CN106746959A - 一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法，所述超高层建筑包括核心筒钢板剪力墙和外围混凝土框架结构，所述方法包括：步骤1，获取凝胶材料，包括水泥、粉煤灰和矿粉，每种凝胶材料分别选取两个不同产品；步骤2，分别测试每个凝胶材料的弹性模量；步骤3，选择弹性模量较低的凝胶材料用于施工核心筒钢板剪力墙；选择弹性模量较高的凝胶材料用于施工外围混凝土框架结构；步骤4，在混凝土原材料配合比不变的情况下，通过更换弹性模量不同的凝胶材料，实现对混凝土徐变性能的调控。本发明方法通过调整一种或多种不同弹性模量混凝土的原材料，有效解决超高层中核心筒和外围混凝土框架结构变形不协调问题。

Description

一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法
技术领域
本发明涉及一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法。
背景技术
随着城市化进程的加快、社会经济水平的提高及施工技术的飞速发展，大城市超高层建筑越来越多。然而,超高层建筑因其高度较高，所以相对于一般的高层建筑又有其新的特点，并且由于设计、施工技术等方面的理论研究、工程经验不够成熟，在超高层建筑中出现了许多新的工程问题。
通常情况下，超高层建筑由核心筒和外围混凝土框架结构组成。当前工程中对于超高层变形控制主要是在设计及施工早期阶段采取一些补偿措施，如超高补偿法、超前施工法等，通过这些方法的实施以保证核心筒和外围混凝土框架协调变形，避免混凝土开裂，使结构满足设计标高要求，而对于超高层建筑长期荷载作用下的变形协调没有太多考虑。随着时间的推移，超高层两种结构间的竖向变形差异会越来越大，其变形不协调会对超高层工程的耐久性产生重大影响，有些结构变形差异造成的裂缝还会对建筑结构的承载力产生影响，致使整体结构安全出现问题。
因此，对核心筒和外围混凝土框架结构进行积极有效的变形调控就显得尤为重要。
发明内容
在实际工程中，由于在超高层结构中核心筒钢板剪力墙结构竖向变形小于外围混凝土框架结构。因此，对于超高层核心筒钢板剪力墙，需要增大结构徐变，对于超高层外围混凝土框架结构，需要减小结构徐变。这样可以保证超高层建筑中混凝土核心筒-钢板剪力墙与外围混凝土框架结构变形协调，不会有裂缝产生。
本发明以胶凝材料弹性模量为划分依据，为保证强度及耐久性，采用矿物掺合料双掺技术，合理调整胶凝材料的搭配。解决超高层建筑的核心筒和外围混凝土框架结构长期荷载作用下的变形不协调，影响超高层工程的耐久性问题。
为了实现上述目的，本发明的方案是：
一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法，所述超高层建筑包括核心筒钢板剪力墙和外围混凝土框架结构，所述方法包括：
步骤1，获取凝胶材料，包括水泥、粉煤灰和矿粉，每种凝胶材料分别选取两个不同产品；水泥包括第一水泥和第二水泥，所述第一水泥与第二水泥化学成分相同但成分比例不同；粉煤灰包括第一粉煤灰和第二粉煤灰，所述第一粉煤灰与第二粉煤灰化学成分相同但成分比例不同；矿粉包括第一矿粉和第二矿粉，所述第一矿粉与第二矿粉化学成分相同但成分比例不同。
步骤2，分别测试第一水泥、第二水泥、第一粉煤灰、第二粉煤灰、第一矿粉和第二矿粉的弹性模。
步骤3，分别从每种凝胶材料的两个不同产品中，选择弹性模量较低的水泥、粉煤灰和矿粉作为第一混凝土原材料，用于施工核心筒钢板剪力墙；再从每种凝胶材料的两个不同产品中，选择弹性模量较高的水泥、粉煤灰和矿粉作为第二混凝土原材料，用于施工外围混凝土框架结构。
步骤4，根据建筑结构设计对徐变性能的要求，在混凝土原材料配合比不变的情况下，通过更换弹性模量不同的凝胶材料，实现对混凝土徐变性能的调控；若要减小混凝土的徐变性能，将一种或多种低弹性模量的凝胶材料更换为高弹性模量的凝胶材料；若要增大混凝土的徐变性能，将一种或多种高弹性模量的凝胶材料更换为低弹性模量的凝胶材料。
优选地，所述步骤2中的测试凝胶材料的弹性模量包括：
步骤2-1，利用环氧树脂镶嵌凝胶材料制作成型的试样。
步骤2-2，依次使用200目，400目，600目和1000目的金相砂纸，对成型的试样进行打磨抛光，包括用磨光机打磨，并用抛光机抛光。
步骤2-3，将打磨抛光后的试样置于超声波清洗器中，用丙酮清洗15分钟后烘干待测。
步骤2-4，利用原子力显微镜测试试样表面粗糙度，若试样表面平均粗糙度小于0.3微米，使用纳米压痕仪对凝胶材料的弹性模量进行测试；若表面粗糙度不符合该要求，则返回步骤2-2，重新打磨抛光至符合要求，再用纳米压痕仪对凝胶材料的弹性模量进行测试。
优选地，所述步骤2-1中制作成型的试样包括：
步骤2-1-1，在圆柱形塑料模具底部放入凝胶材料，振捣使其高度均匀。
步骤2-1-2，按照25：3的比例称取环氧树脂和固化剂的混合液体，搅拌1分钟后倒入放有凝胶材料的模具中，使其刚好可以将凝胶材料全部浸润，充分搅拌后，再缓慢向模具中倒入混合液体至试样达到一定高度后停止。
步骤2-1-3，将装有试样的模具放入冷镶嵌机中抽真空，并保持15分钟，充分排出环氧树脂中的空气。
步骤2-1-4，取出装有试样的模具，待试样固化1天后，拆掉模具得到成型的试样。
优选地，所述圆柱形塑料模具直径为32mm，高度为30mm；所述振捣均匀的凝胶材料高度为2-3mm；所述试样达到的高度为10mm。
优选地，所述步骤2-2中打磨抛光过程中，使用无水乙醇作为冷却剂。
优选地，所述步骤4中混凝土的徐变性能，可制作相同配合比的砂浆试件进行测量，试件成型24小时候拆除模具，并经标准养护28天后采用小型四杆式弹簧徐变仪加载试件，加载应力水平为其轴心抗压强度的33％，在温度为20±2℃，环境的相对湿度为60±5％的环境下，应用电阻应变仪测试砂浆试件的收缩及徐变变形。
优选地，所述配合比为，每立方砂浆用料：水泥335千克,粉煤灰125千克，矿粉65千克，水152.6千克，河砂740千克。
本发明的有益效果是，首先测试不同胶凝材料的弹性模量，通过匹配胶凝材料的产品实现混凝土徐变的调控；对于超高层中核心筒和外围混凝土框架结构变形不协调问题，变事后测试为事前主动控制；根据实际工程需要的变形要求选取合适品种的胶凝材料，在不改变混凝土配合比前提下，实现徐变度可调，为超高层建筑中不同结构间变形不协调问题提供了一种全新的解决方法。
附图说明
图1为本申请一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法的步骤；
图2和3是仅改变一种胶凝材料弹性模量的各组砂浆试件徐变规律；
图4和5是改变两种胶凝材料弹性模量的各组砂浆试件徐变规律；
图6是降低一种胶凝材料与降低两种胶凝材料弹性模量的对比图；
图7和8是三种胶凝材料均采用高弹性模量试件与三种胶凝材料均采用低弹性模量试件徐变度对比图。
具体实施方式
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
实施例1：
如图1所示，为本发明的一种实施例，一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法，所述超高层建筑包括核心筒钢板剪力墙和外围混凝土框架结构，所述方法包括：
步骤1，获取凝胶材料，包括水泥、粉煤灰和矿粉，每种凝胶材料分别选取两个不同产品；水泥包括第一水泥和第二水泥，所述第一水泥与第二水泥化学成分相同但成分比例不同，为相同型号的不同厂家产品；粉煤灰包括第一粉煤灰和第二粉煤灰，所述第一粉煤灰与第二粉煤灰化学成分相同但成分比例不同，为相同型号的不同厂家产品；矿粉包括第一矿粉和第二矿粉，所述第一矿粉与第二矿粉化学成分相同但成分比例不同，为相同型号的不同厂家产品。
步骤2，分别测试每个凝胶材料，即第一水泥、第二水泥、第一粉煤灰、第二粉煤灰、第一矿粉和第二矿粉的弹性模量。
应用纳米压痕技术测试胶凝材料的弹性模量。利用环氧树脂镶嵌凝胶材料制作成型的试样，在直径为32mm、高为30mm的塑料圆柱形模具底部放入凝胶材料，振捣使其高度均匀达到2-3mm。按照25：3的比例称取环氧树脂和固化剂的混合液体，搅拌1分钟后倒入放有凝胶材料的模具中，使其刚好可以将凝胶材料全部浸润，充分搅拌后，再缓慢向模具中倒入混合液体至试样达到10mm高度后停止。将装有试样的模具放入冷镶嵌机中抽真空，并保持15分钟，充分排出环氧树脂中的空气。然后卸真空，取出装有试样的模具，待试样固化1天后，拆掉模具得到成型的圆柱形试样。
依次使用200目，400目，600目和1000目的金相砂纸，将成型的试样用磨光机打磨，并用抛光机抛光，在打磨抛光过程中，为防止凝胶材料水化，使用无水乙醇作为冷却剂，并用显微镜观察试样打磨抛光的效果。
将打磨抛光后的试件置于超声波清洗器中用丙酮清洗15min后烘干待测。
测试前用原子力显微镜(AFM)测试试样表面粗糙度，若试样表面平均粗糙度小于0.3微米，使用纳米压痕仪对凝胶材料的弹性模量进行测试；若表面粗糙度不符合该要求，则返回步骤2-2，重新打磨抛光至符合要求，再用纳米压痕仪对凝胶材料的弹性模量进行测试。
步骤3，分别从每种凝胶材料的两个不同产品中，选择弹性模量较低的水泥、粉煤灰和矿粉作为第一混凝土原材料，用于施工核心筒钢板剪力墙；再从每种凝胶材料的两个不同产品中，选择弹性模量较高的水泥、粉煤灰和矿粉作为第二混凝土原材料，用于施工外围混凝土框架结构。
步骤4，在实际工程施工中，对于同一个结构混凝土原材料的配合比不会变化，因此根据建筑结构设计对徐变性能的要求，通过调整一种或多种凝胶材料的产品获得具有特定徐变性能的混凝土，实现对混凝土徐变性能的调控。需要增大混凝土的徐变时，选取低弹性模量的凝胶材料；需要减小混凝土的徐变时，选取高弹性模量的凝胶材料。若要减小混凝土的徐变性能，将一种或多种低弹性模量的凝胶材料更换为高弹性模量的凝胶材料；若要增大混凝土的徐变性能，将一种或多种高弹性模量的凝胶材料更换为低弹性模量的凝胶材料。
对于超高层核心筒钢板剪力墙，需要增大混凝土结构的徐变性能，可以同时降低一种或两种凝胶材料弹性模量，优先降低矿粉弹性模量。为了确保徐变性能测试的稳定性，应避免同时降低粉煤灰和矿粉的弹性模量。
对于超高层外围混凝土框架结构，需要减小混凝土结构的徐变性能，三种凝胶材料均采用较高弹性模量材料，这样可以保证超高层建筑中，混凝土核心筒-钢板剪力墙与外围混凝土框架结构变形协调，不会有裂缝产生。
实施例2：
水泥砂浆与混凝土徐变度曲线具有较强的相似性，因此，在研究混凝土原材料对混凝土徐变性能的影响时，可用相同配比的砂浆模拟混凝土，探究徐变规律。
获取凝胶材料，包括水泥、粉煤灰和矿粉各两个厂家的产品，化学组成如表1所示。
表1 水泥、粉煤灰和矿粉的化学组成
单位：％
分别测试每个凝胶材料的弹性模量，测试结果如表2所示。
表2 水泥、粉煤灰和矿粉的弹性模量/GPa
在满足混凝土强度等级和自密实工作性前提条件下，根据三种胶凝材料的弹性模量大小，通过调整胶凝材料的产品搭配进行徐变主动控制试验配合比设计，制作40mm×40mm×160mm的砂浆试件进行徐变试验,减水剂采用聚羧酸系高效减水剂。具体原材料配合比如表3所示。其中天然河砂的细度模数为2.8，表观密度为2650kg/m3。
表3 试验配合比及棱柱体28天抗压强度
每个配合比制作12个砂浆试件，其中3个用于徐变试验，3个用于收缩试验，6个用于抗压强度的测试。试件成型24小时后拆模，并经标准养护28天后采用小型四杆式弹簧徐变仪加载试件，加载应力水平为其轴心抗压强度的33％，在温度为20±2℃，环境的相对湿度为60±5％的环境下，应用电阻应变仪测试砂浆试件的收缩及徐变变形。
以均采用高弹性模量胶凝材料的A组为基准组，在各组砂浆强度相近条件下，不改变各种胶凝材料掺量，仅减小一种胶凝材料弹性模量的各组砂浆试件徐变规律如图所示，其中图2为各组试件各龄期徐变度，图3为各组试件180d徐变度，使用较低弹性模量材料，各组徐变度均大于基准组A组，且胶凝材料弹性模量对徐变度增大作用从大到小依次是矿粉＞粉煤灰＞水泥，增幅大小分别为35.5％、33.1％与20.9％，说明降低一种胶凝材料的弹性模量时，砂浆试件徐变度会增大，增大幅度介于20.9％-35.5％之间。因此，对于超高层核心筒钢板剪力墙，需要增大混凝土结构的徐变性能，可以同时降低一种或两种凝胶材料弹性模量，优先降低矿粉弹性模量。
不改变各种胶凝材料掺量，减小两种胶凝材料弹性模量的各组砂浆试件徐变规律如图所示，其中图4为各组试件各龄期徐变度，图5为各组试件180d徐变度，J组较基准组A组180d徐变度增幅达42.2％，H、I两组徐变度均略大于基础组A组，但差别不大，增大幅度仅为8.4％，说明当降低两种胶凝材料弹性模量时，试件徐变度也会增大，但是由于其他原因，徐变度稳定性会降低，因此，在徐变主动控制时，尽量避免同时降低两种胶凝材料弹性模量。
将降低一种胶凝材料弹性模量和降低两种胶凝材料弹性模量的砂浆试件的180d徐变度的平均值进行对比，如图6所示，图中X、Y分别代表降低一种胶凝材料弹性模量与降低两种胶凝材料弹性模量时，砂浆试件180d徐变度的平均值，X、Y组徐变度较基准组A组徐变度增大幅度分别为29.9％与19.5％，这说明在配合比设计时降低一种或两种胶凝材料弹性模量时，砂浆180d徐变度均会增大，且两种情况下徐变度增大幅度相差不大。
不改变各种胶凝材料掺量，将三种胶凝材料弹性模量均采用低弹性模量的B组与基准组A组180d徐变度进行对比如图所示，其中图7为各组试件各龄期徐变度，图8为各组试件180d徐变度，B组试件180d徐变度较基准组A组增大幅度为51.4％。
该发明可根据结构不同变形需求选择合理弹性模量胶凝材料，实现徐变的双向可调技术，有助于利用可调控的徐变性能解决超高层结构变形不协调问题，具有较显著的技术指导意义。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (7)

1.一种解决超高层建筑不同结构间变形不协调的施工方法，所述超高层建筑包括核心筒钢板剪力墙和外围混凝土框架结构，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，获取凝胶材料，包括水泥、粉煤灰和矿粉，每种凝胶材料分别选取两个不同产品；水泥包括第一水泥和第二水泥，所述第一水泥与第二水泥化学成分相同但成分比例不同；粉煤灰包括第一粉煤灰和第二粉煤灰，所述第一粉煤灰与第二粉煤灰化学成分相同但成分比例不同；矿粉包括第一矿粉和第二矿粉，所述第一矿粉与第二矿粉化学成分相同但成分比例不同；
步骤2，分别测试第一水泥、第二水泥、第一粉煤灰、第二粉煤灰、第一矿粉和第二矿粉的弹性模量；
步骤3，分别从每种凝胶材料的两个不同产品中，选择弹性模量较低的水泥、粉煤灰和矿粉作为第一混凝土原材料，用于施工核心筒钢板剪力墙；再从每种凝胶材料的两个不同产品中，选择弹性模量较高的水泥、粉煤灰和矿粉作为第二混凝土原材料，用于施工外围混凝土框架结构；
步骤4，根据建筑结构设计对徐变性能的要求，在混凝土原材料配合比不变的情况下，通过更换弹性模量不同的凝胶材料，实现对混凝土徐变性能的调控；若要减小混凝土的徐变性能，将一种或多种低弹性模量的凝胶材料更换为高弹性模量的凝胶材料；若要增大混凝土的徐变性能，将一种或多种高弹性模量的凝胶材料更换为低弹性模量的凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的测试凝胶材料的弹性模量包括：
步骤2-1，利用环氧树脂镶嵌凝胶材料制作成型的试样；
步骤2-2，依次使用200目，400目，600目和1000目的金相砂纸，对成型的试样进行打磨抛光，包括用磨光机打磨，并用抛光机抛光；
步骤2-3，将打磨抛光后的试样置于超声波清洗器中，用丙酮清洗15分钟后烘干待测；
步骤2-4，利用原子力显微镜测试试样表面粗糙度，若试样表面平均粗糙度小于0.3微米，使用纳米压痕仪对凝胶材料的弹性模量进行测试；若表面粗糙度不符合该要求，则返回步骤2-2，重新打磨抛光至符合要求，再用纳米压痕仪对凝胶材料的弹性模量进行测试。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1中制作成型的试样包括：
步骤2-1-1，在圆柱形塑料模具底部放入凝胶材料，振捣使其高度均匀；
步骤2-1-2，按照25：3的比例称取环氧树脂和固化剂的混合液体，搅拌1分钟后倒入放有凝胶材料的模具中，使其刚好可以将凝胶材料全部浸润，充分搅拌后，再缓慢向模具中倒入混合液体至试样达到一定高度后停止；
步骤2-1-3，将装有试样的模具放入冷镶嵌机中抽真空，并保持15分钟，充分排出环氧树脂中的空气；
步骤2-1-4，取出装有试样的模具，待试样固化1天后，拆掉模具得到成型的试样。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述圆柱形塑料模具直径为32mm，高度为30mm；所述振捣均匀的凝胶材料高度为2-3mm；所述试样达到的高度为10mm。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2-2中打磨抛光过程中，使用无水乙醇作为冷却剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中混凝土的徐变性能，可制作相同配合比的砂浆试件进行测量，试件成型24小时候拆除模具，并经标准养护28天后采用小型四杆式弹簧徐变仪加载试件，加载应力水平为其轴心抗压强度的33％，在温度为20±2℃，环境的相对湿度为60±5％的环境下，应用电阻应变仪测试砂浆试件的收缩及徐变变形。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述配合比为，每立方砂浆用料：水泥335千克,粉煤灰125千克，矿粉65千克，水152.6千克，河砂740千克。
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