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          超高層現澆空心樓蓋技術
          發布時間:2019-08-05
          閱讀:1044

          背景技術

          高層建筑結構體系包括樓蓋水平結構體系和墻、柱豎向結構體系,水平結構與豎向結構組成建筑的抗側空間結構,共同抵抗側向力作用。剛性樓蓋利用其平面內的無限剛度抵水平位移;豎向柱承受和傳遞豎向荷載。高層建筑的結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、框架—核心筒結構、筒中筒結構、型鋼—混凝土組合的混合結構形式等。

          目前在超高層多采用 型鋼混凝土建筑的特點是強度高、剛度大、截面小、延性好、柱采用型鋼混凝土構件,梁為型鋼結構,樓蓋為鋼筋混凝土,以增大建筑的剛度,減少水平荷載作用下的側移。型鋼混凝土組合結構宜在超高層建筑中應用;為了優化現有型鋼混凝土組合結構技術,本作者申報了一種現澆型鋼混凝土空腔樓蓋(ZL200820126232.1),有效的解決了型鋼混凝土結構的防火、生銹、樓蓋位移、省掉了型鋼次梁和壓型鋼板、隔音等諸方面的問題,現正在編制JG國家標準,推廣應用;但是真正用于超高層建筑,空腔成孔用的薄壁箱體質重、體積大不易高空垂直運輸、單向受力的密閉槽式樓蓋的形成條件等方向又存在不足。

          框架核心筒結構由建筑平面中心部位的核心筒與外框架和樓蓋構成。一般將樓電梯筒和服務工作間集中在核心筒內;核心筒的外沿四周布置管線和走道,外框與走道之間為實用區。核心筒實體是由四個方向的剪力墻構成筒式空間結構,它具有很好的整體性與抗側剛度,其水平截面為單孔或多孔的箱形截面。它既可以承擔豎向荷載,又可以承擔任意方向的水平側向力,在超高層上得到應用;但是:核心筒與外框架梁柱之間的樓房采用實心大板,基礎荷載大,不利于抗震,除技術問題外沒有一種與混凝土復合性好、成本低、高空運輸和施工方便、不產生浮力、質輕、無破損、不位移、免除隔離墊塊和通長固定鋼筋、高層防火很好的空腔成孔的填充體來實現,導致空心樓蓋用于高層建筑中受阻。

          因此,研制一種現澆空心樓蓋用于超高層樓房,特別是框架核心筒體糸的外框架梁柱與核心筒之間的實心樓板采用空心樓蓋,減輕高層自重,增強該體系的整體性能,又利于抗震;將傳統的外框架梁柱與核心筒之間的實心樓板改變為下翼緣密封的雙向密肋樓蓋和單向槽式樓板的現澆空心樓蓋,克服現有技術自重,同時優化核心筒四個角的節點和施加邊柱周邊的實心部份;成孔用填充體充分利用混凝土表面張力,改變鋼網格形狀不讓混凝土砂漿滲入鋼網,不產生浮力,與混凝土關聯性好,增強結構受力,又采取有機物體對鋼網起到支撐作用,使鋼網承受施工荷載和上翼緣混凝土的正壓力,兩者結合,形成了鋼質網狀填充體組合空腔來替代空心樓蓋用全密封空心填充體成孔技術,突破填充體質輕、能折疊、高空垂直運輸難的瓶頸和成本高的缺陷,突破現澆空心樓蓋在超高層應用,已經成為高層建筑領域技術創新的急需。

          超高層采用空心樓蓋結構技術,將傳統的外框架梁柱與核心筒之間的實心樓板改變為下翼緣密封的雙向密肋樓蓋和單向槽式樓板的現澆空心樓蓋,克服現有技術自重,有利于抗震和降低成本;同時優化核心筒四個角的節點和施加邊柱周邊的實心部份;采用質輕、能折疊、高空垂直運輸和施工方便的鋼網與板材組合空腔成孔的超高層樓房空心樓蓋。

          結構原理:超高層采用空心樓蓋結構技術,主要掌握幾個關鍵部位即:一框(外框)一筒(核心筒)、四點(核心筒的四角)四面(樓房四角面板)、八條線(核心筒四角至框架八根主梁);單向板(核心筒至框架梁之間大板)由核心筒、外框架、空心樓蓋、鋼質網狀填充體組合空腔而成;所述的核心筒在建筑平面中心部位由四個方向的剪力墻構成封閉的空間結構;外框架由建筑平面外沿梁柱構成的框架受力構件;主梁為鋼筋混凝土組合梁或型鋼梁;鋼質網狀填充體由鋼網和板材相互作用;鋼網形成鋼質網狀填充體頂表面、底表面和側面的兩個側壁;所述的板材包含硅鈣板或聚苯塊;構成鋼網的組合空腔側面另兩個側壁和支撐在空腔頂表面與空腔底表面之間,控制鋼網組合空腔高度和支撐正壓力;核心筒的四個外角兩邊設置鋼筋混凝土平臺,平臺邊沿與外角兩邊的垂直距離≤2.0m,平臺的面積≥2.8m2;平臺混凝土量≥0.7m3;外框架邊梁和柱的內側設置鋼筋混凝土平臺,平臺邊沿與框架邊梁和柱的垂直距離≤2.0m,平臺的面積≥2.0 ;平臺混凝土量≥0.5m3;核心筒至外框架邊梁和柱之間的樓板是現澆空心樓蓋;現澆空心樓蓋采用密閉下翼緣的雙向密肋板或單向槽式樓板;現澆空心樓蓋成孔用鋼網含網狀板和加強肋和連接板,網狀板和加強肋和連接板形成相互作用整體結構;鋼網加強肋的垂直方向上壓制有一排排折彎線?,F澆空心樓蓋成孔用鋼網形成空腔頂表面、空腔底表面和空腔側面的兩個側壁的空腔體,鋼網首尾搭接部位在空腔頂表面或空腔底表面時,搭接量≤空腔頂表面或空腔底表面的表面積,直接構成表面加強層;外框架與核心筒之間跨距離>12m時,跨距中需增設柱;所述柱四周邊設面積≥2.0m2的實心部份。

          實施過程:超高層現澆空心樓蓋,由核心筒、外框架、空心樓蓋、鋼質網狀填充體組合空腔而成;空心樓蓋要上高層樓房,必須滿足兩個必要條件,一是滿足規范;采用建筑結構軟件,按國家高層建筑規范標準將核心筒至外框架邊梁和柱之間的樓板改為現澆空心樓蓋;一般情況下與核心筒垂直方向至外框架范圍內的實心板區域,可以改為封閉下翼緣的單向槽式樓板,核心筒在建筑平面中心部位由四個方向的剪力墻構成封閉的空間結構;核心筒四個角對應外框架的高層樓房四個角區域的四塊板采用封閉下翼緣雙向密肋樓板,該區域的主梁折算成較大的寬扁梁;在結構設計計算中,結構發生變化 ,重點在核心筒的四個外角兩邊設置鋼筋混凝土平臺,平臺邊沿與外角兩邊的垂直距離最佳是1.5m,平臺的面積6.75m2;平臺混凝土量2.0m3,也需在外框架邊梁和柱的內側設置鋼筋混凝土平臺,平臺邊沿與框架邊梁和柱的垂直距離1.0m,平臺的面積為2.0m ,平臺混凝土量為0.6m3。二是要滿足現澆空心樓蓋的條件;高層空心樓蓋,除滿足板柱體系低層空心樓蓋要求外,還必須保證施工簡單,填充體質輕、零破損、抗浮、隔離、位移、支撐、防火、抗腐、規格標準、與混凝土的相融性好等,還要考慮高空垂直運輸的效率。使用鋼質網狀填充體組合空腔成孔是最佳措施,鋼網形成組合空腔的空腔頂表面、空腔底表面和空腔側面的兩個側壁;板材構成鋼網的組合空腔側面另兩個側壁和支撐在空腔頂表面與空腔底表面之間,控制鋼網組合空腔高度和支撐施工荷載。在現澆空心樓蓋的模板上劃線,確定主梁、肋梁和鋼質網狀填充體施工安置的位置,綁扎成型主梁和次梁,在柱與主梁構成的網柱中,在高層樓房四個角的四塊雙向密肋板的縱橫交叉的密肋梁形成網格中,是“工”字型受力截面的空心樓蓋布置下翼緣鋼筋后在網格中安放鋼質網狀填充體組合空腔,若是“T”字型受力截面的空心樓蓋直接在網格中安放鋼質網狀填充體組合空腔;在核心筒垂直方向至外框架范圍內的封閉下翼緣的單向槽式樓板,用長方體鋼質網狀填充體組合空腔,長方向順著槽式方向安放?,F澆空心樓蓋施工前先準備批量的鋼質網狀填充體組合空腔,鋼質網狀填充體組合空腔是用專用機器制作的鋼網,鋼網含網狀板和加強肋和連接板,網狀板和加強肋和連接板形成相互作用整體結構;按所需規格計算總長度備料,在每塊鋼網加強肋的垂直方向上壓制有一排折彎線,形成折彎的受折標線,便于整排加強肋順一排折彎線折彎。以框架底表面線為基礎,分別先折鋼質網狀填充體的兩個框架側面側壁,爾  后直角折框架頂表面面,鋼網首尾不應對接,搭接量一般≤框架頂表面的表面積,讓首尾端在框架頂表面上疊合雙層為宜,疊合雙層既增強了鋼質網狀填充體的框架頂表面抗施工荷載,又起到了懸在框架頂表面混凝土砂漿抗滲漏的作用,防止混凝土砂漿正向滲漏到組合空腔內 ;鋼網形成框架頂表面、框架底表面和框架側面的兩個側壁的多面體,鋼網首尾搭接部位在側壁時,搭接量≤側壁的高度;當板材為硅鈣板或聚苯塊時,板材至少有兩塊與鋼網形成的組合空腔內空式樣相同,用于封堵鋼網形成組合空腔的兩端內側箱面的側壁,并支撐鋼網形成組合空腔的框架頂表面與框架底表面,控制鋼質網狀體的實際高度;鋼網和板材塊在工廠制作好后在施工現場安裝組合成空心樓蓋所需的成孔構件,在制作較大的組合空腔時,順鋼網加強筋垂直方向的框架內增加與框架等高的薄板,支撐在鋼網形成組合空腔的框架頂表面與框架底表面之間內空高度,增大承受施工荷載和混凝土正壓力的能力;鋼質網狀體空腔安放完畢后,再鋪設和綁扎上翼緣板鋼筋,校正鋼質網狀體空腔位置,預留預埋、抗浮處理后澆注混凝土,震搗,養護,拆樓蓋模板,實現超高層現澆空心樓蓋。

          現就超高層建筑空心樓蓋技術的幾個重要方面分析如下:

          一、成本分析

          1、建筑層高

          空心樓蓋技術實現梁板合一而不露明梁,從而可每層節約建筑層高在300mm至500mm,以60層、單層面積為1200M2建筑為例,可節約18米凈高。從而可多建5層樓,如不增加建筑層數,則豎向結構、采暖、消防設施、通風以及水電等工程和材料節約,其經濟效益可觀。

          2、鋼筋砼量

          據海量的工程實例證明,采用空心樓蓋技術后,由于減輕了結構自重,降低建筑恒載,以及減少了土方開挖深度,降低了地下水的水頭數值等因素,則在基礎工程及豎向構件(剪力墻、柱等)設計計算中,其鋼筋量可節約5%左右,砼量可節約10%以上。

          3、土方工程量

          以三層地下室,則可少開挖1m深度的土方工程,節約土方工程量。

          4、基坑護壁及底板抗浮

          層高的節約,減少了基坑的開挖深度,則護壁工程及底板抗浮工程經濟效益十分明顯。

          5、地下車庫坡道

          層高的節約,地下車庫層高降低,車道坡長相應縮小,可增加車位,同時節省坡道工程造價,可產生明顯經濟效益。

          6、地下室外墻防水

          層高的節約,地下室外墻的高度相應減少,從而防水材料用量也減少。

          7、地下室外墻抗滲等級

          層高的節約,地下室外墻高度減少,在保持外墻厚度不變情況下,外墻的抗滲等級相應降低,從而降低工程造價。

          二、工程質量控制分析

          超高層建筑采用空心樓蓋技術,豎向結構體系不變,僅樓板體系中省去板(受彎構件)中性軸的附近砼而已,節省了大量明梁,減少了支模、拆模量以及模板加工制作量,故而使樓板體系施工變得簡單、快捷,工程質量更加利于控制。

          三、工程進度控制分析

          由于減少了層高,在保持凈高相同時,大量節約了豎向構件及管線、設備等的工程量,且由于減少了明梁,減少了模板工程量,模板可實現整模鋪裝施工,足見其工程進度可明顯加快。

          需要說明的一點,由于采用鋼質網狀填充件,其質輕和可折疊性能,使得垂直吊運十分方便,每層填充構件吊運次數很少90%。

          四、建筑使用功能品質提升分析

          采用空心樓蓋技術,由于天花板無明梁,可實現大跨度、建筑開間靈活隔斷布置,更利于建筑平面使用功能的變更及改造。由于樓板中空有利于樓層的隔音及節能,大大提升建筑的功能品質。


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