淺析鋼筋混凝土巨型框架結構主框架的施工

梁偉杰 杜建霞 胡辰鎖

巨型結構組合體系是最近20年以來伴隨著高層和超高層建筑的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型結構體系。已有的工程實踐表明,在現(xiàn)代高層和超高層建筑采用的結構體系中,巨型結構組合體系是技術經(jīng)濟效益最好的結構體系之一。它傳力明確,整體性能好,不但能夠保證結構剛度,減少材料用量,充分發(fā)揮材料和結構性能,簡化構造,還能給建筑設計帶來多種材料和結構形式進行組合,可以節(jié)約材料,降低造價。正因為如此,目前世界各國正在醞釀的高度在500 m以上的超高層建筑的結構方案大都采用了巨型結構組合體系,如日本構想的空中城市1000(1 000 m),日本的空中大都會2001(2 001 m),DIB-200(800 m)以及美國擬建的電視城大廈(509 m),明克里—貝特勒塔樓(609 m)。

巨型框架結構具有明顯二級受力特性,主框架結構為主要受力結構,次框架為次要受力結構。理論分析和實踐經(jīng)驗都表明,施工過程對巨型框架結構內(nèi)力和變形的影響較大,進行巨型框架結構的設計時,應考慮施工過程對結構內(nèi)力和變形的影響。主框架作為巨型框架結構的主要受力結構,其施工質量對巨型框架受力性能的影響非常明顯。本文將針對巨型框架的二級受力特性談談對巨型框架結構施工的幾點看法。

1 選擇合理的施工方法

1)對于采用分層施工方法的巨型框架結構,頂層梁柱構件施工要引起足夠的重視。豎向荷載作用下頂層巨型梁梁端彎矩和邊柱柱頂彎矩一次加載后結果差別較大,施工過程中可以采取增加柱高等措施來減小樓層的豎向位移,以保證巨型梁良好的受力性能。2)對于樓層的豎向位移,分層施工方法比先主框架后次框架和整體先主框架后次框架的施工方法的結果較大,這是因為分層施工方法不能像另外兩種施工方法那樣,使巨型框架結構較好的體現(xiàn)兩級受力體系的特性,也就是巨型梁柱在結構整體受力中承受大部分的豎向荷載的性能。巨型框架結構良好的二級受力特性,是我們選擇這種結構設計的基本出發(fā)點,所以建議在施工過程中盡可能不采用分層施工方法,而采用另外兩種施工方法。3)選擇不同的施工方法,要注意設計中相應部位的加強鋼筋,保證各個部位加強鋼筋的施工質量。

2 減小混凝土收縮徐變的影響

施工過程中巨型框架結構豎向構件的收縮徐變變形是非常大的,因而導致同一樓層不同墻柱的豎向變形差也很大,這個變形差對整個巨型框架結構的受力性能就產(chǎn)生很大的影響。因此,在施工過程中結合實際情況采取有效的措施減小豎向構件的收縮徐變,對減輕收縮徐變對結構受力性能的影響是十分有效的。

1)在條件許可的情況下,采用由下而上、先主框架后次框架的施工方法或整體先主框架后次框架的施工方法,都可以減小收縮徐變變形對整體結構的影響。2)理論分析表明,施工過程中在收縮變形上巨型柱和普通柱是相似的,同一樓層豎向變形差較大是因為普通柱的徐變變形較巨型柱的大。因此,在施工過程中為了減小同一樓層豎向變形差對整個結構的影響,一個有效的措施就是在結構布置時盡量使巨型柱比普通柱承受更多的豎向荷載。3)模板及其支撐系統(tǒng)要有足夠的剛度。樓板模板支撐的間距要適宜,使樓板模板剛度與梁模板剛度不至于相差太大。在混凝土施工完成后,要等混凝土有一定的強度后才進行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應避免施工荷載對樓板產(chǎn)生較大的振動。

3 加強裂縫的控制

巨型框架混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理,原材料不合格(如堿骨料反應),模板變形,基礎不均勻沉降等。巨型框架中主框架的截面尺寸往往比次框架大很多,混凝土澆筑后,在硬化過程中,水泥水化熱量大,而且聚集在內(nèi)部不易散發(fā),澆筑初期混凝土內(nèi)部溫度顯著提高,而表面散熱較快,這形成較大的內(nèi)外溫差,混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力,而表面產(chǎn)生拉應力,如內(nèi)外溫差超過25℃,則混凝土表面會產(chǎn)生裂縫。

1)科學用料、合理調(diào)配。應優(yōu)先選用水化熱低的水泥,在滿足設計強度要求的前提下,盡可能減少水泥用量。混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土早期升溫和后期降溫產(chǎn)生內(nèi)部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。選擇膨脹系數(shù)小、巖石彈性模量低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料,這樣可獲得較小的空隙率,從而減少水泥用量,降低水化熱,減少干縮,減小了混凝土裂縫的開展。盡可能減少水的用量。水對混凝土具有雙面作用,混凝土水化反應離不開水的存在,但多余的水貯存在混凝土內(nèi)不僅會對結構的發(fā)展帶來影響,而且一旦水分損失后,凝膠體體積會收縮,如果收縮過大,就有可能在一定界面區(qū)產(chǎn)生微裂縫,降低混凝土內(nèi)部抵抗拉應力的能力。用水將粗細骨料冷卻,以降低混凝土的澆筑溫度,控制含泥量。根據(jù)結構斷面最小尺寸和泵送管道內(nèi)徑,選擇合理的最大粒徑。選用天然連續(xù)級配的粗集料,使混凝土具有較好的可泵性,減少用水量、水泥用量,進而減小水化熱,因而降低了水泥水化熱,混凝土溫度升高和收縮,選用合理砂率對混凝土的可泵性是有所提高的。2)優(yōu)化澆搗方法。巨型框架的主框架的施工可以采取和大體積混凝土類似的施工方法。施工段的劃分及澆筑順序應根據(jù)具體工程結構確定,通常按該工程項目劃分表的單元工程進行劃分。混凝土可采用混凝土運輸車運到現(xiàn)場,汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉;如采用非泵送混凝土,可用吊機(車)直接布料或搭設腳手架采用機動車布料。混凝土澆筑必須根據(jù)當?shù)刂虚L期天氣預報,選擇最佳天氣條件進行澆筑,應盡量安排在低溫時段澆筑,以最大限度降低混凝土的初凝溫度。熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,降低澆筑速度,利用澆筑層面散熱。用水將粗細骨料冷卻,以降低混凝土的澆筑溫度。在澆筑過程中,應遵循“同時澆搗,分層推進,一次到頂,循序漸進”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點,即混凝土流淌的最近點和最遠點,振動點振動時不能漏振,盡可能采用兩次振搗工藝,以提高混凝土的密實度。3)加強后期養(yǎng)護。主框架作為巨型框架結構的主要受力結構,其施工質量對巨型框架的受力性能的影響非常明顯,因而養(yǎng)護是一項十分關鍵的工作。混凝土的養(yǎng)護,不僅要滿足強度增長的需要,還應通過溫度控制,防止因溫度變形引起混凝土的開裂。所以,養(yǎng)護主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土內(nèi)表溫差,促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。施工中長期暴露的混凝土澆筑表面,在寒冷季節(jié)應采取保溫措施。根據(jù)工程的具體情況,應盡可能多養(yǎng)護一段時間,拆模后立即覆蓋保護,同時預防近期驟冷氣候影響,以控制內(nèi)表溫差,防止混凝土早期和中期裂縫。養(yǎng)護用水的溫度應與現(xiàn)場測得的混凝土表面溫度接近,以免人為造成混凝土表面產(chǎn)生溫度梯度,進而出現(xiàn)裂縫。

4 結語

以上對巨型框架結構主框架混凝土的施工及裂縫控制技術進行了理論和實踐上的初步探討,在具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現(xiàn)問題后多分析、多總結,再結合多種預防處理措施,巨型框架結構的主框架的施工質量是可以達到設計要求和使用要求的,從而可以使巨型框架的二級受力特性得到很好的發(fā)揮。

[1] 葉琳昌,沈 義.大體積混凝土施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.

[2] 段 崢.現(xiàn)澆大體積混凝土裂縫的成因與防治[J].混凝土,2003(8):37-38.

[3] 沈蒲生.巨型框架結構設計與施工[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.