高层建筑混凝土结构设计难题

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摘要:本文分析了高层建筑混凝土结构设计和施工中的问题，及节点的处理情况。

1高层建筑混凝土结构设计和施工中的现实问题

为了满足柱轴压比的要求,同时又要控制截面不过大,柱子采用较高强度等级的混凝土。而对于以受弯为主的楼层梁板,过高的混凝土强度等级却是不需要而且不适宜的。前者指对其抗弯承载力的贡献不明显,后者指对构件承受非荷载力不利。正因如此,《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.1.9条才有“现浇框架梁的混凝土强度等级不宜高于C40”的规定,但实际工程设计中楼盖合适的混凝土强度等级应为C25-C35.由此可见,高层建筑混凝土结构的柱混凝土设计强度高于梁板的设计强度必然存在,而且随着建筑物高度的增大,两者的设计强度差距会增大,当然该区段主要存在于高层建筑的下部。目前混凝土的浇筑施工几乎都是采用商品混凝土泵送工艺,而且习惯于将竖向构件与水平构件分两批集中浇筑（即节点区采用楼盖混凝土强度等级浇筑）。如果要求其中的梁柱节点单独浇筑,则首先是其供应量及浇筑时间不易控制而会导致质量事故,其次是节点区与梁板之间的分隔确实存在难度,故施工单位不希望采用此方法。

2受剪、受压验算规律考虑到现场施工的操作程序

同时又要满足规范中对节点核心区承载力的要求,我们列举数例对典型节点区的受剪,轴心受压,偏心受压进行计算（其过程略）。通过验算可得出结论如下：按《高层建筑混凝土结构技术规程》附录C进行受剪抗震验算,即使主梁混凝土强度等级相差20MPA,而节点区用楼盖混凝土强度等级浇筑,其节点核心区截面的受剪承载力仍可以满足要求。在偏心受压验算中,当梁板混凝土强度等级比柱低5MPA时,其受压强度可以满足要求,当两者的混凝土强度等级相差10MAP及以上时,其受压强度不满足要求。当梁板比柱的混凝土强度等级低10MPA及以上而仍用梁混凝土浇筑节点区,则对节点区必须采取措施。从偏心受压公式中的三项抗压强度占的比例最小,且一般设计不可能改变节点区的配箍规格;第二项即节点区竖向钢筋提供的抗压强度所占比例较大,即若有用HRB400钢来增加节点区的竖向配筋率可显著提高其抗压强度。新晨范文网

3施工措施考虑到梁柱节点

区需要处理的都在高层建筑的下部,该区段的主筋配筋率一般接近或略大于1%,因此根据以上规律可将节点区的施工措施归纳如下：当梁板与柱的混凝土强度等级仅相差5MPA时,节点区完全可以与楼盖一起浇筑;当梁板比柱的混凝土强度等级分别低于10MPA及以上时,再靠增设节点区竖向短筋来提高其抗压强度已不可行,其原因一是无法布筋,二是短筋数量太大,此时节点区需采用与柱同等级混凝土单独浇筑。虽然有一定的施工难度且需有较严密的施工组织措施,但所占的分量不很大,仍可以接受。偏心受压计算公式中没有体现节点区各方向水平梁对其提高强度的影响,事实上该影响是存在且有效的,尤其中柱节点通常有两向梁对其约束产生的效果较为显著。

4混凝土强度等级的合理取值

梁柱节点区的强度验算值合理与否须符合以下原则:整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不宜太多,一般为八层左右变一个等级,且与竖向构件截面的变化错层同步。水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求,同时要与竖向构件相搭配,使施工处理简单化,尽量避免或减少节点区单独浇筑混凝土,根据上述原则,有关混凝土强度等的确定,对于诸如层数分别为30层,40层和55层的高层建筑混凝土结构来说,其竖向构件及水平构件二者间混凝土强度等级的搭配,取值可能较为合理(括号内为梁板混凝土等级）:

分析以上高层建筑混凝土强度等级的配搭,对于30层高层建筑,节点区需要加短筋的仅为四分之一楼层,对于40层高层建筑,则为五分之三楼层,对于55层高层建筑,节点区需单独浇筑混凝土的为七分之二,节点加短筋的为七分之三,至于节点区加短筋的做法,在柱顶梁底标写作论文高处预插短筋,其插入深度及突出梁面各300mm,位置首选复合箍筋的交叉点处,当交叉点少于短筋根数时则另加选取靠近柱主筋的内侧位置,布筋原则是均匀对称。