结合实例分析超长钢筋混凝土结构设计

结合实例分析超长钢筋混凝土结构设计建材发展导向2011年02月园林,建筑,规划与结构设计

结合实例分析超长钢筋混凝土结构设计

陈宇佳

摘要:由于建筑物的特殊使用要求,在现代建筑设计中常常会遇到超长钢筋混凝土结构中无缝设计问题.在本文中,笔者结合实践

经验就此问题进行了较为深入的探讨.

关键词:超长;结构设计

1概述

要做到超长结构不出现有害裂缝,在设计上必须做到合理

配筋,采取适当的构造措施和补偿收缩混凝土的配合比保证足

够的限制膨胀率.根据现行《混凝土结构设计规范》GB5OOl0—

2002中对钢筋混凝土结构的最大伸缩缝间距作了相应的规定,

这项规定主要是考虑混凝土的收缩和温度变化引起的应力而做

出的.然而,在实际工程设计中,由于建筑使用功能要求不设或

少设伸缩缝,致使框架结构纵向长达100m左右,形成所谓的

“超长钢筋混凝土结构”;同样,根据现行混凝土规范,如有充分

依据和可靠措施时,伸缩缝最大间距可适当增大,因此,为保证

结构在”超长”的条件下仍能安全使用,不出现裂缝,一般可以选

择预应力混凝土和微膨胀混凝土(补偿收缩混凝土)两种方案,

下面就这两种方案分别论述.

2微膨胀混凝土(补偿收缩混凝土)的应用

使用微膨胀混凝土可以提高结构适应干缩和冷缩的性能,

只要微膨胀混凝土配比合适,施工养护得好,结构混凝土在3～

14d内膨胀性能即能有效发挥,由于微膨胀混凝土具有的膨胀

性能,混凝土在膨胀时受到钢筋的约束而在混凝土中建立起了

一

定的预压应力.当混凝土开始降温收缩与干缩时,结构为混凝

土的膨胀即可补偿其部分收缩;同时,当外界温度变化时,由于

钢筋混凝土的约束作用,使混凝土内部产生一定的温度应力,这

部分应力同样可由微膨胀混凝土的预压应力来平衡一部分,从

而防止混凝土开裂,真正起到补偿收缩的作用.

根据以往的工程经验和研究成果,考虑结构强度的安全,膨

胀也不能太大,经研究,若采用UEA替代水泥量1012%范围内

时,对强度不影响,其膨胀率为2xl04～3xl04,在配筋率p=0.2～

1.8%范围内时,可在结构中建立0.2～0.5MPa的预压应力,这一

预压应力大致可以补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的

拉应力,从而防止收缩裂缝,或把裂缝控制在无害裂缝范围内.

通过以上分析可以看到,微膨胀混凝土可以较好地补偿混

凝土的收缩应力,特别对于钢筋混凝土的地下室,规范允许的伸

缩缝间距仅30m(现浇式,处于室内或土壤中),随着我国建筑业

的发展,钢筋混凝土结构纵向长度达80～loom以上的建筑比比

皆是,设置后浇带以防止结构收缩开裂成为必要措施.然而,后

浇带特别是地下室后浇带给施工带来一定麻烦,工期延长,模板

周转,长时间降水等费用也急骤增加,而且还容易引起地下室后

浇带处的渗水问题,影响建筑物的使用,因此少设或不设后浇带

具有较大的技术经济和社会意义,因此微膨胀混凝土作为一种

补偿收缩应力的混凝土,已成功应用于结构设计中.

施工用补偿收缩混凝土,在水中14d的限制膨胀率为≥

1.5x10-4,限制干缩率为≤3.0x10一(空气中为28d),其28d抗压

强度为≥25MPa.限制膨胀率与干缩率的检验按《混凝土外加剂

应用技术规范》GB50119—2003附录B方法进行;抗压强度的试

验按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T5OO81进行.

采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土后,其相关构造钢筋及特

殊部位的附加钢筋应特别加强.混凝土的膨胀只有在限制条件

下才能产生预压应力,所以,构造钢筋及附加加强筋的合理放置

对混凝土有效膨胀能利用和分散收缩应力集中起到重要作用,

结构设计时应根据具体情况,采取相应的合理配筋,真正达到控

制结构有害裂缝的效果.

由于全埋式地下室和水工构筑物在使用期间长期处于地下

稳定的潮湿环境中,温度变化不大;大量工程实践表明,采用补

偿收缩混凝土后可增强结构自防水能力,同时地下室底板和侧

墙的后浇带最大间距可放宽至60m,后浇带的封闭时间也可相

应缩短至4周,真正做到地下室混凝土既质量可靠又方便施工,

满足目前建筑业的快速发展..

然而,微膨胀混凝土只能补偿混凝土早期的收缩,对混凝土

后期的收缩及温度变化引起的应力无计可施,特别是屋面,季节

变化及空调引起的室内外温差使混凝土产生较大的拉应力而开

裂,影响建筑物的正常使用,因此,预应力技术作为一种具有长

期的约束作用的技术被广泛应用到此类结构上来.

3无粘结预应力混凝土技术的应用

对于超长的混凝土框架的上部结构,为有效的控制好混凝

土后期的收缩及温差引起的混凝土内部拉应力,可通过张拉预

应力筋的回弹挤压,使混凝土截面受到某种量值与分布的内压

力,以全部抵消由混凝土收缩及温度变化引起的应力,满足建筑

物的使用要求.

对于抵消后期收缩及温差引起附加应力而设置的预应力

筋,其有效预压应力是不大的,国内外的工程经验表明,对于一

般的居住建筑和办公楼,楼屋面采用0.81.2N/mm2的有效预压

应力可取得令人满意的效果.同时,为简化计算模型,此预应力

仅用于抵消混凝土附加应力,不考虑其对构件承载能力的贡献,

故此种预应力筋一般采用直线型,直接置于梁板的形心处.

在实际工程设计中,为方便施工,简化锚固系统,将梁两侧

一

定范围内所需的预应力筋集中放置于纵向主次梁内,主次梁

?33?

园林,建筑,规划与结构设计建材发展导向2011年02月

计算计算截面采用T形截面,其翼缘宽度取纵向梁的间距,但不

得大于1/3(L0为梁的计算跨度).

根据我们的工程经验,对于一般的超长结构,应布置成单向

梁格,次梁的布置应沿着纵向,而作为主要承重的主梁则沿着横

向布置,承受次梁传来的荷载,这样纵向梁的间距不至太大,能

有效地约束未设置预应力筋的混凝土板.一般纵向梁间距控制

在2-3m之问,且纵向梁应尽量贯通,以减少锚具数量,方便预

应力张拉.

下面就笔者在多年的结构设计生涯中具体采用的工程实例

分述如下:

工程实例1:某公司一期工程厂办大楼项目,横向长度

50m,纵向长度100m,柱网尺寸为10mxl0m,共2层,局部3层,

楼面使用荷载为4.0kN/m2,屋面(上人屋面兼设备检修)使用荷

载为2.0kN/m,纵向梁间距2.5m,纵向梁截面尺寸为300ram~

750ram,其计算简图如图】.

}1I.I

IE量异I

图1实例l纵向梁计算简图

A=300x750+2200x100=445000mm

v:—

30—

0—

x—

7—

50—

~—

37—

5+2—

2—

00—

x——

100—

x7—

00—

:535.7n1m445000.……

实取y=535mm

预应力筋总长L=100500mm,二端张拉,C40混凝土,采用

15高强低松弛钢铰线,=1860MPa,摩擦系数k=0.004,u=

0.12,张拉控制应力盯=0.7=1300N/mm,弹性模量E=1.95~

10N/mm,Av=139.98mm.

(1)张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的损失l=19.4N/mmz;

(2)预应力筋与孔道壁之间的摩擦损失Or~=236.7N/mm2:

(3)预应力钢筋的应力松弛损失=32.5N/mm2;

(4)混凝土的收缩和徐变引起的损失~=36kN/mm2.

总损失值XOrL=19.4+236.7+32.5+36=324.625%or,~

Or=1300—324.6=975.4N/mm

平均叮=975.4x4x139.98/445000:I.2273N/Inm2

实际设计中,边梁因其截面面积较小,采用3一il5,其余粱

均采用4一15高强低松弛钢铰线,而且因屋面受温度变化影响

比楼面大,故屋面梁预应力筋的张拉控制应力采用0.7,而楼

面仅采用0.65.

工程实例2:某公司新区厂办公楼项目,横向长度为61.8m,纵

向长度为100.5m,柱网尺寸为7.5mxl0m,共3层局部4层,楼面使

用荷载为20.0kN/m,屋面荷载同工程实例l,纵向梁间距25m,楼

面纵向梁截面尺寸为350mmx800mm,其计算简图如图2.

A:(2500—350)x120+350x800=538000mm2

～

350x800x400+(2500—350)X120x(800—120/2)

r5O66～

=563.05mm

预应力总长L=101100

?

34?

}1

睦圭●窖

嚣∞

H_——_——

盥堕

图2实例2纵向梁计算简图

二端张拉,Or~=0.7fE~=1300N/mm

4一i15,C40混凝土.

仃【.】=19.3N/mm

盯【2=236.865N/mm.

Or=32.55N/mm

Oru=27.0N/mm

XgL=19.30+236.865+32.55+27=315.7N/mm=24.3%or

Or~=1300—315.7=984.3N/mm

平均~=984.3x4xl39.98/538000=1.0244N/mm

工程实例3:某公司办公楼,横向37.2m,纵向100.5m,地下

1层,地上4层,柱网尺寸为8.1mx8.1m,楼面使用荷载为2.5kN/

mz+1.5kN/m,屋面使用荷载为1.5kN/m2,纵向梁间距为2.7m,纵

向梁截面尺寸为350mmx600mm,其计算简图如下:

I

I—

—L—

l

图3实例3纵向梁计算简图

A=350x500+2700xl00=445000

v:—

35—

0x

—

500x250—

+2700x1—

00x—

55—

0—

:432mm445000……

张拉控制应力盯:0.65,=1209N/mm2

L=94500mm

(1)Or,=20.635N/mm

(2)Or,=223.9N/mm2

(3)OrI4=32.5N/mm

(4)OrI=34.04N/mm

XorL--20.635+223.9+32.5+34.04=311.07N/mm一24%or~n

=1300-3l1.07=988.93N/mm

平均=.!98_=1.2443N/mm

当主体结构中长期设置无粘结预应力筋后,由于锚具周围

混凝土局部应力集中,结构设计时应采取有效措施来加强构造

配筋,确保其安全可靠.一般主体结构混凝土强度等级为C40,

纵向肋梁及现浇板的配筋率应适当提高,有条件时通长钢筋

宜I>0.5%,两端锚固区的竖向构件配筋至少加大一级,顶层柱更

应加强,箍筋宜全柱加密.无粘结预应力筋张拉完毕后,应及时

对锚固区进行保护,根据《预应力混凝土结构抗震设计规程》

JGJ14O一2004,后张预应力筋的锚具不宜设置在梁柱节点核心区

内,因此一般采用后浇的钢筋混凝土外包圈梁进行封闭,同时结

建材发展导向2011年()2月园林,建筑,规划与结构设计

城镇建设规划中的城市应用

李志媚

(福建省莆田市)

摘要:依据我国对小城镇规划编制特征分析,从城镇整体物质形象,人文形象,结构关系的建构等方面来探讨小城镇建设规划中的

城市设计内容,进一步深入小城镇建设和规划内涵,从而使小城镇建设规划更具有科学性和合理性.

关键词:城镇建设;规划设计

引言1小城镇整体物质形象空间的塑造

小城镇建设与规划是综合性的,对全面的城镇建设方案,不

仅涉及小城镇的用地,而且与小城镇的功能,经济,空间,形体和

环境等都有大关系,并侧重于长远性,指导性以及政策性.

对城镇建设设计以提高和改善空问环境质量为目标,满足

居民心理和行为等方面的需求,追求舒适且有人情味的空间.在

镇区建设规划阶段,城镇建设规划为城市设计提供指导和框架,

城市设计为城镇建设规划创造空间和形象,使小城镇建设规划

和城市设计统一于一个完整的规划过程中.小城镇建设规划是

从整体上对小城镇的用地进行布局,因此,小城镇建设规划中的

城市设计目的主要是关注小城镇整体方面的问题,从小城镇环

境的整体性出发,使小城镇形成良好的整体空问特征.现仅从城

镇整体物质形象的塑造,小城镇整体人文形象的塑造及小城镇

整体结构关系的建构等方面来探讨小城镇建设规划中的城市设

计问题,目的是有助于小城镇建设规划内容的进一步深化.

+

合建筑立面隐蔽处理.

考虑混凝土施工期间的收缩及温度变化,适当节省预应力

筋,依据”抗”与”放”相结合的原则,施工期间可设置后浇带(1m

宽),以释放大部分混凝土收缩引起的应力(一般按50%考虑),

然后采用后张预应力筋技术来抵抗后期混凝土收缩及温度变化

引起的应力,彻底解决超长结构(宜≤10Ore)不设缝的问题.

除此之外,要做到超长结构不出现有害裂缝,除了在设计上

合理配筋,采取适当的构造措施和补偿收缩混凝土的配合比保

证足够的限制膨胀率外,施工的管理和措施更是关键所在.

以上工程实例2,3均早已竣工,目前已投入使用达5年以

上(由于建设方投资问题,工程实例1尚未施工),且经多次现场

踏勘,该两栋建筑的主体结构完好无损,说明无粘结预应力混凝

土技术在上部结构中的运用是有效可靠的,特别对于100m左

右的超长结构是完全适用的.

4结束语

通过以上的分析与计算可以得出:微膨胀混凝土可以较好

地补偿混凝土早期收缩及温差引起的拉压力,特别对于地下室

结构,可以增加伸缩缝的最大间距,少设或不设后浇带,但对混

凝土后期的收缩及温度变化引起的应力无计可施,特别是屋面

等温差变化大的结构已不再适用.而无粘结预应力筋的设置可

1.1小城镇的主要公共空间

传统的小城镇除街道空间外,往往缺乏良好的公共空问.小

城镇建设规划中的城市设计要注重小城镇的重要公共建筑空

间,街道空间,广场空间及河流绿地等公共性空间的营造.

(1)城市设计要结合建筑的功能,用地的性质以及人流活动

规律来形成不同功能和不同性质的小城镇公共活动空间,如居

民公共活动空间,交通空问及自然风光地带等,从而满足小城镇

居民多种活动方式的需要.居民的公共活动空间要结合主要的

公建如活动中心和商业建筑