鋼纖維混凝土施工技術在高層建筑中的應用

龔桂發

摘 要：在目前的高層建筑工程中，大多數工程都采用了鋼纖維混凝土結構和鋼—混凝土組合結構。特別是在高層建筑當中更加是優先使用，文章主要闡述了有關鋼纖維混凝土施工技術在高層建筑中的應用。

關鍵詞：鋼纖維；混凝土；施工技術；高層建筑；應用

當前的鋼纖維混凝土施工技術對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和空間有限的矛盾，又極大地提高了高層建筑的安全，是當前高層建筑施工應用技術的一個新的發展方向。針對鋼纖維混凝土施工技術在高層建筑中的應用進行深入的研究和探討。

1 鋼纖維混凝土概述和特點

高層建筑隨著城市化發展速度的加快越來越呈現出多樣化態勢，同時由此引起的問題也越來越復雜、越來越嚴峻。高層建筑結構作為目前建筑工程領域最為常見的結構體系之一，其逐漸趨于復雜化、多功能化和個性化發展，這也為結構整體性、抗震性和耐久性提出了新挑戰。鋼纖維混凝土作為解決當前高層建筑結構整體性、延伸性和抗震性的主要手段，在社會發展的現階段越來越受到人們的重視。

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，在其中添加鋼纖維作為預應力筋的一種復合混凝土結構。在這種混凝土結構中，其中撒入的凌亂分布的鋼纖維，從而阻止混凝土內部裂縫的出現和了擴展，減少宏觀裂縫的形成，因而顯著的改善了混凝土結構的抗彎、抗拉、抗沖擊能力，使得混凝土結構存在著良好的延性。

1.2 鋼纖維混凝土的特點

1.2.1 鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗剪強度高50%。科學工作者采用了很多實驗，通過對鋼纖維混凝土抗剪強度的試驗測試表明：鋼纖維混凝土的抗剪強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于普通混凝土。在動荷載作用下，鋼纖維混凝土出現裂縫后，鋼纖維會阻礙裂紋的擴展，一旦外部的鋼纖維作用失效，鋼纖維從混凝土中拔出，或達到屈服強度被拉斷，新裂紋處的鋼纖維又會承擔阻礙裂紋擴展的工作，鋼纖維被拔出或拉斷都需要消耗大量的能量，體現了鋼纖維混凝土的抗沖擊能力。科學試驗表明，混凝土的抗壓強度是好是壞，主要取決于混合料的攪拌情況和鋼纖維的含量參數，只有參數合理，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，含量過高或過低都會影響抗壓性能。

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。混凝土的抗沖擊性能是混凝土材料在外部勢力的打擊和碰撞下，可抵抗破壞性的程度。混凝土中添加鋼纖維，還可以提高混凝土的耐磨性能。研究學者利用標號為C35普通混凝土和CF35的鋼纖維混凝土制作成5cm×5cm×5cm立方體試件進行磨損試驗，試驗結果表明，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。這個特性，直接影響著鋼纖維混凝土在機場跑道、橋梁、高層建筑的應用。這是因為，鋼纖維混凝土的韌性比普通混凝土強的多，可以大大提高工程應對地震等災害的能力。

當然，鋼纖維混凝土的優越性能不止這些。但我們已經看到，鋼纖維混凝土相對于普通混凝土的巨大優越作用。同時，鋼纖維混凝土施工簡單，材料性價比相對較高，在土木工程中得到廣泛使用。

2 鋼纖維混凝土施工技術在高層建筑中的應用

鋼纖維混凝土是指摻加短鋼纖維或合成纖維作為增強材料的混凝土，鋼纖維的摻入能顯著提高混凝土的抗拉強度、抗彎強度、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部毛細管通道，因而減少混凝土暴露面的水分蒸發，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；纖維的長度、長徑比、表面性狀、截面性能和力學性能等應符合國家有關標準的規定，并根據工程特點和制備混凝土的性能選擇不同的纖維。這種技術生產的混凝土適用于對抗裂、抗滲、抗沖擊和耐磨有較高要求的工程。

2.1 高層建筑梁柱節點中應用鋼纖維混凝土

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

2.2 聯肢墻連梁中應用鋼纖維混凝土

高層建筑中，剪力墻和框架結構組成了一個核心筒結構，其中聯肢墻洞口的連梁不僅可以調節并且可以保證聯肢墻的側向剛度，有效的耗散地震能量，減少地震波對建筑物的損壞。通過一系列的靜力和動力試驗表明：逐漸改變連梁的變形能力，可以改善框架結構的變形能力，而聯肢墻的強度和剛度性能良好的情況下，一旦出現了強烈地震，連梁就會表現出塑性變形能力，首先聯肢墻出現彎曲，耗散一部分地震能量，減少傳遞到建筑物上的能量，減少對建筑主體的破壞，達到減震的效果。但是在設計中，連梁的高跨比一般都比較大，其延性不足，容易出現剪切破壞，衰減了抗震效果，因此，高層建筑設計中，設計師需要解決聯肢墻連梁的延性問題。國內學者通過大量試驗研究表明，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能力，增強短梁的抗剪切效果，一旦出現動荷載或者荷載方向改變時，不容易出現剪切破壞，增強了短梁的抗震能力。

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條件，提升短梁的抗剪能力，使原本極易發生剪切脆性破壞的短梁，在遭遇外力時改變為發生彎曲破壞，從而極大的提高了短梁抗震能力，也相應提高了高層建筑的穩定性。

2.3 高強混凝土柱中應用鋼纖維混凝土

在高層建筑結構設計中，為了達到減少混凝土柱截面的面積，往往在結構柱底部使用高強度的混凝土，但是高強混凝土有個致命的缺點——脆性大，延展性差，不能發揮框架結構的抗震優勢。人們往往希望在柱底部抗壓強度很高的情況下，還能夠提高構件的抗震能力，研究學者采取了很多方法，如在混凝土柱底部設置套箍，增強柱的抗剪能力；而在高強混凝土中添加適量的短鋼纖維，利用短纖維的粘結力，增強混凝土的抗剪效果，減少混凝土內部微裂紋的形成，可見，在高強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。

在高強混凝土中應用鋼纖維可以改善柱體的延性，通過在高強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部產生微裂縫，還可以阻礙外部宏觀裂縫的發生，從而由內到外改善高強混凝土的性能。

3 結語

綜上所述，鋼纖維混凝土在高層建筑中有著廣泛的運用，特別是在很多工程中發揮著不可替代的重要作用，對于提高工程質量、減少工程支出、延長工程使用壽命等方面有著巨大經濟意義和現實意義。

參考文獻

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