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1、建筑技术混凝土一 技术 中的创新著译理 查德拉什黄、弘景钢筋混凝土能恭顺地为人服务,它根据使用者的思想,能上天,入地,联系两大洲,或仅仅起保暖作用。钢筋混凝土是唯一这样一种主要结构材料,它的有效使用经常同选择它的材料特性和制作形式有关。它可以现场浇捣或者预制;可以用泵或传送带输送;可以用喷射法施工或者是人力用铁铲浇注;它可以是木模成型,也可以是金属模、塑料模、橡胶模以至土模成型;它可以做成防缩的或者防渗的;也可以做成加气的、高强的、早凝或缓凝的;它可以是重混凝土或是轻质混 凝土;它可以采用掺色的办法装饰或者是采用镶贴面 层的办法装饰;它可以做成能抗大气老化的或者能抗化学腐蚀的;它可以是先张预应
2、力混凝土或者是后张预应力混凝 土;它 既可以是普通的加筋混凝土,还可以是纤维 混凝土如此等等,还有什么没有包括在内呢?棍凝土材料本身和它的用途在不断革新和变化,要协调汇总所有这些资料确实是一个困难的任务,混凝 土工 业的许多专业组织 屡次要求设计师们来帮助完成这一任务。美国混凝土协会新版的钢筋混凝土建筑规范(AC I31 87 7)和注释,在通过之后即将代替19 71年的版本,在混凝土结构设计中采用。美国混凝土协会新的设计手册,在完成之后也将对简化设计过程十分有用。当着对结构性能的了解越来越精确的时候,规范也必须相应地更为严格,而又允许有较大的设计自由度。此外,一份新的规范也必须适应混凝土 强
3、度增大的新趋向。直到二次大战后不久,24 6公斤/平方厘米(3 50 0磅/平方英寸)强度的混 凝土被作为高强混凝土在建筑业 中采用,通常规定在高层建筑以及大跨度梁中应用这种抗压强度。四十年代末和万十年代初,预应力技术开始传到北美。由于预应力要靠高强混凝土才能发挥其结构潜力,因而,在达到用于预应力的35 2公斤/平方 厘米(, 00 0磅/平方英寸)抗压强度方面又取得了许多经验。设备与材料方面的重大改进,使施工现场像预制场一样能够制作出高强棍凝土,而建筑规范中的极限强度设计在国内的普遍采纳,又使混凝土从只能用于2 0 层 以内的建筑物这一传统限制中解放出来。多年来,混凝土框架结构因柱子较大而减
4、少了各层使用空间,因开间尺寸较小而降低了分隔的灵活性,并且因为楼盖结构断面较高而增加了建筑高度。现在,由于采用了剪力墙和极限强度设计,同时在较小程度上 由于周围承重墙的使用,使得混凝土框架建筑中可用的楼面面积增加了。新的设计技巧以及高强混凝土,使混凝土柱的尺寸可以同钢结构框架的尺寸相媲美,而且当钢结构要求防火时,混凝土柱的尺寸往往还更小些。这些因素,再加上轻质结构混凝土的采用,使得混凝土框架建筑中的开间尺寸显著加大了。芝加哥水塔广场大厦,高强混凝土建造的高层建筑匀质高强混凝土是这些改进中的关键,强度是逐年提高的。在建造芝加哥的湖滨塔式公寓(Lakepoin:T,er)时底层柱子用了,2 7公斤
5、 / 平方厘米(7,o o磅/ 平方英 寸)抗压强度的 混凝土,而在建造17 0米高6 4层的水塔广场大厦时,采用了五种不同的混凝土,2 4种设 计配合比,从基础到2 5层的所有柱子都用了6 33公斤/平方厘米(900。磅/平方英寸)强度的预拌混凝土。柱子在垂直高度内的尺寸四次改变截面,总的承受荷载差不多达到80 0吨(l,0 0万磅)。万伍口性育巨施工性能指的是塑性混凝土最最重要的一些使用特性,包括棍凝土的凝结和强度增长的速度、可又性、和易性以及加工性等。承包商逐渐认识到混凝土的施工性能,同施工 队组从事混凝 土浇灌时间的密切关系:时间长了,占用昂贵设备的时间也就加长。这些问题对于承建工程的
6、利润有很大影响。混凝土的凝结速度和强度增长的速度,不仅和混凝土的成份有关,也和混凝土的浇筑条件有关。热天,混凝土搅拌工可以把冰掺入 混凝土料内搅拌,而在冷天,可以用热水进行搅拌。至于使7 8世界建 筑1 /1 9日O用掺合料使混凝土的凝结和强度增长符合工程需 要,那更是习见的方法 了。多年来,人们采用氯化钙促使混凝土早凝和早强。这种材料成本较低,容易获得,并且有效。然而,目前的施工工艺和实验结果却限制了氯化钙的应用。这是由于铝、镁以及镀锌钢材的腐蚀问题,使得在预应力混凝土中不能使用氯化钙。另外,它也加重混凝土受硫酸盐侵蚀的损伤,还可能增加水泥碱性集料的反应,有时会在制品上产生斑点。幸而,利用复
7、方掺合料控制凝结和强度增长已经有更好的效果。这样,既有适用于大多数棍凝土工程的含有少量氯化钙的配方,也有适用于特殊要求的一点不含氯化钙的配方。和易性以及类似的可泵性、加工性也取决于许多因素,例如集料的级配、颗粒的形状、质地,这些都是混凝土泵管线免遭堵塞,而在配筋较密处也便于捣实的关键。含水量关系到混凝土的流动性,水泥的凝结特性将决定混凝土操作时间。大约十年前,一种新的掺合料被引入使用,它不仅增加了混凝土的早期强度和极限强度,而且使混凝土具有较好的和易性、可泵性和加工性。的混凝土中,6 0秒钟后即可在塑化分度计上读 出混凝土坍落度。比起传统的坍落度试验锥来,它的优点是能够准确地直接对混凝土料而不
8、是对一小部分特意准备的混凝土进行试验。这种称之为K式坍落度计”的仪表;至今还未被美国规范所承认,但是,它的使用已与日俱增。超流体混凝土 施工人员要求混凝土越稀越便于灌注,检查人 员则 要求混凝 土越稠越符合干硬 混凝土的性质,这往往引起工地上不停的争吵。前两三年内,一种新的掺合料,即 超塑化剂,在美国的个别几个工程上试用,可 能使施工 人员和检查人员都能满意。用作超液化剂或超塑化剂的有两、三种有机化合物,它们在一定时限内大大增加 了混凝土的坍落度,譬如从 7 6毫米增加到20 。毫米,甚至更多。尽管它有这么大的流动性,还是能保持浇注的混凝土较小离析,并具有较高的强度。优点之多是十分明显的,即使
9、是配筋很密的结构构件,使用超塑化剂后仍然能使混凝土得到很好的捣实,混凝土表面的建筑细部可以做得十分挺秀,工地的 人力和设备可以减少,混凝 土浇灌的时间可以缩短,而且由于减少了振捣器的使用,振捣器对模板表面的损伤也可 以减少,模板费用相应削减。在蒙特利尔奥林匹克运动场的预制构件施工中,在日本高速“子弹”车的预制轨枕中,以及在美国的一些构件广中,都曾使用过超塑化剂。如果要在工地的混凝土料中使用超液化掺合料, 应当特别小心。经验表明,可能不到珍分钟就发生快速凝结,而在另外一些情况下,也可能使凝结延迟几小时。如果对含砂量以及级配的选择和控制不小心,离析会是非常大的。此外,对于有一些集料,以及有的浇灌、
10、搅拌条件,也可能会发生严重的离析。掺有超塑化剂干硬混凝土的耐久性试验,结果是很不规律的。有一些抗冻融的试验,告戒人们在使用中要注意这个间题,而另一些实验室却发现是耐久的。超塑化剂对混凝土工无疑是有吸引力的。但大部分试验指出,这些新的掺合料在普遍应用之前还有待进一步改进,要进一步改进产品,以便在混凝土搅拌站中使用,同时还能有足够的时间把混凝土 运输到工地浇注。与此相应,还发明 了一种类似注射针的新的仪表来量测坍落度,它可以在现场进行量测,将仪表垂直插进刚打完预应力目前,在钢筋混凝 土制品当中的一个重 要选择就是预应力的使用,即在浇灌混凝土之前,对钢筋施加初始拉力,当混凝土凝结之后,再放松钢筋,从
11、而钢筋周围的混 凝土受到预压。普通混凝土梁板在受到正常的弯曲作用时,梁截面的拉区必须假设是开裂的,而预应力混凝 土梁的截面开始是整个受压的,必须抵消掉这个压力才会引起开裂。预应力使高强钢筋和高强混凝土得以采用。混凝土重量的节约可达3 0,0%,钢筋也要比正常要求少2 0%。预应力的发展和弗列西奈(瓦罗” “R甲s二t )、马格尼尔(Gota v e施助el)和林同炎等三位工程师的工作是分不开的。第一个提出预应力设 想的是法国人弗列西奈。在美国,预应 力技术则是 由马格尼尔于l,0年在费城的沃尔纳特拉涅(Wa王nu:La ne)桥开始实现的。那以后,林同炎又汇编了关于预应力混凝土林同炎设计的勒克
12、阿朱盖 大桥橄尹的教科书,并简化了设计方法。从五十年代初期以来,林同炎在混凝土结构发展史中起了十分卓越的作用。林同炎林同炎最近的一个设计,是与芝加哥s0M事务所合搞的加利福尼亚勒克阿朱盖(Ru ck一A -Chucky )桥。这是一座改建的桥,它的几何曲线以及把钢缆打入山岩里的做法,是这个获奖的桥梁设计尤其独特的地方。桥的弧线避免了在山里开凿隧道,而且还利用了酬沿山坡的支线。这个索桥的钢索还起着外部后张预应力的作用,钢索的一端锚在深3 0米的岩洞 里,另一端系于滑模浇灌的混凝土内。桥的梯形断面以及桥的曲率均保持不变,以便滑动模板由桥的两岸向中间嵋户。另一个由林同炎设计的斜拉桥是从阿拉斯加到西伯
13、利亚横跨 白令海峡的大桥。这个跨越8 0公里海峡的桥梁采用棍凝土箱形大梁,桥墩间距3 6,米一奴加0英尺)。它将由一系列1米(2 0英尺)长的预应力段串成730米(240 0英尺)长的大梁,然后进行后张。桥墩先预制成中空的,浮运到现场,然后灌满空腔下沉。每73 0米长的桥身有两个支墩,成为一个很长的悬臂梁。斜拉索的拉固位置选择在挠度最小的地方,梁的自由端有伸缩缝。桥的概算为十亿美元。林同 炎事务所在建筑工程领域里作 出的创、常多。尼加拉喳亘咖的美洲银行建筑是又一个惊人的成就。1972年1 2月尼加拉瓜发生地震时,建筑物外部沿街发现半英寸的断层,然而,建筑物的结构损伤只局限于梁与剪力墙的联结处有
14、不大的裂缝。一 同样令人惊奇的是非结构的损伤也很少,只是掉了一些悬挂的大理石 面板,以及需要重装一些书架而已。该建筑的核心部位是由四个独立筒组成的筒体结构,筒与筒之间通过梁的联结起作用,建筑物的外围设有柱子支承棍凝土无梁楼板。根据分析,知道一座建筑物必须具有足够的延性才能缓和地震的冲击,同时又要有足够的刚性,才能避免非结构的损坏。一个整体的核地震后依然完好的马拉瓜美洲银行大楼心刚度太大,互相无联系的核心筒又嫌太柔,而联系梁可以形成铰,使核心筒共同作用。在马那瓜地震以前,混凝土结构的抗震设 计常模仿钢结构框架的设计;原因是在柔性框架中地震力可 以被充分吸收。而剪力墙的延性试验使人们确信,椎架剪力
15、墙的结构体系在强地震区是很优的方法。如果抗震规范允许在高层建筑中放宽使用这种体系,这样做的结果将意味着工程上会取得很大经济效果,增进建筑物的安全寿命和控制其在地震时的损坏。的位置,所有钢筋、管线、门洞口都安置在所在位置上,然后浇注墙体和楼板,并最后压光楼板。于是再从昨天的浇注)段移走轨道到新的位置,如此类推。,浇注、修整以后即可开动加热装置进行养柏 ,仁书、兰举,毛三-一和呷一-落迭浇构件体系(ML c琳系)提在5 0年代初期,在得克萨斯粤 胎使用的。ML Cs彝沐是一种改,乏结构,它在安装第一段柱子和亥之前,将所有的楼板全都浇注了,柱子就位以后随即架设提升立柱,并在柱子的两边装上两个千斤顶,
16、于是同时一次将所有的板都提升到第一层楼板的高度上,在插入“壁柱”作为垂直支承 和侧向支承之后,将是底卞的那块板与其它的板分开,即最底下的板 留在该位置上,而其余的楼板继续提升架设到所需钓高度去。金部提升完子徽后,将梢栓穿过壁柱而形成整体的作用。所有的升板结构体累郡取消了支撑和昂贵的模板,估计这种体系可比常规的施工方法 每平米节约造价9美元。方 伍口二技术隧道模二次世界大战以后,棍凝土是重建工程中一种广泛使用的材料。在高速度、低造价的大规模建造住房的各种体系中,它的需要量是很大的。当时在法国出现了各种不同的工艺犷而后又传到了美国。这些体系试图利用工厂预制工艺的优点,而又避免预制构件受运距限制的缺点,隧道模就是这些方法中的一个。正如其名称所意味的那样,这种模板的样子做得像下方形的隧洞,在楼板的轨道上行走,用作上层楼板和墙体的内模。每个这样的模板上都装有加热系统以便力随养护e每二组模板配有两组轨道。这样,浇灌段的轨道可在前一天安装好。每天早上移动隧道模,从已经完成的开间将它吊运到下一个开间,经过轨道推到新太 阳能混凝土七年以前,道格拉斯格雷厄姆
