談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育?？茖嵙?xí)報告題目：談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀學(xué)生姓名吳魯批次2013春專業(yè)土木工程學(xué)號1311120310820學(xué)習(xí)中心北京財貿(mào)干校學(xué)習(xí)中心2015年5月內(nèi)容摘要近幾年，由于我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，使得我國高層建筑發(fā)展也非常迅速，同時，設(shè)計思路也都在持續(xù)的變化和更新。結(jié)構(gòu)體系正朝著多樣化的方向發(fā)展。而在高層建筑中，最常用的結(jié)構(gòu)就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是框架—剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，這是因為此結(jié)構(gòu)體系不僅可以靈活布置功能空間，而且也有很大的側(cè)向剛度。現(xiàn)如今，早已廣泛推廣和使用。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)體系以及建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要點進(jìn)行了深入的探討，并重點對混凝土工程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。現(xiàn)如今，高層建筑使用的結(jié)構(gòu)類型、材料、施工工藝等和多次建筑有很多共同點。然而，由于高層建筑和多次建筑相比要高很多，因此，高層建筑承受的荷載就越大。所以，在高層建筑過程中，使用的結(jié)構(gòu)類型、材料、施工工藝等也會有一些不同。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)體系以及建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要點進(jìn)行了深入的探討，并重點對混凝土工程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。（一）建筑的結(jié)構(gòu)體系分析1.框架結(jié)構(gòu)高層建筑的框架結(jié)構(gòu)主要有三部分組成，即框架梁、柱以及樓板。如果柱網(wǎng)布置的更加合理、科學(xué)，因此，使用空間也就越大，延性就會越好。如果橫向側(cè)移度很小，在受到水平力后，側(cè)向變形的特征表現(xiàn)為剪切型，此種類型比較適合于空間較大而且樓層數(shù)不是太多的建筑中，比如：車站、商場等。1.1.框架結(jié)構(gòu)簡析框架是由橫梁和立柱聯(lián)合組成能同時承受豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在一般的工業(yè)和民用建筑中，框架的橫梁和立柱都是剛性連接的，它們間的夾角在受力前后是保持一致的。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是由樓板、粱、柱及基礎(chǔ)四種承重構(gòu)件組成的，由主梁、柱與基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，各平面框架再由連續(xù)梁連接起來而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)是一種常用的結(jié)構(gòu)形式，具有傳力明確、結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點，目前已被廣泛地應(yīng)用于各類多層的工業(yè)與民用建筑中1.2.框架結(jié)構(gòu)的特點鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由梁和柱剛性連接的骨架所組成，框架的連接點是剛節(jié)點，是一個幾何不變體。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種抗震、抗風(fēng)較好的結(jié)構(gòu)體系，建筑平面布置靈活，使用空間大，延性較好易于滿足建筑物設(shè)置大房間的要求，還可以減輕建筑物的重量，在現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑中被廣泛應(yīng)用。1.3.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（1）鋼框架結(jié)構(gòu)是以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。具有以下特點：自重較輕，工作的可靠性較高，抗震性、抗沖擊性好，工業(yè)化程度較高，容易做成密封結(jié)構(gòu)，易腐蝕，耐火性差等特點。（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是用鋼筋和混凝土建造的一種結(jié)構(gòu)，鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。具有堅固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點。由于鋼材塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載，其次鋼材勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定，因此，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能好。1.4.框架結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的問題（1）結(jié)構(gòu)平面、豎向布置梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，除應(yīng)滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應(yīng)注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1，以達(dá)到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有屈服，節(jié)點仍處于彈性工作階段的目的，即規(guī)范所要求的“強柱弱梁強節(jié)點”。為了保證框架結(jié)構(gòu)的抗震安全，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性及耗能等性能。設(shè)計中應(yīng)合理地布置抗側(cè)力構(gòu)件，減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減?。ú粦?yīng)在同一層同時改變構(gòu)件的截面尺寸和材料強度），避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變?？蚣芙Y(jié)構(gòu)宜設(shè)計成雙向梁柱剛架體系以承受縱橫兩個方向的地震作用或風(fēng)荷載。特殊情況下也可以采用一向為剛架，另一向為鉸接排架的結(jié)構(gòu)體系。但在鉸接排架方向應(yīng)設(shè)置支撐或抗震墻，以保證結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和穩(wěn)定。（2）框架柱配筋的調(diào)整框架柱的配筋率一般都很低，有時電算結(jié)果為構(gòu)造配筋，但是實際工程中應(yīng)注意一些薄弱環(huán)節(jié)的配筋。因為在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭轉(zhuǎn)剪力最大，同時又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài)，所以其震害重于內(nèi)柱。對于質(zhì)量分布不均勻的框架尤為明顯。因此，應(yīng)選擇最不利的方向進(jìn)行框架計算。另外，也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側(cè)面的配筋，取其較大值，并采用對稱配筋的原則。為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強度要求，在配筋計算時應(yīng)注意以下問題：①角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產(chǎn)生偏心受拉時，其柱內(nèi)縱筋應(yīng)加強。②框架柱的配筋可加強，滿足概念設(shè)計中的強柱弱梁原則?？蚣苤墓拷钚问綉?yīng)選用菱形或井字形，以增強箍筋對混凝土的約束。③對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接，且當(dāng)柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時，箍筋的直徑不應(yīng)小于8，并應(yīng)焊接。2.剪力墻體系如果全是由平面剪力墻構(gòu)件構(gòu)成受理主體結(jié)構(gòu)時，就形成了剪力墻體系。在高層建筑中，應(yīng)用剪力墻體系具有很多好處，例如：此體系水平荷載與豎向荷載的能力都是非常大的，建筑整體的性能良好，而且側(cè)向剛度也較大，側(cè)移量不是很大，它的位移是彎曲型的。然而，此結(jié)構(gòu)體系不適合用于賓館和宿舍中。3.框架——剪力墻體系如果框架與剛度都不能滿足設(shè)計要求時，通常會在建筑平面和合適的位置設(shè)立很大的剪力墻來替代一部分框架結(jié)構(gòu)，這就是我們所說的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在受到水平力作用時，框架與剪力墻借助剛度較強的樓板和連梁組成共同合作的結(jié)構(gòu)體系。然而，在此結(jié)構(gòu)體系中，框架承受的是垂直荷載，而剪力墻承受的是水平剪力。此種體系的位移曲線是彎剪型的。在此體系中再加入剪力墻，就會大大增加了高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，從而減小建筑物的水平位移，而且，整個框架結(jié)構(gòu)所承受的水平剪力都會明顯的降低，同時，豎向的內(nèi)力分布比較均勻，因此，框架—剪力墻體系的建筑高度都要比框架體系、剪力墻體系要大很多。此結(jié)構(gòu)體系主要應(yīng)用在辦公室或者是住宅。4建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點分析4.1水平荷載逐步成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素在低層建筑住宅中，通常是以重力為代表的豎向荷載控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；但是，在高層建筑住宅中，雖然豎向荷載會對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的影響，但是，卻不是主要的控制因素，水平荷載是最主要的控制因素。針對有些建筑來說，豎向荷載基本上是一個定值；有時，水平荷載會受風(fēng)荷載以及地震作用的影響，豎向荷載數(shù)值隨著動力特性的不同出現(xiàn)不同幅度的變化。4.2軸向變形不容忽視如果在高層住宅中使用了框架體系或者是框架—剪力墻體系，其框架中線軸壓應(yīng)力要比邊柱的大很多，那么，中柱的軸向壓縮變形也就比邊柱的要大。如果建筑的高度較高時，其差異軸向變形的數(shù)值就會變得更大，這樣一來，會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，此后果的嚴(yán)重性等同于連續(xù)梁中間支座發(fā)生的沉陷，因而，在連續(xù)梁中間的支座處負(fù)彎矩值就會大大減小，相應(yīng)的，跨中正彎矩值與端支座負(fù)彎矩值也就變得更大。4.3側(cè)移成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的指標(biāo)高層建筑和低層建筑的結(jié)構(gòu)有很大的不同。在高層建筑中，結(jié)構(gòu)側(cè)移是建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的最主要的因素。近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，人們對房屋的需求越來越大，這樣一來，為了節(jié)省土地資源，就會不斷的增加房屋的高度，那么，高度大大增加，水平荷載結(jié)構(gòu)側(cè)移變形也就會逐漸增大，一般來說，高層建筑住宅結(jié)構(gòu)的頂點側(cè)移是和住宅高度的四次方程正比關(guān)系的。如果建筑物是小高層時，建筑物的結(jié)構(gòu)不盡要有較大的強度，同時，還必須有較強的抗側(cè)移剛度，這樣一來，可以將受水平荷載作用產(chǎn)生的側(cè)移有效的控制在允許的范圍內(nèi)。其原因主要有三點：第一，如果出現(xiàn)很大的側(cè)移，那么，人就會感覺非常不舒服，進(jìn)而影響房屋的使用；第二，發(fā)生較大的側(cè)移會導(dǎo)致圍護(hù)墻和高檔的裝飾材料產(chǎn)生裂縫和破損的現(xiàn)象，而且，嚴(yán)重的可能會使電梯軌產(chǎn)生變形，從而不能使電梯正常的運轉(zhuǎn)下去；第三，側(cè)移量較大有可能會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，如果側(cè)移量和附加內(nèi)力都很大，切一直循環(huán)下去，就有可能會導(dǎo)致建筑發(fā)生坍塌。5混凝土工程5.1混凝土運輸在施工過程中，運輸零星混凝土或者是墊層混凝土?xí)r，通常會使用塔吊和手推車運輸將混凝土運輸?shù)綕仓胤?。然而，結(jié)構(gòu)混凝土運輸是通過混凝土輸送泵來完成運輸工作的。5.2混凝土進(jìn)場驗收混凝土在進(jìn)入施工場地之前，必須要控制塌落度值，攪拌機(jī)中混凝土的塌落度不能低于150mm。廠商經(jīng)過認(rèn)真考慮，認(rèn)為混凝土的塌落度應(yīng)該要大一些，這主要是因為在運輸混凝土的過程中，塌落度會有所損失，這樣一來，就要求攪拌機(jī)到達(dá)施工現(xiàn)場后的混凝土塌落度不能低于180mm，確保混凝土進(jìn)入混凝土泵的塌落度不低于150mm,從而有效的避免混凝土堵塞混凝土泵。如果出現(xiàn)混凝土的塌落度不夠的情況，不能隨便加水來達(dá)到增大混凝土塌落度的目的。在運輸混凝土的車上要備有水泥漿，并且要求水灰比和混凝土相同，這樣一來，在混凝土的塌落度不夠時，就可以向其中加入同等比例的水泥漿，增加混凝土塌落度。由于水灰比的準(zhǔn)確度對混凝土的強度是非常重要的，因此，其混凝土的水灰比應(yīng)該在實驗室中進(jìn)行準(zhǔn)確測量。5.3施工縫留設(shè)與處理縫的大小要結(jié)合其設(shè)計要求來設(shè)置，通常情況下，主體結(jié)構(gòu)水平施工縫要在樓面與樓板下約100mm處預(yù)留出。在封模之前，必須要把結(jié)合處的水泥漿、石子和焊渣等都清除干凈，在澆筑混凝土前，還應(yīng)該用水澆筑濕潤，與此同時，還要鋪大約20mm的水泥漿，然而，再向上澆筑混凝土，在澆筑的同時還要振搗，這樣使鋪設(shè)的混凝土變得更結(jié)實和均勻。5.4混凝土養(yǎng)護(hù)在澆筑混凝土的12個小時內(nèi)必須要在表面加以覆蓋，同時還要定期噴水養(yǎng)護(hù)。平均每天的澆水次數(shù)不固定，但是，必須要保持混凝土表明的濕潤；當(dāng)氣溫低于5度時，就不需要澆水。事實上，對混凝土的澆筑有很高的要求。例如：混凝土養(yǎng)護(hù)必須要用明水，這樣一來，混凝土才不容易出現(xiàn)裂縫或者開裂?；炷帘砻娴乃芰媳∧け仨氁軐崳⑶医挥蓪Ｈ藵菜?。6.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)冬期施工的問題冬期施工首先要編制冬期施工技術(shù)措施與方案。編制冬施技術(shù)措施與方案一定要結(jié)合實際統(tǒng)籌兼顧，做到科學(xué)合理，全面、具體、適用，確保冬施質(zhì)量。做好室外氣溫與周圍環(huán)境溫度測量，以便及時掌握冬施的開始時間。在施工現(xiàn)場有代表性的位置設(shè)置測溫點，定時定點每晝夜測溫不少于4次，求出平均溫度并做好統(tǒng)計與記錄。量混凝土出罐、人模溫度。每一工作班不少于4次。混凝土養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)符合下列要求：應(yīng)在易于散熱的部位設(shè)置測溫孔(孔深宜為10cm～15cm，也可為墻厚的l／2或板厚的l／2)，全部測溫孔均應(yīng)編號。并繪制測溫孔布置圖：測量混凝土溫度時，溫度計應(yīng)采取措施與外界氣溫隔離，溫度計留置在測溫孔內(nèi)的時間不應(yīng)少于3min，在達(dá)到臨界強度以前每2h測量一次。以后每6h測量一次，防止混凝土早期受凍。從施工實踐來看，混凝土工程冬期施工一般宜優(yōu)先選用綜合蓄熱法，其施工簡單，經(jīng)濟(jì)合理且易于保證質(zhì)量。綜合蓄熱法即根據(jù)室外及周圍環(huán)境溫度摻加早強防凍劑，同時對混凝上及時進(jìn)行保溫覆蓋，充分利用預(yù)加熱量和混凝土在硬化過程中放出的水化熱，防止熱量過快損失，減緩混凝土的冷卻速度。使混凝土在正常溫度條件下達(dá)到預(yù)定的設(shè)計強度。在城市小區(qū)群體工程建設(shè)中。由于受現(xiàn)場場地條件限制以及文明旌工和減少環(huán)境污染等方面考慮通常都采用泵送商品混凝土，所以，在冬期施工混凝土的配制方面主要由商品混凝土廠家來具體控制。施工現(xiàn)場主要是控制混凝土拌臺物出機(jī)溫度不宜低于lO℃，入模溫度不得低于5℃。冬期施工混凝土的養(yǎng)護(hù)嚴(yán)禁澆水且混凝士外露表面必須及時覆蓋，覆蓋層的厚度應(yīng)根據(jù)熱工計算確定。混凝土的初期養(yǎng)護(hù)溫度不得低于防凍劑的規(guī)定溫度，達(dá)不到規(guī)定溫度時應(yīng)立即采取保溫措施。結(jié)束語：總體來說，近幾年，由于我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，使得我國高層建筑發(fā)展也非常迅速。再加上，由于人們生活水平的進(jìn)一步提高，因此，對建設(shè)住宅的要求也越來越高，并且設(shè)計思路也都在持續(xù)的變化和更新。結(jié)構(gòu)體系正朝著多樣化的方向發(fā)展。如果高層建筑的高度在50m以內(nèi)，那么，就可以結(jié)合施工現(xiàn)場的條件，施工體系有多種選擇，一旦高層建筑物的高度超過了50m，通常我們會采用剪力墻或者是筒體結(jié)構(gòu)體系。現(xiàn)如今，此結(jié)構(gòu)體系已被廣泛推廣和使用，它不僅可以靈活布置功能空