高层建筑核心筒整体变形控制措施

引言

　　电视广播塔在建筑造型上突破了传统意义上的格调,塔身由下至上逐渐变小,中部扭转,两头大中间小,呈现为扭曲的椭圆体,宛如一座高脚花瓶,于无形中见有形。其建筑结构通常采用筒中筒结构,核心筒的弹性变形、收缩和徐变变形之和的数量级还是比较明显的,因此,施工时要特别注意。

　　一.核心筒易变形因素分析

　　(一)风荷载的变形分析

　　随着高耸建筑的高度越来越高,柔度越来越大,而阻尼越来越小,对风的作用越来越敏感。因此,侧向荷载在总荷载中占有相当大的比重。除了地震作用外,主要的侧向荷载是风荷载。虽然风荷载没有地震荷载那样强烈,但是在该地区风的作用是极其的频繁,风荷载是一种重要的设计荷载。

　　(二)温度效应的变形分析

　　超高层建筑物跨季节施工因气温变化而引起的温度效应。高层建筑由于工程量大往往施工工期较长,需要跨季节跨年度施工。因为不同季节的气温有所变化,冬季和夏季的室外温度有温差,结构构件的温度与该构件在混凝土浇筑时的温度有较大的温差。于是,构件发生温差变形,而结构受到基础和地基的约束,构件之间也互相约束,从而产生温度内力的重分布。

　　建成使用后,由于室内外温差而引起的温度效应。主要产生日照温度荷载和骤然降温温度荷载。建筑物的内部多布置空调,外露结构长期受到气温和日辐射作用,室内外的温差也会产生建筑物自己的内力和变形,混凝土结构甚至出现裂缝。混凝土结构的最大温差的分布位置与结构方位、表面朝向、工程所处的地理位置有关。

　　(三)收缩与徐变引起的变形分析

　　超高建筑物的自重大,随着施工高度的增加,建筑物的下部柱子的轴向变形会逐渐加大。特别是在考虑混凝土的收缩、徐变因素后,工程竣工时下部几层的实际层高低于设计标高。徐变和收缩是混凝土在长期荷载作用下的固有特性。由于内外筒的材料特性及应力水平的差异,将导致混合体系产生显著的竖向变形差。随着时间和环境的变化,结构体系将发生显著的内力重分布,同时也会给非结构构件带来不利影响,甚至可能影响设备的安装和使用。

　　二.整体变形实施控制措施

　　(一)结构自重和施工活荷载作用阶段下的变形控制

　　一些力学性能试验研究表明,钢管混凝土核心混凝土的变形比普通混凝土要小得多。所以结构外筒的变形比混凝土核心筒的变形也小的多。整个结构在自重和施工活荷载的作用下,内外筒之间由于变形的协调,发生内力重分布,以适应结构的承载能力。

　　在计算和分析中,考虑建筑物自重、温度变化、混凝土弹性模量、收缩、徐变随时间的变化而对轴向变形产生影响。

　　建筑物自重的影响。与混凝土收缩和徐变相比,虽然混凝土收缩和徐变所引起的构件引起的轴向变形不可忽略,但是结构自重是造成竖向构件轴向变形的主要因素。为补偿结构自重引起竖向变形,在混凝土结构中配置相应的钢筋,提高结构强度和刚度。

　　核心筒施工的时间因素对工程施工有一定的影响,核心筒的施工时间越长,建筑物在自重作用下的轴向变形越小,但是总的轴向变形会加大。前者是因为随着时间的增加,混凝土的弹性模量和强度也逐渐增长,而后者则是因为混凝土构件的收缩和徐变随时间的增加一直在发展。

　　由于轴向变形压缩的影响,核心筒结构的底部层高偏低,到达上面结构施工时,结构标准层的层顶标高与设计标高不一样。理论上为了弥补轴向变形,在上面的标准层施工时加大结构层高高度。但实际上则应该是依据设计结果,计算出轴向变形,在底部结构施工时,预先留出富裕层间高度来,最终达到建筑物的总标高高度。

　　(二)温度效应引起的位移变形控制措施

　　在国内,建筑施工与设计工作基本上是分开的,建筑施工企业基本是按照设计图纸施工,因此减小和控制温度效应的措施应当主要从设计角度考虑。但是我国现有规范没有作出相关的明确规定,从一些文献资料的结果表明,影响高层结构温度效应的因素很多。结构体系、温差、建筑物高度、梁的刚度、柱的刚度都是影响因素。对此,关于温度效应的控制措施如下:

　　对结构采取有效的保温隔热措施。在温度变化剧烈的地方采用一些保温隔热材料,减小温度变化引起的温度应力。转换层也应注意保温、隔热,避免该层过分通风,与其上下层间产生较大的温差引起温度应力。

　　采取构造措施,适应结构温度变形和内力的措施。如混凝土搅拌过程中,添加少量化学添加剂,补偿混凝土收缩,堵塞毛细孔。但只靠克服缺陷仍不能完全解决后期温度变化引起的内力,还需采用以下措施:

　　设置刚性加强层可在一定程度上调整竖向构件间的不均匀变形;尽量合理安排施工工期,缩短工期,可减小施工过程中结构的温度变形和内力。

　　(三)收缩与徐变引起的位移变形控制措施

　　对于超高结构,设计时应考虑到混凝土徐变收缩引起的竖向变形差,控制结构竖向变形应当从设计、施工、监测三个方面结合起来。应尽早确定混凝土的配合比及施工方案,方便对按实际配合比调配的混凝土进行试验,并不断修正混凝土徐变和收缩变形的估算结果;同时在施工过程中,进行实时监测,对混凝土收缩和徐变的预测值不断进行修正,再处理再设计,形成“设计—预测—施工—修正—施工”的控制模式。

　　在综合考虑结构的力学性能和经济性的基础上,建议从下面几个方面考虑:

　　提高侧向刚度,减少水平位移。可以通过设计加强层承担竖向变形产生的内力。在结构合适的位置设置柔性节点以适应结构的竖向变形差。利用柔性连接来释放由于混凝土徐变和收缩引起的次

沥青麻绳是有麻绳和公司的技术人员研发的一款具有防腐性沥青为主要材料的添加剂通过浸泡的一款产品。麻绳是取各种麻类植物的纤维。麻绳是麻在大水池里泡一段时间，后扒掉皮，晒干，然后用搓绳机加工。麻绳具有抗拉力和抗阻力较强，而且耐腐蚀、耐摩擦、有弹性，当突然受到冲击时不易断裂，在起重作业中用得较多。然而沥青麻绳在研究开发中通过沥青等添加剂的浸泡后，用于伸缩缝、沉降缝等填缝材料。沥青麻绳的规格有2cm~8cm之间都有。

应力和次弯矩。也可以设计特殊的构造节点,竖向可以自由伸缩,但可以有效传递水平剪力。在测量定位标高时,提前考虑收缩与徐变,依据设计要求进行调整标高。以补偿内外筒的竖向变形差异。在核心筒的周围与楼板之间设置后浇带,从而有效减少内外筒之间连接件的次应力。分别调整内外筒竖向构件的配筋率、面积体积比、应力强度比,使各个竖向构件的徐变、收缩特性基本一致,从而减小竖向变形差。应当制定合理的施工方案,严格安排竖向结构构件的施工顺序和施工时间差。

　　被动适应方法。即先施工徐变量较大的构件,待这些构件完成大部分徐变后,再施工与之相连、相邻的构件。本电视塔核心筒采用爬模施工,比钢管混凝土外筒可以超前爬模20~40m,就是利用时间差来减小竖向变形差。

　　主动补偿法。在外筒钢结构构件下料时考虑由于压缩和徐变而产生的竖向变形差,以若干层为一段调整钢管柱的长度,使各层的竖向变形差控制在很小的范围内。

　　混凝土浇筑完毕后,采用合理的养护方法,尽量减小混凝土的徐变和收缩。

　　结语

　　随着国民经济的发展,国内大中型城市的城市建设步伐越来越快。城市中的标志性高层建筑不断耸立。建筑工程技术上的高速飞跃,让人类的居住空间向着蓝天白云日益延展。这样高耸的组合结构,施工阶段和使用阶段应当考虑整体变形,整体变形的关键就是要考虑内外筒的变形协调问题。