浅谈超长现浇钢筋混凝土框架的结构设计

业界Ｉ　童建筑与设计　堡堑些童　浅谈超长现浇钢筋混凝土框架的结构设计　口陈铭辉　摘要：本文介绍了超长现浇钢筋混凝土框架的结构设计。结合工程实践，对钢筋混凝土框架结构伸缩缝设置　的若干问题进行了研究，取得了良好的效果，可供同类工程借鉴。　关键词：现浇钢筋混凝土；框架结构ｉ伸缩缝：温度应力　１引言　从现在而言，我国邮件处理中心的邮件处理车间大多为多　层现浇钢筋混凝土框架结构，车间长度在５５～１００ｍ之间，不　设伸缩缝时，一般是设置“后浇带”（又称“后浇缝”）。在这些工程　中，建筑物最长的达１０６ｍ，后浇带的间距在２５～４５ｍ之问。　这些工程取得了良好的预期效果，结构末出现有害裂缝，长期　以来安全可靠。某邮件处理中心的邮件处理车间，长度为１７１　ｍ（图１）工艺设计提出了不设伸缩缝的要求。在结构设计中，从　设计、材料、施工等三个方面采用了不同的技术措施，取消了伸　缩缝，获得成功。在设计方面，选择“计算温度应力＋设置后浇　带”的技术方案；在材料方面，仅采用常见、普通的混凝土材料：　在施工方面，规范混凝土的配合比、浇筑、振捣、养护的施工技　术要求和严格监控施工的全过程。普通的材料和施工条件决定　了设计具有广泛的借鉴价值。　２工程实例　２．１工程简介　工程由Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ五个区组成（图１），其中Ａ，Ｂ区为生　产操作场地，Ｃ，Ｄ，Ｅ区为辅助用房和连廊。Ａ，Ｂ区与Ｃ，Ｄ，Ｅ　区之间设置伸缩缝。Ａ，Ｂ区的柱网尺寸为９ｍ×ｌ２ｍ，两层，首　层高７．２　ｍ，二层高６．５ｍ。根据《建筑抗震设计分类标准》　（ＧＢ５０２２３—９５）的规定，邮件处理车间系乙类建筑，抗震设防烈　度为７度，按８度设计。主体结构采用全现浇钢筋混凝土框架。　基础为钢筋混凝土预制方桩支承的独立承台基础，桩的持力层　为粉质粘土层。桩截面尺寸为５００×５００，桩长３２ｍ。　Ｉ广—１　ｒ］　．一。＋！－－－ｔ一　ｔ￡　｛＝　ｌ　｝一４－　卜一＋一４－＝车：幸＝丰＝　｛　　＿＿－－　Ｉ…１－・十一　　．丰　：：　。●●－　。　一一　一．Ｉ－一一　＝｛　＃　｝　丰三丰三丰　：　＿－【　一。＿　　ｎ　＋—－　．车＝：　ｉ－丰　丰　辜＝：　一一　后浇　后浇带，－ｆ一一　后洗带　．＿　二：　Ｄ叵　Ｃ区　Ｉ　Ｅ区　岜　｛｝　：　・　：　丰　丰：丰＝　丰　＿｝≮　－ｉ　譬车｛　ｌＩ一　｝　ｊ　！丰！丰‘ｊ　－　：　丰　；　｛薯！｛圭　ｊ：＇ｃ：　：：主：士ｊ一一・　：＋一　一　｝｛　丰　４－－一　￡：车　；　｛＝｛　一｛＋・十　王　—－　｛－－ｔｉ｛＝　ｉ一｝　｝　｛　：　ｒ　４０ｏｏｏ　叩　。。。・　。。。。Ｌ　■１【Ｐｏ０　４ｏｏｏ０　图１邮件处理车间层２结构平面示意图　２．２框架结构温度应力计算　（１）计算简图从结构中可以看出，除局部的电梯间、楼梯间　广乐科技２００７　０２总第１６４期　外，结构平面布置基本对称：结构的竖向布置也很规则，每一楼　层柱的高度相同：此外，框架梁、柱的截面尺寸均相同。因此，在　温差作用下，变形不动点在框架的中点，不动点左右两侧的内　力、变形完全对称。计算简图见图２。梁柱截面分别为３００×　８５０，７００×７００；混凝土强度等级为Ｃ３０，弹性模量Ｅ＝３．０×　１０４ＭＰａ，线膨胀系数ａ＝１．０×１０；构件刚度的折减系数Ｂ：　０．８５×０．５（末考虑裂缝对刚度的影响）：计算温差Ｔ＝　＋Ｔ　，气温　差Ｔ￣＝３０℃，收缩当量温差Ｔ，＝３１℃。　（２）主要计算结果框架的内力如图２所示：　（ｂ）弯矩圈（１　Ｎ　ｍ）　’　６　５Ｏ￣ＩＩ，０３　ｌ　５　Ｏ　１　ｓ，９．２ｌ　．２４∞　：７：６　２ｓ∞　ｃ）罐轴力囤（１　ＯｋＮ　ｌ　ｄ】杠习力　【１　ＯｋＮ　Ｊ　图２框架内力图　（３）材料（混凝土）后浇带用Ｃ３５补偿收缩混凝土，混凝土采　用４２５号矿渣水泥、５～２５连续级配碎石、中粗砂、Ｕ型混凝土　膨胀剂（ＵＥＡ，掺量为水泥重量的１２％）、ｌ级或ｌｌ级粉煤灰（掺量　为水泥重量的１５％）。其他处采用Ｃ３０混凝土。为了提高混凝土　的抗裂性能，掺和水泥重量１５％的Ｉ级或ｌＩ级粉煤灰　２．３主要构造措施　构造措施是设计概念和设计基本理论的重要体现。在设计　中具有十分重要的地位。　（１）设置后浇带：其设置了三条后浇带（图１），后浇带宽　Ｉｍ，问距约为４０～４５ｍ。后浇带混凝土的施工应在主体结构混　凝土浇筑两个月后方可进行。后浇带范围内，主梁（框架粱）的钢　筋不断开；次梁的钢筋断开，焊接接头，每一截面内焊接接头面　积的百分率不得大于５０％，相邻的焊接接头之间的间距应符合　规范要求；板的钢筋断开，搭接接头，搭接长度４５ｄ。　（２）纵向钢筋构造要求：虽然仅对纵向框架进行了温度应　力的计算，但考虑到结构横断面上的构件实际上都承受温度应　力的作用，因此在纵向次梁、楼板中也配置了纵向受拉钢筋。配　置原则是：小直径、小间距（一般情况下间距不大于２００ｍｍ）。具　体构造要求为：纵向框架梁四角的主筋及全部腰筋，必须采用　焊接接头连接，每一截面内焊接接头面积的百分率不得大干　５Ｏ％，相邻的焊接接头间距应符合规范要求，与纵向框架梁相　维普资讯 http://www.cqvip.com

应的纵向基础梁四角的主筋及全部腰筋的接头连接，也执行本　规定：纵向次梁的四角主筋可以采用绑扎的搭接接头，搭接长　度为４５ｄ．其他构造要求同前：楼板沿车间纵向的正、负弯矩钢　筋采用绑扎的搭接接头，搭接长度为４５ｄ，其他构造要求同前。　（３）加强隔热保温措施：一是增加屋面隔热层厚度，采用膨　胀珍珠岩块材，有些地区在通常情况下采用６－８ｃｍ即可，而工　程实际厚度达１５ｃｍ；二是建筑物外墙覆盖框架梁、柱构件，减　少梁柱构件受外界温度变化的影Ⅱ向。　２．４施工技术要求　为避免因施工原因产生混凝土裂缝，施工工艺要求：　（１）重视混凝土的振捣：要求楼板的混凝土做到二次振捣，　二次抹面，且保证振捣器移动间距及插入深度符合施工规范的　要求：同时要防止混凝土过振，以免表面产生粉煤灰浮浆层。　（２）混凝土的养护：在设计中特别强调混凝土养护要严格　执行《混凝土结构工程施工及验收规范》（ＧＢ５０２０４—９２），在混　凝土终凝后及时加以覆盖和浇水养护，使混凝土表面始终保持　湿润状态，浇水养护时间一般不得少于１４ｄ。　（３）后浇带的施工：由于后浇带与其两侧混凝土的浇筑间　隔一般都在两个月以上，加之后浇带范围内钢筋连续，因此施　工有一定的难度。杂物的清除、旧混凝土表面的处理、新旧混凝　土的结合等，都必须措施到位、操作规范，方能达到设计所预期　的效果，否则，极易在后浇带两侧留下产生裂缝的隐患。　３工程实施情况及评价　３．１施工基本情况　工程中混凝土的浇筑要点是：平面分段、立体分层、同步流　水。在施工中将Ａ、Ｂ区主体框架结构按后浇带分成１６个区　段，每层四个区段的混凝土自西向东顺序浇筑，后浇带混凝土　则每楼层一次浇筑。实际施工中后浇带与两侧区段混凝土浇筑　的间隔时间在５０ｄ～１ＯＯｄ之间，基本满足了设计”不少于６０ｄ”　的要求。　混凝土的养护采用塑料薄膜覆盖，浇水养护，时间不少于　１４ｄ。整个主体结构混凝土浇筑、养护过程处于较为严格的监控　状态，达到了设计要求。　３．２主体结构裂缝情况　自结构封顶以来，主体框架结构的楼板、梁产生过三种裂　缝：　（１）后浇带裂缝：仅在Ａ区屋面板西边的第一条后浇带发　现，有两条长度约６０ｃｍ，宽度小于０．１ｍｍ的裂缝，并伴有轻微　渗水（当时尚未施工屋面防水层），后未见裂缝发展。裂缝初次发　现时间为该后浇带混凝土浇筑后三个月左右。据分析，此处裂　缝系后浇带施工操作不规范所致，仅作一般的封闭处理。　（２）屋面板裂缝：在Ａ区屋面板的东北角及西北角、Ｂ区屋　面板的东南角及西南角的角隅处先后发现４５。斜裂缝，长度约　为２～４ｍ左右。裂缝初次发现的时间约为该区段混凝土浇筑后　１年，相邻的后浇带浇筑后１Ｏ个月。专家现场查勘认为，此类　裂缝在现浇钢筋混凝土结构中常见，主要由双向剪力引起，并　非温度应力所致。后由专业技术公司进行封闭处理。　（３）框架梁裂缝：仅在Ａ区北面两个楼梯间小屋面的纵向　框架梁发现裂缝，裂缝位于跨中梁底部位，裂缝宽度＜Ｏ．２ｍｍ，　裂缝未向梁两侧上部发展。据分析，这种裂缝可能与后浇带的　设置有关。后由专业技术公司进行封闭处理。　主体结构完工约一年后，曾几次请专家到现场检查指导。　专家认为，该工程不留伸缩缝是国内同类工程中规模比较大，　工程结构设计的原则是正确的，效果也是比较好的。　建设行业专版　建筑与设计　Ｉ业界　４几点结论与体会　（１ｊ规范有关现浇钢筋混凝土框架结构伸缩缝间距的规定，　可以有条件地突破。通过工程的设计和施工实践，认为在进行温　度收缩应力的计算及采取一定的构造措施的条件下，取消钢筋　混凝土框架结构的伸缩缝并不是一个十分困难的问题。　（２）设计、材料和施工都具有同样重要的作用。通过合理周　到的设计和采取必要的构造措施，从理论上可以控制裂缝的出　现和开展。研究表明，几乎混凝土的每种组成材料及其性能都　与混凝土的裂缝控制密切相关，如：水泥品种、标号和细度、骨　料级ｌＰ．￣ｎ含泥量、水灰比等。在众多的条件和因素中，只要有一　个处理不当，很可能会为裂缝产生留下隐患。因此必须认真地　对待每一个有关的条件和因素，提出较为严格的技术要求，使　每一种材料都符合裂缝控制的有关规定。例如，某地区的骨料　的含泥量一直比较高且不稳定，施工单位认为设计单位提出的　骨料舍泥量的要求太高，实际施工中执行起来有困难，但设计　单位还是坚持了设计要求：碎石含泥量＜１％，砂含泥量＜２％，　并要求尽可能采用同一产地、同一品种的碎石和砂。　对于需要控制温度裂缝的混凝土结构，施工技术和施工条　件要求更高。所以在施工过程中，要对主要的施工技术要求的　贯彻实施进行跟踪和监控，确保主要施工技术要求付诸实施。　（３）经济效益的提高。不设伸缩缝，邮政生产工艺的布置将　具有最大限度的灵活性，工艺设备不需要因伸缩缝的存在而做　特殊处理，不仅为各专业节约投资，在结构造价上也有明显的　经济效益。据计算，项目结构总造价为２２１０万元，由于取消伸　缩缝而节约的结构造价为１３５，３万元，约占总造价的６．１％。　（４）温度应力的计算是一个十分复杂的问题。设计中温度　应力的计算结果与工程实际有较大的差距。初步分析其主要原　因有：未考虑后浇带的作用和影响：应力松弛系数的取值与实　际不符：未考虑楼板与梁的整体作用：某些经验数据的准确性　不理想等等。这是今后研究必须注意和改进的。　（５）适当地考虑温度应力对基础的影响是必要的，对保证　”基础不变形”假定是有利的。在具体设计中，考虑了温度应力　的影响后，承台中的桩数有所增加，以中间框架的边柱为例，未　考虑温度应力时为４根，考虑温度应力后为５根，增加的幅度　还是比较大的。　（６）在设计水平、建筑材料、施工技术不断提高和经验的不　断积累的情况下，适当加大后浇带的间距是可能的。■　参考文献　¨】广州市标准，广州地区建筑基坑支护技术规定（ＧＪＢ０２—９８）　【２】基坑土钉支护技术规程（ＣＥＣＳ９６：９７）　［３】龚晓南，高有潮，深基坑工程设计施工手册，中国建筑工业出版社　１９９８　【４】冯国栋，土力学，水利电利出版社，１９８６　（作者单位：东莞市长安镇人民政府规划建设办公室）　广东科技２００７　０２总第１６４期