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4.高层建筑基础工程高层建筑基础工程包括基础的结构类型、大体积混凝土施工和逆筑法施工等.4.1基础结构与施工技术一、基础工程的特点:(一)基础必须适应地基(二)基础埋置较深(三)大体积混凝土的施工(四)正确处理好主楼与裙房的基础关系二、基础类型:(一)筏型基础RaftFoundation——柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础.1.平板式分类:2.梁板式(二)箱型基础BoxFoundation——由底板、顶板、侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较好的单层或多层钢筋混凝土基础.(三)桩基础PilingFoundation——由单桩和连接单桩的承台(基础梁)构成的钢筋混凝土基础.(四)复合基础MultipleFoundation1.桩基+筏基分类:2.桩基+箱基三、施工方案:(一)基础选型的要求(二)基础施工方案的选择4.2大体积混凝土施工一、定义:水泥水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差,预计超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土.二、特点:结构厚、体积大、钢筋密、混凝土用量大、工程条件复杂及施工技术要求高.2.基础约束产生的裂缝——深层裂缝（约束）3.浇筑后期的裂缝——贯通裂缝（收缩）三、裂缝：(一).种类：1.浇筑初期的裂缝——表面裂缝（温差）⊕混凝土内外温差引起的温度应力拉应力压应力(二).产生的原因：（1）水泥水化热的影响（2）内外约束条件的影响（3）外界气温变化的影响（4）混凝土收缩变形的影响(三)控制裂缝的方法1.“放”的方法2.“抗”的方法3.“放”、“抗”结合的方法四、浇筑方案:混凝土的浇筑强度Q:是指单位时间内混凝土的浇筑数量(m³/h)。浇筑强度按下式计算Q——混凝土浇筑强度，m3/h；H——混凝土分层浇筑时的厚度应符合规范要求，m；F——混凝土浇筑区的面积，m2；T1——混凝土的初凝时间，h；T2——混凝土的运输时间，h。一般:T=T1-T2=2h21TTHFQ−==HFT1.全面分层：一般适用于平面尺寸不大的结构2.分段分层：适用于厚度不大而面积或长度较大的结构3.斜面分层：多用于长度较大的结构五、技术措施：a.水泥应选用水化热低和凝结时间长的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。b.粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。c.应掺用缓凝剂、减水剂和减少水泥水化热的掺合料。d.保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，提高掺合料和骨料的含量，以减少每立方米混凝土水泥用量。e.降低混凝土的入模温度，控制混凝土内外的温差(当设计无要求时，控制在25℃以内)。f.及时对混凝土覆盖保温、保湿材料。g.进行人工导热。[例题]某设备基础:长*宽*高=30*10*5m,采用全面分层浇筑混凝土,不留施工缝,每层浇筑厚度为0.3m.采用J1-400型搅拌机,每一工作循环时间为3min.求所需搅拌机台数和浇筑混凝土的延续时间.解:①采用全面分层浇筑方案Q==式中:H=0.3mF=30*10=300m²T=T1-T2=2h得:Q==45m³/hH·FT1-T2HFT0.3*30*102②搅拌机生产率PP=Rq式中:R==0.8t=3*60=180sq=0.4m³得:P=0.8**0.4=6.4(m³/h)所需台数:N===7.03(台)实际施工时配8台,1台备用.③混凝土浇筑延续时间tl:t1==33.5(h)3600t20.7+0.91803600PQ6.4456.4*730*10*5六、温度效应计算：(一)混凝土水化热绝热温升计算:绝热温升——是指在混凝土四周无任何散热条件、无任何热损失的情况下,水泥水化热全部转化为使混凝土温度升高的热量.T(t)=(1-e-mt)cρmcQ式中:T(t)——混凝土的绝热温升(℃);mc——每m³混凝土的水泥用量(kg/m³);C——混凝土的比热,计算时取0.97kJ(kg·K)-1;Q——每kg水泥的水化热(kJ/kg),按表2-12取值;ρ——混凝土的重度,取2400kg/m³;t——混凝土的龄期(d);e——常数(2.718);m——与水泥品种,比表面及浇筑温度有关的经验系数,按表2-13取值.发热量/(kJ/kg)水泥品种22.527.532.542.552.5普通水泥矿渣水泥201188243205289247377335461表2-12每kg水泥水化热量(Q)表2-13计算水化热温升时的m值0.40630252015100.3840.3620.3400.3180.295m/(1/d)5浇筑温度/℃(二)混凝土内部最高温度计算:Tmax=Tj+T(t)·ξ式中:Tmax——混凝土内部中心最高温度(℃);Tj——混凝土的浇筑温度(℃);T(t)——t龄期时混凝土的绝热温升(℃);ξ——不同的浇筑块厚度,不同龄期时的降温系数,见表2-14.表2-14不同龄期水化热温升与浇筑块厚度的关系不同龄期(d)时的ξ值浇筑层厚度/m369121518212427301.01.251.52.53.004.000.360.420.490.650.680.740.290.310.460.620.670.730.170.190.380.590.630.720.090.110.290.480.570.650.050.070.210.380.450.550.030.040.150.90.360.460.010.030.120.230.300.370.080.190.250.300.050.0160.210.250.040.150.190.24(三)混凝土表面温度计算:Tb(t)=Tq+h′(H-h′)ΔT(t)式中:Tb(t)——龄期t时,混凝土的表面温度(℃);Tq——龄期t时,大气的平均温度(℃);H——混凝土的计算厚度(m),H=h+2h′;h——混凝土的实际厚度(m);h′——混凝土的虚铺厚度(m),h′=K;λ——混凝土的热导率,取2.33W(m·K)-1;K——计算折减系数,可取0.666;4H²λββ——模板及保温材料的传热系数(W(m²·K)-1);β=1Σ+1βqδiλi式中:δi——各种保温材料的厚度(m);λ——各种保温材料的热导率,W(m·K)-1,见表2-15;βq——空气层传热系数,可取23W(m²·K)-1;ΔT(t)——t龄期时,混凝土内最高温度和外界气温之差(℃)ΔT=Tmax-Tq表2-15各种保温材料的热导率材料名称重量/(kg/m³)热导率λ/W(m·K)-1木模板钢模板草袋木屑红砖普通混凝土空气500～700150190024000.23580.140.170.431.51～2.330.03材料名称重量/(kg/m³)热导率λ/W(m·K)-1水矿棉、岩棉沥青矿棉毡膨胀蛭石沥青蛭石板膨胀珍珠岩泡沫塑料1000110～200100～21680～200350～40040～30025～500.580.031～0.060.033～0.0520.047～0.070.081～0.1050.019～0.0650.035～0.047(四)混凝土所需保温(隔热)材料厚度计算:δi=·K式中:δi——保材料所需厚度(m);h——混凝土的计算层厚度(m);λi——保温材料的热导率(W(m·K)-1),按表2-15取用;0.5hλi(Tb–Tq)λ(Tmax–Tb)λ——混凝土的热导率,取2.3W(m·K)-1;Tmax——混凝土中心最高温度(℃);Tb——混凝土表面温度(℃);Tq——混凝土浇筑后3d～5d空气平均温度(℃);0.5——中心温度向边缘散热的距离,为结构厚度的一半;K——传热系数的修正值,即透风系数.[例]高层建筑大体积混凝土底板,平面尺寸为62.7m*34.4m,厚为2.5m,C30混凝土,混凝土浇筑量为3235m³.施工时的平均气温为26℃,所用材料为52.5级普通水泥,混凝土水泥用量为400kg/m³.混凝土的浇筑温度为23.9℃.施工方案确定采用保温法以防止水泥水化热可能引起的温度裂缝.试选择保温材料及所需的厚度.解:一、混凝土的绝热温升取t=3d时,有:Mc=400kg,ρ=2400kg/m³,C=0.97kJ/kg·K查表2-13得m=0.38,t=3d;查表2-12得Q=461kJ/kg·K.得:Tt=(1-e-0.38*3)=51.8℃二、混凝土内部最高温度浇筑层厚度为2.5m,查表2-14,得:ξ=0.65Tmax=Tj+Tt·ξ=(23.9+51.8*0.65)℃=57.57℃T(t)=(1-e-mt)cρmcQ400*4610.97*2400三、混凝土的表面温度施工方案中采用18mm厚的多层夹板模板,选用20mm厚的草袋进行保温养护,大气温度Tq=26℃.(一)混凝土的虚铺厚度:β=＝＝5.26式中:查表2-15可得λi=0.14,βq为空气的传热系数,取为23W(m²·K)-1h′=K=0.666*m=0.295m1Σ+1βqδiλi1Σ+1230.020.14λβ2.335.26(二)混凝土的计算厚度:H=h+2h′＝(2.5+2*0.295)m=3.09m(三)混凝土的表面温度:Tb(t)=Tq+h′(H-h′)ΔT(t)=[26+*0.295*(3.09-0.295)(57.57-26)]℃=(26+0.12*2.79*31.57)℃=36.57℃43.09²4H²四、计算结果表明:混凝土中心最高温度与表面温度差为(57.57－36.57)℃=21℃25℃;混凝土表面温度与大气温度差为(36.57-26)℃=10.57℃.因此采用在混凝土表面覆盖20mm厚的草袋作为保温养护措施方案是可行的.七、混凝土结构最大整浇长度：最大整浇长度——是指混凝土结构在温度应力作用下,不会产生裂缝的最大整浇距离.Lmax=1.5archHEcCx|αT||αT|-|εp|T——结构计算温差℃;α——混凝土线膨胀系数,取1.0*10-6;εp——混凝土极限拉伸应变.式中:Lmax——混凝土的最大整浇长度(mm);H——结构计算厚度(板)或计算高度(墙)(mm);Ec——混凝土的弹性模量(MPa);Cx——地基水平阻力系数(N/mm³);arch——反双余弦函数;八、混凝土裂缝的形成和控制：(一)裂缝产生的原因：宏观裂缝(≥0.05mm)粘着裂缝微观裂缝(≤0.02mm)水泥石裂缝骨料裂缝1.由外荷载引起的2.由结构次应力引起的3.由变形应力引起的(二)裂缝控制的技术措施：1.降低水泥水化热和变形2.降低混凝土温度差3.控制混凝土出机温度和浇筑温度4.改善边界约束和构造设计5.加强施工中的温度监测工作4.3逆筑法施工逆筑法施工——是对高层建筑地下结构采用由上而下逐层施工的一种方法。一、工艺原理:二、分类:1.封闭式逆筑法2.敞开式逆筑法3.半逆筑法三、逆筑法地下结构施工:(一)土模浇筑梁板(二)柱头模板与施工缝(三)施工缝的处理四、逆筑法土方施工:(一)垂直运输孔洞的布置:1.出土口n=KVTW式中:n——出土口的数量(个);K——其他材料、机械设备等通过出土口运输的备用系数,取1.2～1.4;V——土方开挖量(m³);T——挖土工期(d);W——出口机械的台班产量(m³/d).2.上人口3.通风孔(二)地下挖土和坑内降水(三)地下通风、用电和照明措施五、逆筑法施工的特点:(一)缩短工程总工期;(二)基坑变形小,相邻建筑物的沉降小;(三)可节省支护结构的支撑费用;(四)可使封路时间缩短;(五)土方开挖难度大、缺乏专用施工机械、节点处理要求高.逆作法施工程序逆作面航天大厦工程概况航天大厦系位于南岗区红军街东北侧,博物馆广场东侧,处于哈市黄金地带:火车站、奋斗路商业区、博物馆三点交汇处。开工日期1996年8月26日,交工日期2000年6月6日。该工程获得国家级新技术示范工程金牌称号。航天大厦总建筑面积11.4万时,地下部分为五层，建筑面积为3.1万m2,逆作施工1.8万m2,基础深31.5米,地上部分为三塔鼎立,总高度为148.8m,层数为35层,建筑面积为8.3万m2,本工程为全省