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1、1建筑技术发展趋势 天津大学建筑工程学院张晋元 轻质高强高弹性模量高耐久性 1 1工程材料发展新趋势 总趋势 传统材料 绿色环保 新型材料 传统墙体材料的改进限制粘土砖的使用大力发展砼砌块 空心块材大力发展用地方材料 工业废料 环保材料等制成的块材 1 1 1传统材料的改进 烧结多孔砖 页岩砖蒸压灰沙普通砖蒸压粉煤灰普通砖混凝土多孔砖混凝土砌块 轻集料混凝土砌块 列入 砌体结构设计规范 GB50003 2011 钢材的高强度化 高耐久性化 成为钢材技术的主要发展目标节省钢筋提高材料利用率提高结构安全度 热处理钢筋可达800 1450MPa 钢绞线可达1500 1800MPa 预计将来可达135
2、00MPa 1 1 1传统材料的改进 钢筋采用低合金 热处理钢筋 提高屈服点和综合性能 中国 碳钢强度提高 优先使用400MPa级 推广500MPa级日本 主受力钢筋390MPa级 最高大于600MPa级 欧洲 主受力钢筋500MPa级 最高690MPa级 780MPa级美国 主受力钢筋420MPa级 最高600MPa级 俄罗斯 主受力钢筋500MPa级 最高600MPa级 1 1 1传统材料的改进 高性能钢材高强度等级 超大厚度 低屈强比 低强度高延性 高焊接性能 耐火性能 耐候性能 1高强度等级钢材和超厚板钢材 满足建筑高层化和大跨距的发展需求 节约材料 减轻自重 2低屈强比钢和低强度高延
3、性钢 提高结构的抗震性能3高效焊接钢 提高钢材焊接性能 尤其是提高大厚度钢板的焊接性能 4耐火结构钢 可节省钢结构耐火被覆成本 提高钢结构抗火性能 5耐候钢 提高钢结构的防腐涂装和耐久性能 与结构受力性能有关的是低屈强比钢材和低强度高延性钢材 1 1 1传统材料的改进 高性能钢材 混凝土的高强度化 高性能化 成为混凝土技术的重要发展方向减小截面尺寸减轻结构自重降低造价 国外科研人员已配制出C200的混凝土 由于强度太高带来的脆性问题尚未根本解决 1 1 1传统材料的改进 高强高性能混凝土HSC HPC高强度 高工作性 高耐久性 实际应用中 普遍至C80 最高 C100泵送混凝土 沈阳 2001
4、北京财税大厦首层柱 C110沈阳皇朝万鑫大厦 C110 1 1 1传统材料的改进 混凝土的高强度化 高性能化 成为混凝土技术的重要发展方向减小截面尺寸减轻结构自重降低造价 密实增强复合材料CRC CompactReinforcedComposite 1970年代末 第一代 烧结铝矾土骨料 加钢纤维提高韧性 大于C400活性粉末混凝土RPC ReactivePowderConcrete 1990年代超高性能混凝土UHPC Ultra HighPerformanceConcrete 不使用粗骨料 必须使用硅灰和纤维 钢纤维或复合有机纤维 水泥用量较大 水胶比很低 1 1 1传统材料的改进 混凝土的
5、高强度化 高性能化 成为混凝土技术的重要发展方向减小截面尺寸减轻结构自重降低造价 1 1 2新型结构材料 纤维增强复合材料FRP以纤维为增强材料 以合成树脂为基体材料 并掺入适量辅助剂 经拉挤成型形成的新型复合材料 具有高强 高弹性模量 轻质 抗腐蚀和耐疲劳等优点 纤维碳纤维CFRP CarbonFiberReinforcedPolymer玻璃纤维GFRP GlassFiberReinforcedPolymer芳纶纤维AFRP AramidFiberReinforcedPolymer聚乙烯纤维 聚丙烯纤维 玄武岩纤维等 常用的基材不饱和聚酯树脂 环氧树脂 乙烯基酯树脂等 1 2工程结构发展新趋
6、势 总趋势更高高层 超高层建筑更大大跨度建筑更深深基坑 地下空间结构体系优化组合 1 2 1高层 超高层建筑 高度不断攀升 世界十大最高摩天大楼 2011年统计 我国土木施工技术的发展 13 世界十大最高层建筑 1 2 1高层 超高层建筑 1 2 1高层 超高层建筑 结构体系框架 筒体体系筒中筒体系框架 支撑体系结构主材钢结构钢框架 支撑 钢板剪力墙钢 混凝土组合结构钢骨混凝土 钢管混凝土钢 混凝土混合结构钢框架 混凝土核心筒钢框架 混凝土核心筒 伸臂桁架 1 2 2大跨度空间建筑 通常指跨度在30m以上的建筑民用建筑影剧院体育场馆展览馆大会堂航空港其他大型公共建筑工业建筑飞机装配车间飞机库其
7、他大跨度厂房 1 2 2大跨度空间建筑 结构基本单元板壳单元梁单元杆单元索单元膜单元结构空间基本形式薄壳结构网架 壳 结构悬索结构膜结构 1 2 2大跨度空间建筑 南通体育会展中心 网壳结构 开合结构 上海浦东机场航站楼 张弦梁结构 1 2 3减震控制建筑 减震控制技术被动控制技术基础隔震吸能减震消能减震主动控制技术混合控制技术 1 3工程施工新方法趋势 总趋势传统技术领域的新突破地基基础混凝土工程钢筋工程钢结构工程模板和脚手架工程新技术的应用工业化技术信息化技术绿色施工技术 1 3工程施工新方法趋势 地基基础深基坑施工深度和规模增大支护结构形式发展桩基础施工大直径桩 桩长更长灌注桩后注浆技术
8、长螺旋钻孔压灌桩技术水泥粉煤灰碎石桩 1 3工程施工新方法趋势 混凝土工程高性能混凝土C60以上自密实混凝土大体积混凝土基础底板 转换层泵送混凝土泵送高度 492m 上海环球金融中心 606m 迪拜哈利法塔 混凝土C120 深圳京基100 417m 1 3工程施工新方法趋势 钢筋工程连接技术焊接连接 电渣压力焊适用于竖向或斜向 倾斜度在4 1范围内 钢筋的接长但不宜用于轧后余热处理的钢筋 机械连接套筒挤压连接直 锥 螺纹套筒连接钢筋加工工业化钢筋焊接网应用技术 1 3工程施工新方法趋势 模板和脚手架工程提升模板技术液压爬升模板技术电脑自动调平整体钢平台系统 上海环球金融中心大吨位长行程油缸整体
9、顶升模板技术广州珠江新城西塔深圳京基金融中心工程 1 3工程施工新方法趋势 模板和脚手架工程提升外脚手架技术附着升降脚手架技术 2高层 超高层建筑施工技术 2 1概述2 2钢筋混凝土施工技术2 3钢结构施工技术2 4组合结构施工技术 2 1概述 钢筋混凝土施工技术模板材料多样化 节约化 环保化模板提升技术混凝土主体结构混凝土强度和施工性能的提升超高泵送混凝土技术基础 转换层大体积混凝土施工钢筋钢筋连接技术高强度钢筋钢筋焊接网应用技术 2 1概述 钢结构施工技术钢构件加工深化设计技术钢构件安装工厂分段制作现场地面拼装部分或整体吊装钢构件连接高强度螺栓连接技术高强度 大厚度钢板焊接技术 2 1概述
10、 组合 混合 结构施工技术钢骨混凝土构件合理解决梁柱节点区钢筋的穿筋问题钢管混凝土构件梁柱节点的有效连接混凝土的密实性型钢混凝土梁钢梁与混凝土结合面的抗剪连接问题其他基础工程施工技术脚手架施工技术垂直运输技术 2 2高层 超高层混凝土结构施工技术 主要技术混凝土高强度高耐久性双掺技术混凝土外加剂掺合料配合比设计垂直运输泵送技术塔吊 施工电梯 输送泵 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 基本情况浙江温州 地上68层 地下3层 总高度345 0m自室外设计标高至屋面层的总高度274 1m 屋顶上部的构筑物高度为70 9m 结构体系混凝土 部分型钢混凝土 结构 筒中筒结构内筒为钢筋混凝土筒体外筒为密柱
11、框筒转换层位置塔楼的下部共12个楼层带有裙楼 裙楼在6层处平面收进两跨 10至15层为转换层 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 地下结构平面 裙房结构平面 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 标准层结构平面 转换层以下结构平面 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 局部计算模型 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层特点高位转换分支柱过度 跨层并 抽 柱跨越10 14层 由标准层36柱减至12柱转换层施工难点截面尺寸大配筋密集模板复杂混凝土强度变化 体积大 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工结构转换层位于10 14层 结构受力形式转换异型柱 巨型柱通过柱上起斜柱和大梁上起斜柱的方式转换成
12、截面较小的框架柱 构件本身的配筋相对比较密集 尤其体现在13 14层竖向结构部分 在柱柱交叉处 柱梁交叉处钢筋纵横交错总体施工难度非常大 有些地方甚至没有办法按照正常的方法进行施工 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工钢筋斜柱及梁的钢筋交叉处不仅主筋十分密集 箍筋也是十分密集 至14层楼面 按照将交叉处柱子看作一个组合柱进行箍筋绑扎的原则进行施工 将此部位钢筋箍筋放样 确保质量与进度 为保证下部柱子钢筋能顺利通过梁底 混凝土顺利浇筑 KLX1508 KLY1508梁梁筋按三排放置 且一排筋多于二排筋多于三排筋 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工钢筋 工程案例1 温州世界贸易中
13、心大厦 转换层施工钢筋 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工钢筋 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工钢筋 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工钢筋 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工模板因柱柱交叉处 柱子体积大 且柱子为斜柱 模板加固难度较大 为保证柱子尺寸 模板支设之前将模板图放样 根据放样图进行配模 再至现场进行支设 同时为保证斜柱的倾斜度 加强定位筋的控制及检查 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工模板 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工混凝土 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换层施工混凝土 工程案例1 温州世界贸易中心大厦 转换
14、层施工混凝土 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 工程概况日本I B M 大楼由三个芯筒组成 V 形的平面 其中一个芯筒至18层为止 其余两个芯筒及其间的楼层直至建筑顶层 18 22层的高度部分没有楼层 形成一个大的矩形孔洞 其上需承受24 41层的上部结构荷载 设计在24层 标高92m 处设置预应力转换大梁截面尺寸2 4m 7 4m 跨度为41 7m 上部结构总荷载为105000kN 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 施工方案为避免92m高处设置模板支撑 施工时在转换大梁内设置了钢桁架 支承浇捣混凝土时所需的模板和脚手架等施工荷载 转换大梁布置钢绞线束 每束30 1 2
15、inch 张拉力取抗拉强度的75 即4140kN 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 施工流程 转换梁钢桁架施工 转换梁混凝土浇注 分阶段张拉钢绞线束 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 钢绞线束张拉次序 转换梁混凝土浇注之后 张拉钢绞线束 每浇捣4层楼面的混凝土 分阶段张拉钢绞线束 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 转换梁的垂直位移 随着上部楼层混凝土浇筑的进展 虽然荷载不断增加 但因相应地增加预应力钢绞线的数量 使转换梁的跨中仍能保持接近于水平的状态 挠度为2 1mm 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 转换梁的分层浇筑转换梁的截面尺寸2 4m 7
16、 4m 混凝土浇筑量为650m3 混凝土浇捣时须设置水平施工缝 第四层高度 1 5m第三层高度 2 2m第二层高度 2 2m第一层高度 1 5m混凝土梁分4层浇筑 工程案例2 日本I B M 大楼转换大梁施工 预应力钢丝束分阶段张拉 使转换梁的高度可保持较小值保证施工和使用阶段转换梁基本处于平直状态 既无过大反拱又无过大挠度 大部分预应力损失可得到补偿 可减少预应力筋数量分阶段张拉可采用张拉全部完成后再灌浆 最后阶段全部预应力筋可以再次张拉达到控制应力 相当数量的预应力损失被补偿 预应力损失减小 一般情况下 预应力筋可节约10 以上 必须注意在数月内处于张紧和未灌浆状态 应采取有效的方法防止预应力筋锈蚀 分阶段逐次张拉 加载 可很好地控制工作应力 2 3高层 超高层钢结构施工技术 优势承载力高自重轻强度高抗震能力强弱势抗侧移刚度低防火性能差防锈性能差 2 3高层 超高层钢结构施工技术 主要技术吊装技术附着式自升式塔式起重机通过增加塔身标准节的方式获得更高的吊装高度 为确保超高塔身的稳定性 需要间隔一定高度设置附墙结构 利用已完结构作为塔吊的附着 塔身着地 必须设置承载力足够的塔式起重机
