建筑工程論文發表剪力墻結構的無縫設計要點

　　摘要：本文主要對高層建筑中超長框架剪力墻結構的無縫設計要點進行了詳細探討，并根據多年的設計經驗，提出了幾點設計措施和建議。伸縮縫不僅會影響建筑的整體性和美觀度，降低建筑結構的抗震性能，還會對防水、防風和保溫等建筑構造造成不便，因而控制不設縫的超長混凝土結構的溫度及收縮裂縫成為一個急需解決的課題。

　　關鍵詞：超長框架,剪力墻結構,無縫設計

　　引言：由于經濟的發展，加之土地資源寶貴，所以高層建筑更是如雨后春筍般速度發展，數量劇增。隨著我國建筑技術的發展，多高層的建筑應用范圍越來越廣泛，結構的多樣性和復雜性已成為結構工程師面臨的挑戰問題。根據溫度收縮裂縫產生的機理，提出幾點高層建筑中超長框架剪力墻結構無縫設計措施。

　　1減小抗側力構件的剛度

　　由于收縮應力和溫度應力主要是因混凝土收縮和溫度變化引起的變形受到約束而產生一個附加的應力，在適當減小豎向構件對樓蓋的約束強度的條件下，就可以相應地減小這個附加的應力。根據周比期的大小可采用相應的辦法調整位移比，調整結構外圍抗側力構件的剛度是控制位移比最有效的方法。

　　1.1 斷開二層樓面處的端部剪力墻與樓板

　　許多超長高層建筑由于兩端部的剪力墻井筒的存在，增大了結構的縱向剛度，所以縱向約束也更大，由于結構在溫度變化時的收縮受到強大的剪力墻的約束，所以會在底層及樓層中部產生大的溫度應力。由于溫度應力最大的就是在底層，所以減小剪力墻對樓板的約束，斷開二層樓面處兩端部的剪力墻與樓板，就可減小該處的溫度應力，同時剪力墻的計算高度變為二層后，在不過分降低結構抗震性能的情況下，減小了其約束剛度。高層建筑抗震設防要求端部必須設置剪力墻，并且絕大部分地震力由底部的剪力墻承擔。

　　1.2 削弱填充墻的剛度

　　雖然填充墻一般不考慮承擔地震作用，通常也不作為抗側構件參與計算，但嵌砌于梁柱之間的砌塊墻在正常使用狀態下的剛度都很大，加大了對樓扳在溫差下的變形約束，所以適當降低填充墻的剛度也對減小溫度應力有幫助。尤其是在當前的外墻大量開窗、墻體很少、內墻較多的高層建筑中，可考慮將混凝土砌塊填充墻改為ALC 板材，從而降低附加約束，減小了裂縫的發生幾率。

　　2.采取措施減小收縮量

　　混凝土收縮是混凝土結構產生早期裂縫的主要原因，可采取以下措施來防止此類裂縫。

　　2.1 優化混凝土的配合比

　　混凝土的主要成分的配合比對混凝土的收縮量又很大影響。由于水泥水化過程中會放出大量的水化熱，導致混凝土結構內外存在較大的溫差，所以水泥用量越多，水用量越多，收縮值越大。由于目前施工中多采用泵送混凝土，這對于混凝土的和易性和坍落度控制要求較高，并且高層建筑所用的混凝土標號較高，這些都可能最大水泥的用量，加大混凝土結構的收縮。所以設計者應在滿足強度要求的前提下，盡可能地降低混凝土的強度等級，并適當對柱的混凝土強度等級予以加強。

　　在混凝土中添加適量的外加劑可減少水泥用量，改善和易性，并且適當的膨脹也會抵消部分收縮應力，從而有效地預防和控制裂縫的產生。近兩年有在超長建筑結構中使用聚丙烯纖維改善混凝土性能，抑制裂縫的產生，提高了混凝土的斷裂韌性和抗滲、抗折性能。此外，在水泥中摻入適量的粉煤灰可減少水泥用量，選用合適的水泥品種、選用含泥量低的中砂等措施，都可在一定程度上減少裂縫的發生幾率。

　　2.2 留設后澆帶

　　混凝土收縮一般可分為三個階段：第一階段為早期裂縫活動期，會產生15%～25%的收縮量，主要發生在澆筑后10～30 天;第二階段可能出現中期裂縫，混凝土收縮完成60%～80%，發生在澆筑后3～6 個月;第三階段可能出現后期裂縫，收縮完成 95%，發生在澆筑一年后。由于混凝土收縮應力與其所受的約束和一次澆筑的長度有關，所受約束越強、一次澆筑的長度越長，累計收縮量越大，從而產生的收縮應力越大。故減小混凝土的連續澆筑長度可有效減小其收縮應力，合理設置后澆帶可減小混凝土澆筑的早期長度，并充分釋放混凝土早期收縮變形。在超長剪力墻結構中根據其具體長度來預留若干一定寬度的后澆帶，待其他部位混凝士澆筑完工并完成部分收縮量之后，大概在2～5 個月內封閉后澆帶。這種方法可大大減小收縮應力。

　　3.設置保溫隔熱層，降低溫差

　　當室外季節溫差或日夜溫差較大時，溫度變化會導致屋面板發生脹縮，但梁、柱、墻等由于處在室內而相對變形要小得多，它們對屋面板產生約束，導致后者不能自由變形，附加應力超過混凝土的抗裂強度時，裂縫便會產生。所以設計中一定要在屋面設置一定厚度的隔熱保溫層，以降低溫差引起的收縮裂縫。

　　3.1增強溫度、收縮應力的抵抗能力

　　采用以上各種措施之后，雖然能在一定程度上減小混凝土結構溫度、收縮應力，但各層樓板中還是存在不同程度的拉應力，局部拉應力仍大于混凝土的抗拉強度，進而導致結構構件的開裂。可在樓板、梁等構件的縱向設置鋼筋來抵抗拉應力，提高構件的抗拉能力。

　　3.2 增加普通鋼筋的數量

　　在鋼筋混凝土結構中，由于混凝土材料的非均質性，當構件受拉時，其截面中存在應力集中點，此處的變形趨勢最大，若結構內無鋼筋，變形達到極限時會出現裂縫。在混凝土結構中適當配筋，并且配筋量相同時，采用細而密的鋼筋，可增加鋼筋與混凝土的接觸面積，提高它們間的膠結力、摩擦力和機械咬合力，提高混凝士的極限拉應變，約束混凝土的塑性變形，分擔其內應力，有效達到減小裂縫發生、分散裂縫、控制裂縫尺寸的效果。

　　3.3 施加預應力

　　由于溫度變形的影響長期存在于建筑物中，對結構影響較大、最為明顯的就是在降溫下的樓板拉應力。可在結構中施加縱向預應力，抵消拉應力，以徹底解決溫度變形帶來的問題，控制樓板不發生肉眼可見裂縫。我國近年來已建成不少不設縫的超長混凝土結構工程，像首都國際機場停車樓262.8m×133.8m 不設縫，南京國際展覽中心270m×118m，北京東方廣場480m×190m 等等，它們都采用了無粘接預應力混凝土技術來控制結構裂縫。其作用原理為：在結構成型前沿結構長度方向建立一定數量的軸向預壓應力和應變，用來克服因混凝士收縮及季節溫降引起的結構收縮變形，抵消相應的拉應力，避免混凝土開裂。

　　總之，高層建筑超中長框架剪力墻結構的無縫設計是建筑的一種發展趨勢，為了較好地解決溫度收縮裂縫問題，我們建筑設計人員一定要了解結構裂縫產生機理，掌握各種減小結構裂縫設計的方法，并靈活運用于高層建筑超中長框架剪力墻結構的無縫設計中，使建筑結構設計更加安全合理。

　　4.總結：

　　由于高層建筑結構設計與高層建筑質量息息相關，直接影響到建筑物的使用安全，因此，高層建筑結構設計必須經過認真的分析研究。在進行高層建筑結構設計時，只有綜合考慮各項原則，結合建筑物的使用功能，對整體結構進行把握， 對結構設計中的重點以及特殊部位進行重點優化設計，才能確保高層建筑的使用安全、舒適，經濟合理。

　　參考文獻：

　　1.高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討，陳耀《福建建材》2011年 第04期

　　2.曹志遠,張耀勤;高層建筑空間結構動力計算的一種半解析方法[J];地震工程與工程振動;1983年03期

　　3.張偉林;高層建筑結構分析的矩陣傳遞法[J];安徽建筑工業學院學報;1995年01期

　　4.董軍;張系斌;羅興隆;;框架二階分析的高效非迭代方法[A];第六屆全國結構工程學術會議論文集(第一卷)[C];1997年

　　5.王玉琴;鋼框架的承載能力分析[D];西安建筑科技大學;2004年