高層建筑中窗下墻用混凝土材料代替砌體材料地研究與分析

文/ 呂仲亮、訾建濤 中建七局有限公司總承包公司 河南鄭州 450000

1、施工優(yōu)勢

傳統(tǒng)的施工工藝流程：1.澆筑主體結(jié)構(gòu)，2.砌筑砌體結(jié)構(gòu)，3.抹灰找平。如果窗下墻用混凝土材料代替砌體材料，就可以和主體結(jié)構(gòu)同時澆筑，從而節(jié)省了砌筑砌體所用的材料費(fèi)和人工費(fèi)。由于窗下墻和主體結(jié)構(gòu)一起澆筑成型，兩者之間能形成較光滑的接觸面，從而也節(jié)省了抹灰找平所需的人工和材料費(fèi)。以900mm×1000mm×200mm的墻體為例，從材料成本、人工成本、施工時間三方面進(jìn)行對比說明：

材料成本：經(jīng)計(jì)算砌體墻的成本為38.04元；200mm厚混凝土墻的成本為60.3元；100mm厚混凝土墻的成本33.5元。

人工費(fèi)用對比：窗下墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，只需在主體支設(shè)模板和混凝土澆筑時，讓工人順帶做出來，工作量幾乎可以不考慮，同時可以省去抹灰人工費(fèi)用。而用砌塊砌筑就需單獨(dú)的安排人砌筑、抹灰。

工期對比：砌體墻需要在主體結(jié)構(gòu)施工完之后，特意的抽出時間來完成，而同主體一同澆筑的混凝土墻只需在搭設(shè)模板的時候，順帶著搭設(shè)下該部位的模板，之后和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，幾乎不占用施工時間。

2、對梁配筋影響計(jì)算分析

通過兩個案例分析窗下墻用混凝土材料代替砌體材料對梁的受力及配筋造成的影響

案例一：工程所在地設(shè)計(jì)地震基本加速度0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場地類別為二類，設(shè)計(jì)特征周期0.40s。建筑底層長為33.9m，寬為18.9m，建筑高度99.300m，地上33層，地下2層；結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)；主樓基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)。抗震等級為二級。

通過PKPM計(jì)算可以得出：900mm高窗下墻的線荷載：200mm厚的砌體墻的線荷載1.98KN/m，100mm厚的混凝土墻2.34KN/m，200mm厚的混凝土墻4.68 KN/m。并且可以得出100mm和200mm厚的混凝土墻的線荷載的增加對梁的配筋的影響可以忽略不計(jì)。

案例二：工程所在地設(shè)計(jì)地震基本加速度0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為二類，設(shè)計(jì)特征周期0.35s。建筑底層長為29.0m，寬為17.0m，建筑高度77.700m，地上26層，地下1層；結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)；主樓基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)。抗震等級為三級。

通過PKPM計(jì)算可以得出：900mm高窗下墻的線荷載：200mm厚的砌體墻的線荷載1.98KN/m，100mm厚的混凝土墻2.34KN/m，200mm厚的混凝土墻4.68 KN/m。并且可以得出100mm和200mm厚的混凝土墻的線荷載的增加對梁的配筋的影響在應(yīng)許的范圍內(nèi)。

從以上兩個案例對比可以得出：抗震等級三級的梁要比抗震等級為二級的梁受影響大，這說明在抗震等級為二級時，梁的配筋受地震影響較大，抗震等級為三級時，梁的配筋受上部荷載影響較大，但都是在容許的范圍內(nèi)。

3、剛度影響分析

用100mm或者200mm厚的混凝土墻代替200mm厚的窗下砌體墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，會對主體結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的梁的剛度造成一定的影響，整體結(jié)構(gòu)地剛度會有所增加，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的整體位移會減小，這對抗震指標(biāo)的控制是有利地。但窗下混凝土墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，勢必會影響連梁的受力和破壞形勢。根據(jù)《抗規(guī)》和《高規(guī)》規(guī)定：兩端與剪力墻在平面內(nèi)相連的梁，起著調(diào)節(jié)和保證剪力墻側(cè)向剛度的作用，在發(fā)生地震時，連梁擔(dān)當(dāng)著第一道防線的作用，其中的大多數(shù)先屈服，形成塑性鉸，發(fā)生塑性變形消耗地震能。以減輕主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。連梁的破壞分為兩種形式：一種是剪切破壞，該種破壞多數(shù)發(fā)生在深連梁（跨高比≤2.5），屬于脆性破壞；一種是彎曲破壞，其多數(shù)發(fā)生在淺連梁（跨高比在2～5之間），該種破壞是兩端先出現(xiàn)垂直裂縫，并形成塑性鉸，通過塑性鉸的變形吸收大量地震能，同時，通過塑性鉸能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對墻肢起約束作用，使墻肢保持足夠的剛度和強(qiáng)度。如果用200mm厚窗下混凝土墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，必然會使原來的淺連梁形成深連梁，影響連梁的破壞形式，進(jìn)而影響主體結(jié)構(gòu)的安全。

4、應(yīng)對策略

無論應(yīng)用何種辦法，都要保證結(jié)構(gòu)的受力形式不變或者基本不變。一種是減少對連梁的影響，即用100mm厚的混凝土代替原來的200mm厚窗下砌體墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，混凝土墻中只配置少量的構(gòu)造鋼筋，形成主體結(jié)構(gòu)的薄弱部位，在主體結(jié)構(gòu)遭受地震時，使該薄弱部位優(yōu)先破壞，使剪力墻和連梁盡可能地符合設(shè)計(jì)的受力形式；一種是不改變結(jié)構(gòu)在地震時的受力形式，在窗下混凝土墻和連梁或剪力墻的橫向或豎向接縫部位，填充柔性材料將二者間接連接，達(dá)到既不影響剪力墻的剛度，又能實(shí)現(xiàn)外墻一次澆筑完成的目的。

5、工程應(yīng)用實(shí)例

5.1 工程概況

鄭州市某項(xiàng)目建筑面積約20萬平米，且位于城市中心繁華地段，為了降低施工成本，加快施工速度，決定采用鋁模板施工。為了配合鋁模板施工，決定將窗下墻、陽臺欄板處的砌體墻用混凝土墻代替。

5.2 施工工藝

用200mm厚的混凝土墻代替200mm厚的砌體墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，為了保證混凝土墻體和結(jié)構(gòu)墻體脫離開不影響結(jié)構(gòu)的整體性能，需在下邊和一側(cè)做隔離處理。本工程水平隔離處理采用卡槽+保溫苯板，豎向分隔處理采用成品的PVC一體式結(jié)構(gòu)。

5.3 注意事項(xiàng)

1.豎向分隔縫和水平分隔縫必須連續(xù)，不得出現(xiàn)混凝土剛性聯(lián)結(jié)。

2.豎向結(jié)構(gòu)分割縫端部必須密封，防止建筑混凝土?xí)r，將混凝土材料灌進(jìn)分割材料的空隙中，起不到柔性連接的作用。

結(jié)論：

在高層建筑中用200mm厚的混凝土墻代替窗下砌體墻和主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，在窗下混凝土墻和主體結(jié)構(gòu)之間用柔性填充將兩者連接，對主體結(jié)構(gòu)的影響可以不考慮，同時還能節(jié)約材料，縮短工期，進(jìn)而達(dá)到降低施工成本的目的。