面,同时满足柱轴压比的要求,柱子必然要采用强度等级较高的混凝土。然而对于以抗弯承载力为主的楼层梁板,显然没有必要,也不应该使用强度等级过高的混凝土。首先,混凝土的强度等级对于其抗弯承载力的影响并不明显;其次,构建承受非荷载应力(混凝土收缩应力等)会受高强度混凝土影响而下降。所以,高层混凝土框架结构的梁板设计强度必然要低于柱混凝土设计强度,并且,随着建筑物的高度增加,两者间设计强度的差距还会越来越大,但是需要注意的是,这种情况一般出现在高层建筑的下部。当前状况下,混凝土浇筑施工大多用商品混凝土泵送工艺,且一般情况下,各施工单位习惯于分批浇筑竖向构件与水平构件。在这一前提下,一旦要求对梁柱节点进行单独浇筑,那么将导致供应量及浇筑时间不易控制而出现的质量事故以及节点区与梁板之间难以分隔等问题,所以一般情况下施工单位不会大面积采用此方法。
2.2 混凝土保护层厚度问题
当在施工中遇到梁边与柱边齐平时,则必须以柱的纵筋包住梁的纵筋,也就是说,柱纵筋必须在梁纵筋的外侧,而在这一情况下,齐平的梁侧就会易于开裂;此外,由于钢筋实际加工原因,在高层框架结构的顶层角节点处,常会出现外侧钢筋保护层过厚导致裂缝的情况。
2.3 梁柱节点箍筋施工问题
梁柱节点施工的难点在于:由于节点的构造复杂,钢筋分布较密,造成施工难度增大,尤其中间的柱子,由于钢筋纵横交错,更不利于箍筋绑扎。在整体沉粱时,由于节点区下部箍筋无法绑扎,导致了梁柱节点部位的柱子箍筋经常不放或少放,为高层建筑的使用留下了后患。
在梁柱节点处,混凝土的强度等级相差较大,而不同强度等级的混凝土其用水量、水灰比等都不相同,柱子的体积越大,水泥的用量也就越多,产生的水化热也就越高,而不同强度等级的混凝土收缩程度不同,在其交界处附近就极易产生裂缝。
3 高层建筑框架结构房屋施工质量控制措施
针对高层框架结构工程的实际情况,从材料选用,配合比优化设计,混凝土浇筑方案,养护措施及测温控制等多重方面进行温度控制,防止因温度变化内外温差导致裂缝。
3.1 混凝土施工质量控制
实际操作中,应根据工程特点选择优质的原材料,优化混凝土的比例,如:加大骨料用量,减少砂石中的含泥量,以降低混凝土水化热过程,大致可采用以下原料。
3.1.1 粗、细集料
粗集料可采用5-40毫米连续级配碎石。这一配比每立方可以比5-25毫米碎石减少用水量10千克,在水灰比相同的情况下,水泥的用量减少约20千克左右。采用细度模数为2.62含泥量1.1%的中粗砂,相比于采用细沙的用水量平均每立方节省20千克左右,而水泥用量自然相应减少,在防止混凝土干缩的同时降低混凝土水化热。
3.1.2 水泥
由于主墩承台厚度过大,在水化过程中,水泥会产生大量的热量,这些热量聚集在结构内不易散发,造成混凝土内部温度升高,因此,在施工中应选择水化热较低的水泥,并尽量减小单位水泥的用量。
3.1.3 混合料及外加剂
应掺入符合Ⅱ级粉煤灰指标要求的粉煤灰。粉煤灰不仅能够改善混凝土和易性增加混凝土密度,提高混凝土强度。同时还能代替部分水泥,从而降低水泥用量,达到降低混凝土水化热,减少温度裂缝的产生。
掺入胶凝材料重量的1.5%的LH-3高效缓凝减水剂,可以在延缓混凝土凝结时间的同时,延缓水泥水化热释放速度,延长凝结时间8小时以上,达到推迟水化热峰值产生的目的。同时能够减少水和水泥的用量,从而降低水化热。
3.2 梁柱节点施工质量控制
在施工过程如何保证节点的质量至关重要,为加强对框架结构梁柱节点施工质量的控制,施工前应对一切可能出现的问题加以分析。
在施工前要调整混凝土配合比设计,在满足混凝土强度等级和可泵性的条件下,对柱子混凝土减少含砂率和水泥用量,增加石子含量、减少用水量,并相应的调整粉煤灰和外加剂用量。
在施工中,宜按照“先高后低”的原则进行浇捣。即先浇高强度等级的混凝土,后浇低强度等级的混凝土,要事先做好技术交底和准备工作,严格控制先浇柱混凝土初凝前继续浇捣梁板的混凝土。
箍筋对核心区混凝土具有束缚作用,可以有效提高节点的抗震强度,所以节点区域的钢筋必须进行加密。由于配置箍筋在施工中难度较大,可在支完梁板的模板后先放入钢筋骨架,再放节点箍筋。需要注意的是,一旦箍筋绑扎不牢,会对混凝土结构的抗裂性造成直接影响。因此,节点区域的箍筋应按设计要求先制作成筋笼,焊接牢固后再放钢筋。
4 结论
随着经济建设的快速发展,高层建筑已经成为了城市生活建筑的主导趋势,人们在乐于住高层建筑的同时,也对高层建筑有了越来越高的要求。除了要经济美观、安全适用以外,在使用的过程中也要求高层建筑能够发挥更大的灵活性,实现多种功能的转变。而这就需要设计施工团队能够发挥创新精神。此外,施工团队也必须谨记,在求新求异,追求美观的同时,也要注意高层建筑施工的质量问题。如:混凝土强度等级不同、混凝土保护层厚度等,并采取相应的控制措施。在设计施工中,设计者应始终抱持经济美观,安全适用的原则。
参考文献:
[1]林树枝.《高层建筑结构工程实践:设计、结构、基础、施工》[M].北京:中国建材工业出版社,2006.
[2]宋天齐.《多高层建筑结构设计》[M].重庆大学出版社,2007.
[3]郭仁俊.《高层建筑框架――剪力墙结构设计》[M].北京;中国建筑工业出版社,2005.
[4]王宗昌.《方德鑫.王晓菊著;建筑.T-程质量控制实饲》[J].科学出版社,2002(2)
[5]李继业,束学东主编.《建筑工程质量问题与防治》[J].化学工业出版社,2005(8)
[6]文清主编.《建筑工程质量通病分析与防治》[J]黄河水利出版社;2005(2)
关键词:高层框架;施工;混凝土;梁柱节点
随着我国当前经济的飞速发展,我国高层建筑的发展更加迅速,设计思想也在不断的革新。建筑平面布置与竖向体形的设计也越来越复杂,这一系列的变革为高层结构的设计和施工提出了更高的要求。而在设计上,采用框架结构可在建筑内部形成较大空间,更有利于建筑平面的灵活布置。因此,框架结构在高层建筑结构设计中的应用相当广泛,在高度60米以下的高层建筑中,其优势则更为明显。然而,在高层建筑设计和施工中,一旦注重框架结构的优势而忽略实际问题,就会给工程留下隐患。
1 高层框架结构及特点
1.1 框架结构
框架结构是指,在设计中利用梁柱组成纵、横向的框架,承受竖向、水平荷载的结构。根据建筑使用的不同要求,框架结构也可分等跨和不等跨两种形式,既可各层相等,也可以不完全相等。而根据施工方法的不同,框架结构也分为装配式、装配整体式和现浇式等。其中装配整体式框架由于采用叠合梁、预制柱,并用现浇混凝土连接成整体,使他兼具现浇式和装配式二者的优点于一身。
1.2 高层框架结构的特点
框架结构的优点在于易形成较大的内部空间,利于建筑平面的灵活布置,对建筑立面的处理也比较方便。但是由于其侧向刚度较小,一旦层数过多,就会产生较大的侧移,容易破坏非结构性构件的缺点也相当明显。所以在60米以上高层很难使用。
2 高层框架结构房屋施工阶段的现实问题
2.1 混凝土强度等级不同的问题
为控制柱截面,同时满足柱轴压比的要求,柱子必然要采用强度等级较高的混凝土。然而对于以抗弯承载力为主的楼层梁板,显然没有必要,也不应该使用强度等级过高的混凝土。首先,混凝土的强度等级对于其抗弯承载力的影响并不明显;其次,构建承受非荷载应力(混凝土收缩应力等)会受高强度混凝土影响而下降。所以,高层混凝土框架结构的梁板设计强度必然要低于柱混凝土设计强度,并且,随着建筑物的高度增加,两者间设计强度的差距还会越来越大,但是需要注意的是,这种情况一般出现在高层建筑的下部。当前状况下,混凝土浇筑施工大多用商品混凝土泵送工艺,且一般情况下,各施工单位习惯于分批浇筑竖向构件与水平构件。在这一前提下,一旦要求对梁柱节点进行单独浇筑,那么将导致供应量及浇筑时间不易控制而出现的质量事故以及节点区与梁板之间难以分隔等问题,所以一般情况下施工单位不会大面积采用此方法。
2.2 混凝土保护层厚度问题
当在施工中遇到梁边与柱边齐平时,则必须以柱的纵筋包住梁的纵筋,也就是说,柱纵筋必须在梁纵筋的外侧,而在这一情况下,齐平的梁侧就会易于开裂;此外,由于钢筋实际加工原因,在高层框架结构的顶层角节点处,常会出现外侧钢筋保护层过厚导致裂缝的情况。
2.3 梁柱节点箍筋施工问题
梁柱节点施工的难点在于:由于节点的构造复杂,钢筋分布较密,造成施工难度增大,尤其中间的柱子,由于钢筋纵横交错,更不利于箍筋绑扎。在整体沉粱时,由于节点区下部箍筋无法绑扎,导致了梁柱节点部位的柱子箍筋经常不放或少放,为高层建筑的使用留下了后患。
在梁柱节点处,混凝土的强度等级相差较大,而不同强度等级的混凝土其用水量、水灰比等都不相同,柱子的体积越大,水泥的用量也就越多,产生的水化热也就越高,而不同强度等级的混凝土收缩程度不同,在其交界处附近就极易产生裂缝。
3 高层建筑框架结构房屋施工质量控制措施
针对高层框架结构工程的实际情况,从材料选用,配合比优化设计,混凝土浇筑方案,养护措施及测温控制等多重方面进行温度控制,防止因温度变化内外温差导致裂缝。
3.1 混凝土施工质量控制
实际操作中,应根据工程特点选择优质的原材料,优化混凝土的比例,如:加大骨料用量,减少砂石中的含泥量,以降低混凝土水化热过程,大致可采用以下原料。
3.1.1 粗、细集料
粗集料可采用5-40毫米连续级配碎石。这一配比每立方可以比5-25毫米碎石减少用水量10千克,在水灰比相同的情况下,水泥的用量减少约20千克左右。采用细度模数为2.62含泥量1.1%的中粗砂,相比于采用细沙的用水量平均每立方节省20千克左右,而水泥用量自然相应减少,在防止混凝土干缩的同时降低混凝土水化热。
3.1.2 水泥
由于主墩承台厚度过大,在水化过程中,水泥会产生大量的热量,这些热量聚集在结构内不易散发,造成混凝土内部温度升高,因此,在施工中应选择水化热较低的水泥,并尽量减小单位水泥的用量。
3.1.3 混合料及外加剂
应掺入符合Ⅱ级粉煤灰指标要求的粉煤灰。粉煤灰不仅能够改善混凝土和易性增加混凝土密度,提高混凝土强度。同时还能代替部分水泥,从而降低水泥用量,达到降低混凝土水化热,减少温度裂缝的产生。
掺入胶凝材料重量的1.5%的LH-3高效缓凝减水剂,可以在延缓混凝土凝结时间的同时,延缓水泥水化热释放速度,延长凝结时间8小时以上,达到推迟水化热峰值产生的目的。同时能够减少水和水泥的用量,从而降低水化热。
3.2 梁柱节点施工质量控制
在施工过程如何保证节点的质量至关重要,为加强对框架结构梁柱节点施工质量的控制,施工前应对一切可能出现的问题加以分析。
在施工前要调整混凝土配合比设计,在满足混凝土强度等级和可泵性的条件下,对柱子混凝土减少含砂率和水泥用量,增加石子含量、减少用水量,并相应的调整粉煤灰和外加剂用量。
在施工中,宜按照“先高后低”的原则进行浇捣。即先浇高强度等级的混凝土,后浇低强度等级的混凝土,要事先做好技术交底和准备工作,严格控制先浇柱混凝土初凝前继续浇捣梁板的混凝土。
箍筋对核心区混凝土具有束缚作用,可以有效提高节点的抗震强度,所以节点区域的钢筋必须进行加密。由于配置箍筋在施工中难度较大,可在支完梁板的模板后先放入钢筋骨架,再放节点箍筋。需要注意的是,一旦箍筋绑扎不牢,会对混凝土结构的抗裂性造成直接影响。因此,节点区域的箍筋应按设计要求先制作成筋笼,焊接牢固后再放钢筋。
4 结论
随着经济建设的快速发展,高层建筑已经成为了城市生活建筑的主导趋势,人们在乐于住高层建筑的同时,也对高层建筑有了越来越高的要求。除了要经济美观、安全适用以外,在使用的过程中也要求高层建筑能够发挥更大的灵活性,实现多种功能的转变。而这就需要设计施工团队能够发挥创新精神。此外,施工团队也必须谨记,在求新求异,追求美观的同时,也要注意高层建筑施工的质量问题。如:混凝土强度等级不同、混凝土保护层厚度等,并采取相应的控制措施。在设计施工中,设计者应始终抱持经济美观,安全适用的原则。
参考文献:
[1]林树枝.《高层建筑结构工程实践:设计、结构、基础、施工》[M].北京:中国建材工业出版社,2006.
[2]宋天齐.《多高层建筑结构设计》[M].重庆大学出版社,2007.
[3]郭仁俊.《高层建筑框架――剪力墙结构设计》[M].北京;中国建筑工业出版社,2005.
[4]王宗昌.《方德鑫.王晓菊著;建筑.T-程质量控制实饲》[J].科学出版社,2002(2)
[5]李继业,束学东主编.《建筑工程质量问题与防治》[J].化学工业出版社,2005(8)
[6]文清主编.《建筑工程质量通病分析与防治》[J]黄河水利出版社;2005(2)