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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-08-24浏览：27次
摘要：本文主要对高层建筑中超长框架剪力墙结构的无缝设计要点进行了详细探讨，并根据多年的设计经验，提出了几点设计措施和建议。
关键词：超长框架；剪力墙结构；无缝设计
在以往的超长框架剪力墙结构中，工程上常采用设伸缩缝的方法来减轻温度及收缩裂缝，我国规范也规定现浇混凝土框架结构长度超过55米就要设伸缩缝。而设伸缩缝不仅会影响建筑的整体性和美观度，降低建筑结构的抗震性能，还会对防水、防风和保温等建筑构造造成不便，所以越来越多的业主和建筑师要求超长混凝土结构不设缝。但建筑的结构越长，温度及收缩变形越大，也更易引起结构开裂，影响正常使用。因而控制不设缝的超长混凝土结构的温度及收缩裂缝成为一个急需解决的课题。下面笔者将根据温度收缩裂缝产生的机理，提出几点高层建筑中超长框架剪力墙结构无缝设计措施。
1减小抗侧力构件的刚度
由于收缩应力和温度应力主要是因混凝土收缩和温度变化引起的变形受到约束而产生一个附加的应力，那么在适当减小竖向构件对楼盖的约束强度的条件下，就可相应地减小这个附加的应力。
1.1断开二层楼面处的端部剪力墙与楼板
许多超长高层建筑由于两端部的剪力墙井筒的存在，增大了结构的纵向刚度，纵向约束也更大，结构在温度变化时的收缩受到强大的剪力墙的约束，便会在底层及楼层中部产生大的温度应力。由于温度应力最大的就是在底层，所以减小剪力墙对楼板的约束，断开二层楼面处两端部的剪力墙与楼板，就可减小该处的温度应力，同时剪力墙的计算高度变为二层后，在不过分降低结构抗震性能的情况下，减小了其约束刚度。高层建筑抗震设防要求端部必须设置剪力墙，并且绝大部分地震力由底部的剪力墙承担。
1.2削弱填充墙的刚度
虽然填充墙一般不考虑承担地震作用，通常也不作为抗侧构件参与计算，但嵌砌于梁柱之间的砌块墙在正常使用状态下的刚度都很大，加大了对楼扳在温差下的变形约束，所以适当降低填充墙的刚度也对减小温度应力有帮助。尤其是在当前的外墙大量开窗、墙体很少、内墙较多的高层建筑中，可考虑将混凝土砌块填充墙改为ALC板材，从而降低附加约束，减小了裂缝的发生几率。
2采取措施减小收缩量
混凝土收缩是混凝土结构产生早期裂缝的主要原因，可采取以下措施来防止此类裂缝。
2.1优化混凝土的配合比
混凝土的主要成分的配合比对混凝土的收缩量又很大影响。由于水泥水化过程中会放出大量的水化热，导致混凝土结构内外存在较大的温差，所以水泥用量越多，水用量越多，收缩值越大。由于目前施工中多采用泵送混凝土，这对于混凝土的和易性和坍落度控制要求较高，并且高层建筑所用的混凝土标号较高，这些都可能最大水泥的用量，加大混凝土结构的收缩。所以设计者应在满足强度要求的前提下，尽可能地降低混凝土的强度等级，并适当对柱的混凝土强度等级予以加强。
在混凝土中添加适量的外加剂可减少水泥用量，改善和易性，并且适当的膨胀也会抵消部分收缩应力，从而有效地预防和控制裂缝的产生。近两年有在超长建筑结构中使用聚丙烯纤维改善混凝土性能，抑制裂缝的产生，提高了混凝土的断裂韧性和抗渗、抗折性能。此外，在水泥中掺入适量的粉煤灰可减少水泥用量，选用合适的水泥品种、选用含泥量低的中砂等措施，都可在一定程度上减少裂缝的发生几率。
2.2留设后浇带
混凝土收缩一般可分为三个阶段：第一阶段为早期裂缝活动期，会产生15％～25％的收缩量，主要发生在浇筑后10～30天；第二阶段可能出现中期裂缝，混凝土收缩完成60％～80％，发生在浇筑后3～6个月；第三阶段可能出现后期裂缝，收缩完成95％，发生在浇筑一年后。由于混凝土收缩应力与其所受的约束和一次浇筑的长度有关，所受约束越强、一次浇筑的长度越长，累计收缩量越大，从而产生的收缩应力越大。故减小混凝土的连续浇筑长度可有效减小其收缩应力，合理设置后浇带可减小混凝土浇筑的早期长度，并充分释放混凝土早期收缩变形。在超长剪力墙结构中根据其具体长度来预留若干一定宽度的后浇带，待其他部位混凝士浇筑完工并完成部分收缩量之后，大概在2～5个月内封闭后浇带。这种方法可大大减小收缩应力。
3设置保温隔热层，降低温差
当室外季节温差或日夜温差较大时，温度变化会导致屋面板发生胀缩，但梁、柱、墙等由于处在室内而相对变形要小得多，它们对屋面板产生约束，导致后者不能自由变形，附加应力超过混凝土的抗裂强度时，裂缝便会产生。所以设计中一定要在屋面设置一定厚度的隔热保温层，以降低温差引起的收缩裂缝。
4增强温度、收缩应力的抵抗能力
采用以上各种措施之后，虽然能在一定程度上减小混凝土结构温度、收缩应力，但各层楼板中还是存在不同程度的拉应力，局部拉应力仍大于混凝土的抗拉强度，进而导致结构构件的开裂。可在楼板、梁等构件的纵向设置钢筋来抵抗拉应力，提高构件的抗拉能力。
4.1增加普通钢筋的数量
在钢筋混凝土结构中，由于混凝土材料的非均质性，当构件受拉时，其截面中存在应力集中点，此处的变形趋势最大，若结构内无钢筋，变形达到极限时会出现裂缝。在混凝土结构中适当配筋，并且配筋量相同时，采用细而密的钢筋，可增加钢筋与混凝土的接触面积，提高它们间的胶结力、摩擦力和机械咬合力，提高混凝士的极限拉应变，约束混凝土的塑性变形，分担其内应力，有效达到减小裂缝发生、分散裂缝、控制裂缝尺寸的效果。
4.2施加预应力
由于温度变形的影响长期存在于建筑物中，对结构影响较大、最为明显的就是在降温下的楼板拉应力。可在结构中施加纵向预应力，抵消拉应力，以彻底解决温度变形带来的问题，控制楼板不发生肉眼可见裂缝。我国近年来已建成不少不设缝的超长混凝土结构工程，像首都国际机场停车楼262.8m×133.8m不设缝，南京国际展览中心270m×118m，北京东方广场480m×190m等等，它们都采用了无粘接预应力混凝土技术来控制结构裂缝。其作用原理为：在结构成型前沿结构长度方向建立一定数量的轴向预压应力和应变，用来克服因混凝士收缩及季节温降引起的结构收缩变形，抵消相应的拉应力，避免混凝土开裂。
总之，高层建筑超中长框架剪力墙结构的无缝设计是建筑的一种发展趋势，为了较好地解决温度收缩裂缝问题，我们建筑设计人员一定要了解结构裂缝产生机理，掌握各种减小结构裂缝设计的方法，并灵活运用于高层建筑超中长框架剪力墙结构的无缝设计中，使建筑结构设计更加安全合理。
参考文献：
1高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨，陈耀《福建建材》2011年第04期
《刍议超长框架剪力墙结构的无缝设计要点》
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文章名称： 刍议超长框架剪力墙结构的无缝设计要点
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