日四圆圈 建筑结构 超长结构无缝设计控制浅析 邹江松 上海浦江建筑设计院有限公司 摘要：本文分析了超长结构设计裂缝形成的原因，并提出了对超长结构设计中的裂缝的技术控制，可供同行参考。 关键词：超长结构；无缝设计；裂缝控制；措施 ０引言 现有规定，凡任何结构长度超过《混凝土结构设计规范》第９．１ １条所规定 筋的配筋率要保持在０．５％左右，间距在１５０ｍｍ范围之内，要采取带肋的钢筋 和相对细密的方针，以减少竖向裂缝的产生。但是，如果建筑墙体收到的约束 力非常大的时候．会造成混凝土的膨胀和缩小各有不同，这时要用间距１ＯＯｍｍ 的结构伸缩缝最大间距的现浇混凝土结构都被认定为是超长结构。为了控制 温度变化使混凝土收缩所造成的影响，需要每间隔一段长度设置一道伸缩 缝。但在实际工程中，对于超长建筑物在设计和施工中只要加强构造措施也 可以采用不设伸缩缝。实践证明，这种无缝设计在工程上是可行的．本人谈谈 自己在多年的Ｔ作中，对于这种结构在设计中一些心得体会，如下： １裂缝的形成 随着我国科技实力的不断进步，经济实力的飞速发展，国外先进施工团 队和技术不断涌人国内，使中国的建筑向着高、大、多功能等方向同时飞速发 展。这使得超长结构得到了发展的机遇。对于建筑物产生的裂缝，有很多种因 素，其中包括：（１）建筑结构对混凝土约束太大；（２）建筑体积过于庞大；（３）混凝 土Ａ身的收缩；（４）混凝土的极限强度。正因如此，人们才想到用伸缩缝来解决 超长建筑裂缝的问题。但是这种方法会带来很多不利的影响，会使建筑结构 复杂化，从而减小抗震的功能。例如收缩的变形，不均匀沉降的变形和温度产 生的变形等。所以，超长结构最主要的问题是在于收缩变形和温度变形，也就 是由于变形而导致的裂缝。 ２施工技术控制裂缝措施 建筑是技术与艺术的完美结合，可比作凝固的音乐。超长结构的无缝设 计也应该如此，但它受到很多因素的影响：结构的选型、施工技术条件、材料 和自然环境因素，它们相互影响，互相牵制。就以混凝土结构的建筑来说，建 筑无法避免会产生裂缝的问题，于是，人们考虑该如何减少裂缝带来的影响。 而对于超长建筑采用无缝设计时该如何减少和控制裂缝的问题更为重要。 例如，对于施工周期较长，跨季节的超长结构建筑来说，建设时需要用临 时的保温盒隔热设施来避免剧烈的温差而导致的裂缝。还有像基础底板这种 体积较大的混凝土建筑来说，可适当的应用“阶梯型”来建设，分层进行浇灌。 每层混凝土都要在首次凝固之前完成浇筑以免发生施工冷缝的情况。对于新 旧混凝土的具体应用时间问题，还要根据不同的情况不同对待。但是必须要 注意的是。不能过早的拆开模板，要做好墙体和楼板之间的养护措施。最好是 分层散热，以避免过早的出现混凝土失水的现象。 对于混凝土振捣浇筑技术的意义施工人员需要真正的重视。一般情况 下，振捣时间在５秒到１５秒之间最为合适，也包括泵流的混凝土。要特别注意， 浇筑时要低温养护和人模，最后凝结温度越低越好，以有效的减少混凝土收 缩。数据显示，混凝土表面与内部的温差在ＩＯ￣Ｃ以上时，所产生的冷缩值达到 ０．０１％，温差在２０℃时，冷缩值就达Ｎｏ．０２％，温差越大，冷缩值就越大，当这个 冷缩值达到上限，就会产生裂缝。所以，对混凝土建筑的养护的意义就在于 此，在浇筑的时候一定得采用多种相应的保护措施，以减少裂缝的产生。 另外，在填充墙与建筑结构之间，用钢丝网和砂浆进行过渡来有效连接。 这种措施也能有效的防止主体结构产生各种裂缝的可能性。 还有就是要对混凝土原材料的技术指标严格把关。不能使用劣质的水 泥．例如矿渣水泥。粗骨料与细骨料的含泥量要尽可能的减少。最好是使用粉 煤灰，因为它能增强水泥的可朔性，也能减少水泥的使用量，相应地减少了空 隙的产生，从而达到控制建筑结构开裂的目的。 ３结构设计技术控制裂缝措施 ３ １结构设计时要加强相关构造措施 由于温度或者荷载等因素影响，在建筑的转角之处，会形成较大的应力集 中，也会比较容易产生裂缝。处理方法就是在转角处安放钢丝网片或者钢筋。 对于剪力墙之类的建筑结构，需要注意的是不能超长。剪力墙的水平钢 。１３０‘ 的水平钢筋布置在墙中约ｌｍ的空间内，作为暗梁，来有效的平衡约束力。还要 根据抗震等级的相关要求加强对剪力墙的首层和屋面层钢筋的配置。 如果是超长结构的楼板，要设置后浇带，以“抗、放、调”为基本方针，因为 现浇混凝土要比现有泵送混凝土的收缩小２５％左右，所以要采取必要的补偿 措施，在楼板未配筋的的部分增加０．２％的构造钢筋，要在各个方向上都配嚣， 以有效的减少裂缝的产生。收缩钢筋则要采用细密的间距以相同的方法进行 布置，间距保持在ｌＯＯｍｍ左右，因为这样的配置可以用于楼板的原有钢筋贯 穿布置，又能布置额外筋筋网，和原钢筋手拉钢筋的规定与周边的固件很好 的链接在一起。在钢筋受力的地方，在配置钢筋时要注意温度的变化，可以根 据情况适量加大。 剪力墙和柱子是一个相互作用的整体，不可分割，因为柱子的配筋率比 建筑的墙体要高，因此在很多情况之下会在连接处产生非常大的集中应力， 会引起裂缝，所以，要在连接的地方加设约ｌｍｌ￣ｊ ８～ １０＠２００的水平钢筋， 这能有效分散相关的应力。 当建筑的大梁的腹板高度超过４５０ｍｍｌｔ，ｊ＂，要布置适量的细密的腰筋，每 侧钢筋的面积最好控制在梁面积的０．１％以内，且钢筋的间距要在２００ｒａｍ的范 围内。 ３．２合理利用补偿收缩混凝土 在普通混凝土中加入一定剂量的膨胀剂，这样的混凝土会和水产生反 应，而发生膨胀，这样的混凝土会对钢筋产生抑制效应；而且钢筋和混凝土会 同时因为摩擦而产生拉力，进一步衍生为预应力。 在一般情况下，混凝土在空气中的收缩率为（４～６）×１０４，但是混凝土的 极限值却远可以达到２ｘ １０＇，其函数为线性函数，即正比例关系，因此可以通 过改变添加剂来控制混凝土的膨胀率，以减少裂缝的产生。根据国家的相关 规定，在混凝土湿养期间，膨胀率可以在１．５ Ｘ １０４；但是正常情况下，却有 ３ Ｘ １０４．￣右，这时的相应预压应力应该在０．２到０．７兆帕斯卡之间。因此，预应 力对于控制和抵消使混凝土开裂的应力非常有效果，让裂缝更加容易控制， 减少不利影响 ３．３合理利用预应力混凝土结构 预应力混凝土结构的最终目的是增加各个温度的距离：它可以在建筑的 梁和楼板之间形成很大的预应力，为此而抵消轴向拉力。为了符合相关规定 有效的控制裂缝，要在主体结构的顶部布置无粘结预应力钢筋。 ３ ４合理利用保温材料 今年来，国内出现很多新型的保温材料，可以很好的加以利用，尽量保持 主体结构构件不暴露在外，减少主体结构所受到的外部环境影响，比如温度。 加强建筑物的屋面的保温性能，在屋顶布置隔热架空层，能有效减小顶部结 构的温差，隔热效果很好，还可以通过使用好的保温材料及加厚保温层来达 到同样的效果。对于屋面板宜适当加厚且增大板钢筋配置，采用细而密的钢 筋布置。 ３．５对现浇板混凝土等级的控制 现浇板混凝土强度等级要求不要太高，一般不得超过Ｃ３５。因为随着混凝 土等级的提高，水泥用量也会跟着提高，在硬化的过程中，产生的水化热大， 导致膨胀，从而引起裂缝的产生。 ３．６合理利用后浇加强带 后浇加强带是指一种取消伸缩缝或扩大结构间距的措施。根据混凝土早 期收缩量很大的特点，要释放它在硬化时产生的应力，以防止或减少变形的 发生。但是，这必须在建筑施工期间才能够完成。超长结构设计中，需要在收 缩应力很大的地方设置后浇加强带，根据工程项目大小来决定数量和位置。 通常标准为：间距４０ｍ左右，宽度８００ｒａｍ～ｌＯ００ｍｍ左右，后浇（下转第１３４页） 口豳囝口 表１振动周期、ｘ，Ｙ方向的平动系数、扭转系数 建筑结构 ３．３ ５结构整体抗倾覆 掇型号ｌ 周期 １ ｌ １．４４６２ ２ ｌ １．３８４４ 转角 ｛ 平动系数（ｘ＋Ｙ） ｌ 扭转系数 ４ｏ．７ｌ ｌ ０，９９（ｏ．５６＋０．４２） ｌ ０．Ｏ１ １３１．１８｛ １．Ｏ０（０．４３＋０．５７） ｌ ０．Ｏ０ 《高层建筑混凝土结构技术规程》要求高宽比不大于４的高层建筑，基础 底面零应力区面积不应超过基础底面面积的１５％，实际上是为了使高层建筑 在水平力和竖向荷载的作用下，其地基压应力不过于集中，使高层建筑具备 足够的抗倾覆安全储备。本工程抗倾覆验算结果见表３： 表３结构整体抗倾覆验算结果 抗倾覆力矩 ｘ风荷载 ２０１８７９１６．Ｏ Ｙ风荷载 ｌ２３ｉ７２４５．０ Ｘ地震 １９４５１０３０．０ Ｙ地震 １１８６７６４９，０ 倾覆力矩Ｍｏｖ 比值Ｍｒ／Ｍｏｖ 零应力区（％） １１２５９７．９ １２４００７．１ ７９６５１９．５ ７９８５１１．８ １７９ ２９ ９９．３３ ２４．４２ １４，８６ ０．ＯＯ Ｄ．ＯＯ Ｏ．ＯＯ Ｏ．０Ｏ ３ ｌ １．０３３９ ７６．１２ ｝０．０２（Ｏ．０１＋０．０１） ｌ ０．９８ 从表ｌ可以算出，本工程 ／７．Ｉ＝Ｏ．７１＜０．８５，满足高规要求。 ３ ３ ２位移比及层间位移角 位移比是指在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构 件最大的水平位移和层间位移与该楼层的平均值的比值。对于Ａ级高度高层 建筑，《高层建筑混凝土结构技术规程》要求不宜大于１．２，不应大于１．５。规范 位移比，实际上足为了结构平面布置的不规则性，避免产生过大偏 心而导致较大的扭转效应。本工程ｘ方向最大位移比１．１６，Ｙ方向最大位移比 ３．３ ６结构整体稳定 １．３８，均满足规范要求。规范对于框架一剪力墙结构的位移角限值为１／８００，本 Ｔ程ｘ方向最大层间位移角为１／８０７，Ｙ方向层问最大位移角为１／８２９，均满足 规范要求。 ３．３ ３底层框架部分承受的地震倾覆力矩比例及其影响 《高层建筑混凝土结构技术规程》控制刚重比，实际上是为 保证高层建 筑在风荷载或水平地震作用下，重力二阶效应不致过大，以免引起结构的失 稳、倒塌。本工程结构整体稳定验算结果如下： ｘ向刚重比ＥＪｄ／ＧＨ ２＝５．７１ Ｙ向刚重￣ＥＪｄ／ＧＨ＊＊２＝５．８１ 本Ｔ程中，底层框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩 的１０％但不大于５０％，按框架一剪力墙结构设计，ｗＶＯ２Ｑ．ＯＵＴ中的数据见表２： 表２规定水平力框架柱、墙地震倾覆力矩及百分比 该结构刚重Ｉ：ｔＥＪｄ／ＧＨ＊＊２大于１．４，能够通过高规（５．４．４）的整体稳定验算 该结构刚重￣ＥＪｄ／ＧＨ＊＊２大于２．７，可以不考虑重力二阶效应 ４．结束语 本文通过合理配置框架和剪力墙，可以使得两者的优点有机地结合起 来，发挥各自的优势。尤其在高层办公楼，酒店等公共建筑中，这种优势尤为 ３．３ ４各层框架总剪力调整 明显。同时笔者结合工程案例，分析了框架一剪力墙结构设计主要的控制点 及其原理，既是对工程的总结，也为今后的工作提供参考价值。 参考文献 《高层建筑混凝士结构技术规程》控制各层框架总剪力，实际上是为了保 证框架具备一定的抗侧力能力，实现多道抗震防线的概念设计要求。本工程 各层框架总剪力控制值（Ｉ￣ＩＪＰＫＰＭ所谓的０．２Ｖｏ调整）如下： ０．２Ｖｏｘ＝３０８６．４４１．５Ｖｘｍａｘ＝８９６５．５７ ０．２Ｖｏｙ＝３０９８．４０１．５Ｖｙｍａｘ＝８２４６．８０ ［１１建筑抗震设计规范ＧＢ５００１ １—２０１０ ｆ２］高层建筑混凝土结构技术规程Ｊｑ３ ２０１０ ［３］朱炳寅．高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析（２０１３，￣） 参考文献： ［１】李辉．钢结构设计的注意事项【Ｉ】ｌ科技与企业，２０１４，（０１） 计算软件对不满足控制值要求的楼层进行了调整。 （上接第１０７页）境、每一个因素都会影响整个设计的质量和效果，在进行设 计的过程中，必须要熟练的掌握相应的规范，把握好设计、制作、安装的各个 环节，从【 ｆ保证Ｔ 程的最终质量。就目前来看，钢结构的设计虽然取得了一定 的成绩，但仍存在着诸多的问题，为了能让钢结构保持高效的发展态势，就需 ［２】宋双宇：赵臣帅．浅谈钢结构设计步骤及注意事项［Ｊ１．四川建材，２０１１，（０４） ［３】樊永斌多层钢结构设计中的一些注意事项和经验Ⅱ】山西建筑，２０１３，（０７） 【４】刘明亮；王超；赵亮．浅谈钢结构设计 科技致富向导，２０１１，（０７） 【５】王爱华关于钢结构设计中应注意的几个问题【ｌ１现代经济信息，２０１３，（（）３） 要不断的进行改革创新，从而使所设计的作品经济、安全、实用，更好的满足 市场的需要。 ｃ上黼ｚ 页）四、结论 总之，在建筑行业的快速发展的今天，加强高层建筑结构抗震设计对提 高我围高层建筑领域的技能和水平，都有着重要的意义和作用。这就要建筑 行业不断突破创新，使抗震技术在高层建筑的发展趋于成熟，真正地促进我 （上接第１２９页）论是结构体系还是配套材料的使用，需要通过工程实践才能 得以更好应用和发展。 昙喜霎姜 业的新进 Ⅲ徐宜和，丁勇春高层建筑结构抗震分析和设计的探讨 江苏建筑２００４（３） ［２１５Ｉ￣建筑抗震设计【Ｍ】北京：中国建筑工业出版社，２００２ ［３】建筑抗震设计规范（ＧＢ５［）（】１１—２０１０）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１０ 结构在中国的快速发展。 参考资料： 实践是检验真理的最好途径，综上所述的变形分析和实验经验告诉我 们，即使在理论计算无可挑剔的情形下，通过实验还原现场找出设计软件或 规范所不能触及之暗角，以科学为本以事实为依据，深入细致地对从国外引 进的轻型住宅体系进行相关的实验和理论研究，才能更快更好地促进轻型钢 ［１】《建筑结构荷载规范》（ＧＢ５０００９—２００１）（ＧＢ５０００９—２０１２） 『２１｛冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢ５００１８—２００２） ［３１《轻型钢结构技术规程》ＤＧ／Ｔ１０８—２０８９—２０１２） ［４１《冷轧高强度建筑结构用薄钢板》（ｙＧ／Ｔ３７８—２０１２） （上接第１３０页）带应设置在结构受力较小部位处。后浇带的混凝土要提高一 级，增设加强钢筋，并在其两侧设置严密的铁丝网，目的是阻止外面的混凝土 渗透进来。而且整个施工的过程不能间断，否则会影响混凝土结构的质量。 ４结语 经过上文的分析，我们可以清楚的了解到，对于超长结构建筑，在没计中 大ｆ莳积混凝土浇筑以外的区域，要等到两周之后，用高膨胀混凝土填补缝 若采取相应的构造措施，在施＿Ｔ上加强管理，细心施工，是可以有效防止裂缝 隙。与此同时，带内还要带有钢板，并且要呈阶梯状分布，以便起到防水的作用。 的产生。所以，这种技术是切实可行的。 这种方法能让混凝土之间有不同的膨胀率，使得加强带的数值能达到 ６ Ｘ １ ０４，使得应力能够得到相应的补偿。从而有效的防止裂缝的产生。 ３ ７设计者从概念上进行抗裂设计 对于刚度大，长度较长的机构，对其单向板进行混凝土收缩应力的测试 和温度对其产生影响的分析，也是有必要性的。应进行温度应力分析。． 参考文献： 【１】吴开成，庄一舟，干钢大跨预应力超长结构无缝设计及控制研究Ｕ１空间结 构２０１２（０３１ ［２】陈尔葵．高层建筑无缝设计技术分析 建材与装饰（下旬刊）２０１３（０５） ’１３４‘
