【摘 要】湖南某綜合樓工程空間變化多樣，結(jié)構(gòu)超長，屬于平面、立面均不規(guī)則的較復(fù)雜的多層建筑。本文分析了該綜合樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在一些關(guān)鍵問題，提出利用超長無縫技術(shù)、緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)、現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)解決超長和大跨度問題，增強結(jié)構(gòu)整體性和抗扭剛度，實現(xiàn)了較好的抗震性能，獲得了較好的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；主要問題；超長；大跨度；施工技術(shù)

1、工程概況

湖南某綜合性辦公樓，鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)。總建筑面積約為38500m2，其中地下面積約為11000m2，地上面積約為27500m2。建筑物長100m，寬55m，地下2層，地上5層，建筑總高度為22.2m。建筑空間多變：內(nèi)部設(shè)有4個從地下1層至頂部的中庭，各功能用房圍繞中庭布置，最大限度地實現(xiàn)了建筑的直接通風(fēng)采光，建筑中央?yún)^(qū)域1～4層為兩個2層高的特種大廳，跨度為23.4m×23.4m，1～2層門廳局部柱抽空，形成23.4m×15.6m的大空間。整個建筑物沉穩(wěn)大氣、厚重質(zhì)樸，與所在區(qū)域的空間特點及傳統(tǒng)風(fēng)貌達(dá)到了很好的融合。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計主要問題及處置技術(shù)措施

建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，場地類別為II類，抗震設(shè)防類別為丙類。地下1層頂板為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，地下2層抗震等級三級，其余層抗震等級二級。

2.1 超長無縫施工技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用

由于建筑平面布置和立面造型的要求，未設(shè)伸縮縫，而工程總長100m，遠(yuǎn)超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010規(guī)定的框架－剪力墻結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距45～55m的限制。采用傳統(tǒng)的后澆帶雖較為經(jīng)濟，但施工周期長，還易留下滲水隱患等不利因素。鑒于本工程施工工期短等原因，采用超長無縫技術(shù)解決結(jié)構(gòu)不設(shè)縫問題。

影響混凝土裂縫的原因是多方面的，主要涉及材料、施工和設(shè)計三大方面。對超長結(jié)構(gòu)，通過對混凝土每種組成材料及其性能的控制，配套相應(yīng)的施工措施，并采取必要的構(gòu)造措施，可對結(jié)構(gòu)的裂縫進(jìn)行有效的控制。

2.1.1 混凝土原材料

選擇嚴(yán)格控制水泥、砂、石、泵送劑和摻合料的性能，以降低混凝土的水化熱，減少混凝土的收縮性。

（1）水泥 由于大體積混凝土厚度較大，水泥在水化過程中產(chǎn)生大量熱量，聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不容易散發(fā)，使混凝土內(nèi)部溫度升高，因此在施工中選擇水化熱較低的水泥以及盡量減小單位水泥用量，有資料表明每減少單位用量10KG可降低溫度1℃。

（2）粗、細(xì)集料 盡可能采用粒徑較大的粗骨料，可相應(yīng)減少水泥用量，降低混凝土水化熱，并防止混凝土干縮。

（3）混合料及外加劑 摻入的粉煤灰要符合細(xì)度、燒失量、需水量及三氧化硫含量等技術(shù)指標(biāo)要求。粉煤灰不僅改善混凝土和易性，減小混凝土用水量，減小泌水和離析，提高混凝土強度，改變混凝土分子結(jié)構(gòu)組織，增加混凝土密實度，同時代替部分水泥，降低了水泥用量，從而降低混凝土水化熱引起的溫度梯度，防止和減少溫度裂縫的產(chǎn)生。盡可能采用高效緩凝減水劑，一方面可延緩混凝土的凝結(jié)時間，它一方面可明顯延緩水泥水化熱釋放速度，凝結(jié)時間可延長8小時以上，推遲水化熱峰值出現(xiàn)，同時減少用水量，減小水泥用量，從而降低水化熱。為確?；炷恋目沽?、防滲效果，混凝土的限制膨脹率必須合理。 結(jié)合本工程主體結(jié)構(gòu)混凝土強度等級、流水段的劃分和膨脹劑的性能等條件，經(jīng)試驗驗證本工程膨脹劑的摻量宜為10.5％。

2.1.2 施工過程嚴(yán)格控制

施工是否規(guī)范對裂縫控制有著顯著的影響。要規(guī)范混凝土的配合比、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)的施工技術(shù)要求，并對施工的全過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。

（1）避開熱天選擇較低溫季節(jié)澆筑混凝土，對現(xiàn)澆量小大的塊體，安排在下午3點以后或夜間澆筑；夏季采用低溫水或冰水拌制混凝土，對骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷，或?qū)橇线M(jìn)行護(hù)蓋或設(shè)置遮陽裝置，降低混凝土拌和物溫度；摻加緩凝型減水劑，采取薄層澆灌，利用澆筑面散熱；在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)通風(fēng)和加強通風(fēng)加速熱量散發(fā)；對混凝土用量大的原材料一一粗骨料采取兩次預(yù)冷，即在進(jìn)拌和樓前，在料倉內(nèi)吹冷風(fēng)進(jìn)行一次風(fēng)冷，進(jìn)拌和樓后，又在貯罐內(nèi)進(jìn)行一次風(fēng)冷，使各級骨料溫度得到有效降低，拌和時，加冷制水摻片冰拌和，用以控制混凝土的澆筑溫度；在大體積混凝土內(nèi)散布安裝冷卻水管，混凝土澆筑后即開始通冷卻水，用以控制大體積混凝土最高溫度，并使大體積混凝土提前達(dá)到穩(wěn)定溫度。

（2）混凝土澆筑采用分層的澆注方案，分層厚度要適中，分步澆注到頂，簿層澆筑，先深后淺，連續(xù)澆筑，這種方法能較好適應(yīng)泵送施工工藝要求，同時控制好上下層混凝土覆蓋時間，在下層混凝土未初凝時進(jìn)行上層混凝土澆筑，以避免混凝土冷縫出現(xiàn)?；炷琳駬v必須密實，在不同部位用5臺振動棒振搗，振搗棒快插慢拔，掌握正確振搗時間，做到不漏振不過振，提倡二次振搗。及時按標(biāo)高刮平表面，用木抹子反復(fù)搓壓，使其表面密實，初凝前用木抹壓光，可以控制混凝土表面的龜裂，減少混凝土表面水分散失，促進(jìn)混凝土養(yǎng)護(hù)。為防止混凝土在硬化過程中表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，要及時進(jìn)行二次抹面，在初凝以后，終凝之前， 再用泥刀壓光平整，使少量終凝前出現(xiàn)的失水沉降等塑性收縮裂紋得到消除。

（3）主體結(jié)構(gòu)均勻劃分為4個施工區(qū)段，混凝土按施工段依次澆筑。每段的混凝土均采用同一個混凝土配合比（即全部混凝土均為同一膨脹劑摻量的方案），段與段之間留施工縫。相鄰兩段的澆筑間隔3d，以釋放部分混凝土產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。施工縫是混凝土結(jié)構(gòu)自防水的薄弱環(huán)節(jié)，需選擇性能好的鋼板止水帶。

（4）在表面施工完畢后，應(yīng)加強對混凝土的保養(yǎng)，及時用塑料薄膜覆蓋混凝土表面，來封閉混凝土中多余拌和水，防止水分蒸發(fā)，以實現(xiàn)混凝土自身養(yǎng)護(hù)。終凝后覆蓋蓬布和草袋，蓬布和草袋的覆蓋層數(shù)應(yīng)根據(jù)實測溫差情況及時進(jìn)行增減，使混凝土內(nèi)外溫差小于25℃。做好混凝土的保溫和保濕，目的是減少混凝土表面熱擴散，延長散熱時間，減少混凝土表面溫度梯度，防止表面裂縫，保證溫度緩慢升降，充分發(fā)揮混凝土徐變特性，降低溫度收縮應(yīng)力，混凝土灑水養(yǎng)護(hù)不小于14天。

2.1.3 縱向鋼筋構(gòu)造措施

對溫度應(yīng)力影響較大的部位，應(yīng)加強此部位的配筋，以提高混凝土的極限拉伸，增強結(jié)構(gòu)的抗裂性能。如地下1層頂板、地上1層頂板及屋面板受溫度變化影響較大，樓板鋼筋沿平面長度方向盡量采用細(xì)而密、拉通的方式配筋，考慮到本工程平面不規(guī)則、樓板間存在弱連接、在地震作用下結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等不利因素，鋼筋層層拉通；由于長向結(jié)構(gòu)構(gòu)件都受到溫度應(yīng)力的作用并受到混凝土硬化過程中收縮的影響，每個樓層不僅要提高框架主梁（包括基礎(chǔ)主梁）的腹板鋼筋配筋率，次梁也要提高，腰筋按直徑16mm、間距150mm配置；根據(jù)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119-2003）第8.4.2條對采用膨脹劑墻體的設(shè)計要求，地下室外墻在±0.000至室外地坪下500mm范圍和地下2層頂板上下各500mm范圍內(nèi)，墻體水平筋間距加密至100mm，并置于豎向筋的外側(cè)。

2.1.4 加強保溫隔熱措施

為減小建筑物受外界溫度變化的影響，在外墻干掛石材的內(nèi)側(cè)噴硬泡聚氨酯保溫材料。外圍護(hù)墻選用具有較好保溫性能的陶?？招钠鰤K。

2.2 增強結(jié)構(gòu)抗扭剛度措施設(shè)計

工程建筑平面復(fù)雜，空間變化多樣，平、立面布置不規(guī)則，加之結(jié)構(gòu)超長，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題較突出。本工程雖屬多層建筑，鑒于其重要性，扭轉(zhuǎn)振型希望在第三振型出現(xiàn)，并滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）關(guān)于位移比和扭轉(zhuǎn)周期比的規(guī)定。設(shè)計采取以下結(jié)構(gòu)措施：在角部、樓、電梯間、空調(diào)豎井等位置設(shè)置剪力墻并加大外邊緣框架梁的寬度和高度，以增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度，減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；對弱連接樓板，鋼筋雙層雙向拉通，鋼筋在支座按抗拉錨固；弱連接樓板邊梁上下筋拉通，箍筋通長加密，以提高樓板平面內(nèi)剛度和整體性。

2.3 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用

特種大廳23.4m×23.4m跨的井字梁采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是在有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)之后發(fā)展起來的一種新的預(yù)應(yīng)力技術(shù)。采用此項技術(shù)，可在梁寬范圍內(nèi)很方便地布置預(yù)應(yīng)力筋，無須預(yù)留孔道，無須孔道灌漿，具有無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工方便的優(yōu)點，與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比，大大縮短了工期；利用填充在外包高強PE護(hù)套和預(yù)應(yīng)力筋之間的緩凝膠粘劑，保證在鋼筋張拉后產(chǎn)生較強的粘結(jié)咬合力，并與預(yù)應(yīng)力筋成為一體，通過波紋狀外表面的嵌固作用使預(yù)應(yīng)力筋與混凝土間不能滑移，從而達(dá)到有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的力學(xué)特性，有效控制裂縫寬度和跨中撓度，保證結(jié)構(gòu)具有良好的延性和抗震性能。

預(yù)應(yīng)力梁混凝土強度等級為C40，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用ΦS15.2，fptk=1860MPa的低松弛鋼絞線，與普通松弛鋼絞線相比，低松弛鋼絞線可減小預(yù)應(yīng)力損失，提高有效應(yīng)力，使預(yù)應(yīng)力配筋數(shù)減少。大廳X向預(yù)應(yīng)力框架梁截面尺寸為600mm×1200mm，端跨預(yù)應(yīng)力筋為14根鋼絞線，中間跨為18根鋼絞線。Y向梁因與門廳框支梁組成連續(xù)梁，梁寬由600mm增至800mm，支座豎向加腋尺寸為1200mm×200mm，配22根鋼絞線。

預(yù)應(yīng)力筋施工工藝：（1）緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用兩端張拉；（2）預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力為0.75fptk=0.75×1860=1395（MPa）；（3）張拉工藝：0→1.03σcon；（4）預(yù)應(yīng)力筋張拉后，端部錨具應(yīng)做防腐處理，并用加入微膨脹劑的水泥砂漿進(jìn)行封堵。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工中最關(guān)鍵的是預(yù)應(yīng)力筋張拉時間和緩凝膠粘劑固化時間的確定?；炷翉姸冗_(dá)到強度設(shè)計值時方可進(jìn)行張拉，緩粘結(jié)膠粘劑要保證在張拉階段可自由滑動，兩年內(nèi)完全固化。

2.4 設(shè)置吊桿減小大跨度梁高

大廳2層走廊邊梁最大跨度為11.4m，采取設(shè)置吊桿的處理方法可將梁高減至400mm。吊桿上下節(jié)點詳圖如圖1所示。該節(jié)點構(gòu)造簡單，傳力明確，施工方便，較好地解決了大跨度梁的高度問題，爭取了更大的使用空間。

2.5 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋設(shè)計應(yīng)用

部分大跨度板塊（如7.8（8.4）m×8.4m，6（7.2，8.4）m×11.6m等）采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋。它是按一定規(guī)則放置埋入式內(nèi)模后，經(jīng)現(xiàn)場澆筑混凝土而在樓板中形成空腔的樓蓋。本工程采用的內(nèi)模為BDF空心薄壁箱體，主要起到規(guī)范成孔形狀的作用，不參與結(jié)構(gòu)受力?，F(xiàn)澆混凝土空心樓蓋根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)受力原理，力求節(jié)約樓板截面中間受力較小區(qū)域內(nèi)的混凝土，把現(xiàn)澆實心樓板整體性好與預(yù)制空心樓板自重輕、跨度大等優(yōu)點結(jié)合到一起，克服傳統(tǒng)樓蓋體系的不足。主要具有以下特點：（1）樓面平整，有利于房間靈活隔斷，適合于大開間布置，空間開闊美觀；（2）樓蓋的封閉空腔，抑制了上下樓層的噪聲干擾，隔聲效果明顯，這種結(jié)構(gòu)也減少了能量的傳遞，顯著提高了隔熱保溫性能，適應(yīng)目前提倡的建設(shè)節(jié)約型社會、節(jié)約能源的要求；（3）樓面剛度大，變形小，抗震性能好；（4）節(jié)省了混凝土用量，也減輕了自重，有較好的經(jīng)濟效益。

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋內(nèi)力可依據(jù)《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS175∶2004）計算：即對邊支承樓蓋結(jié)構(gòu)的區(qū)格板可按不考慮空腔影響的彈性板進(jìn)行內(nèi)力計算，正、負(fù)彎矩之間的調(diào)幅不應(yīng)超過20%。構(gòu)造應(yīng)滿足第6.1.2條、第6.1.4～6.1.8條及第6.2.1條、6.2.2條的規(guī)定?？招陌鍢?gòu)造如圖2所示。

混凝土澆筑應(yīng)注意兩點：（1）抗浮問題，可利用鐵絲把板筋與模板體系緊密拉結(jié)在一起，以解決箱模抗浮問題，若解決不好，會造成局部樓板標(biāo)高超高，影響后期裝修，還會造成空心箱模的大面積大量上浮，出現(xiàn)質(zhì)量事故；（2）混凝土澆筑按照順序依次進(jìn)行，并加強振搗，保證箱模底部混凝土的密實。

2.6 門廳入口長懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨篷設(shè)計

門廳入口主雨篷外挑6.2m，內(nèi)挑1.8m，寬8.5m，篷面為鋼化夾膠玻璃，自室外地坪上高7.8m，其三維透視圖如圖3所示。采用STS計算，荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值：永久荷載為0.7kN/m2，活荷載為0.5kN/m2，基本雪壓S0為0.40kN/m2，基本風(fēng)壓W0為0.45kN/m2，因懸挑長度較大，8度設(shè)防地區(qū)懸挑長度超過2m應(yīng)計算豎向地震作用和水平地震作用。由于建筑立面不允許雨篷設(shè)置斜拉桿，設(shè)計中利用“杠桿”平衡原理，在6.600m標(biāo)高鋼梁GL和4.100m標(biāo)高鋼筋混凝土框架梁KL間設(shè)置鋼立柱，較好地解決了長懸挑雨篷結(jié)構(gòu)的抗傾覆問題。節(jié)點構(gòu)造如圖4所示。

3、結(jié)語

本工程空間復(fù)雜多變，平面、立面布置均不規(guī)則而且結(jié)構(gòu)超長，屬于較復(fù)雜的多層建筑。加之工程重要，設(shè)計周期短，如何在保證結(jié)構(gòu)安全、滿足建筑使用功能和美學(xué)的前提下，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理，是結(jié)構(gòu)工程師的工作之重。利用概念設(shè)計思想，通過合理布置剪力墻及其開洞位置和大小、加大邊框架梁寬度和高度、加強樓板弱連接部位的構(gòu)造等措施，有效增強了結(jié)構(gòu)的整體性和抗扭剛度，減小了地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。采用超長無縫、緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力、現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)，解決了建筑物超長和大跨度問題，縮短了建設(shè)周期，獲得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010- 2010 [S].

[2]《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》GB 50119-2003，[S].

[3]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》JGJ3-2010 [S].

[4]李佩勛，尚仁杰，吳轉(zhuǎn)琴，等.緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋：中國，ZL02240778.2[P].2003- 07-30.

[5]吳轉(zhuǎn)琴，尚仁杰，范蘊蘊，等.一種緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋用膠粘劑：中國，ZL2005.1.013 2504.X[P].2007-03-04.

[6]趙洪升，李紅鋼.現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)（空心箱模）施工工法[J].建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊，2007（1）.

[7]邱則有.現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[8]CECS 175：2004， 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程[S].