浅议大跨度肋型屋盖中纤维混凝土的应用

【摘要】随着建筑业技术的飞速发展，大跨度大空间结构越来越多，工程施工质量的要求越来越高。本文以实际工程为载体，对正交斜放肋型现浇钢筋混凝土结构的施工选择合理的施工工艺进行了分析，有效防止了结构性裂缝的产生，在实际应用中取得了良好的实效，具有较高的工程实践价值。

【关键词】大跨度；肋型屋盖；纤维混凝土；应用

一、纤维混凝土的特点及常见种类

1. 纤维混凝土及其特点

顾名思义，纤维混凝土是指利用纤维材料与混凝土基本材料混合而成的复合型建筑材料。传统的水泥混凝土由于自身缺乏延伸性、抗拉强度等特点，导致混凝土材料自身无法充分发挥其作用，建筑施工中较易出现问题，而通过利用纤维混合混凝土形成复合材料时，可利用纤维带有的高抗拉性以及较高极限延伸性的优势对混凝土材料进行补充，能够有效对混凝土材料可能产生的裂缝等情况进行改善，以此来提升混凝土材料的质量，达到提升建筑水平的目的。因此，这类利用纤维对水泥混凝土材料进行增强的复合型混凝土材料统称为纤维混凝土。

2. 纤维混凝土材料的种类

纤维材料的性质、属性等存在差异，因此可利用的纤维材料种类较多，其中包括金属纤维、无机纤维以及有机纤维。由于纤维材料不同，利用这几种纤维材料合成的复合纤维混凝土材料也有所不同。最常见的纤维混凝土包括钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土以及聚丙烯纤维混凝土。

（1）钢纤维混凝土

钢纤维混凝土中的钢纤维属于金属性纤维，其主要包括低碳性钢纤维，但由于混凝土中包含水分，因此钢纤维必须属于不锈钢性纤维材料。在选择刚纤维时，如果使用长直型刚纤维，必须确保该纤维直径在 0.3-0.75mm，如果选用扁平型刚纤维，则需要确保将该纤维的厚度控制在 0.15-0.4mm。而除了这两种刚纤维，还包括端部弯钩型纤维等。

在对钢纤维混凝土进行搅拌制作时，通常利用摇筛设备或分散机等加料方式，而为了提高该复合混凝土材料的均匀程度，通常在搅拌时都会按照粗集料、细集料、水泥、水、其他材料、刚纤维的顺序逐次加入并进行搅拌。而在对混凝土材料进行振捣时，由于该混凝土材料与普通混凝土材料有所不同，因此在振捣方法上也存在差异。而在具体振捣过程中，不同的振捣方式对混凝土材料中纤维的取向也具有不同的影响。

钢纤维混凝土具有成本较高的特点，而在利用钢纤维混凝土施工时产生的施工难度也较大，因此普通建筑施工作业中无法使用该材料，而在地下工程、机场施工、高架路床建筑以及防震工程中，多使用刚纤维混凝土材料进行施工，以此来提升整体建筑质量。

（2）玻璃纤维混凝土

玻璃纤维混凝土是无机纤维混凝土中的一种。而由于混凝土材料存在较脆的特点，因此在选择玻纤维制作复合材料时，必须使用具有抗碱性特点的玻璃纤维，降低混凝土材料中 Ca（OH）2对混凝土性能的腐蚀程度，以此与混凝土进行互补，提升整体玻璃纤维混凝土的属性与质量。该材料与钢纤维混凝土材料的搅拌方式相同，且因其具有较高的抗火性，因此多用于建筑中非承重部位的施工中。

（3）聚丙烯纤维混凝土

纤维材料属于网络状形态，一般在使用时可将纤维材料切成规格为 20-60mm 短材料，便于搅拌等。由于聚丙烯纤维属于有机物质，一旦暴露在空气中则极易出现氧化等情况出现老化现象，因此在搅拌配比前，为确保纤维材料质量，应当采用利用黑色密闭容器等方式将材料妥善保存。

聚丙烯纤维混凝土的施工工艺分为搅拌法与喷射法。纤维的掺量因工艺不同而异。采用搅拌法切短长度为 40 ～ 70mm，体积掺率为 0.4% ～ 1%；采用喷射法切短长度为 20 ～ 60mm，体积掺率为 2% ～ 6%。聚丙烯纤维混凝土力学性能不高，一旦混凝土开裂，纤维混凝土即发生开裂，抗压强度亦无明显提高。唯抗冲击强度较高，可提高 2 ～ 10 倍。收缩率可降低 75%。可用于非承重的板、停车场以及公共建筑等。

二、工程概况

四川某公用建筑，在①～⑦轴交 A ～ E 轴之间，建筑物设计使用功能为报告厅，建筑面积 1412m2

，该部分的结构形式采用

正交斜放肋型现浇钢筋混凝土结构，屋盖平面尺寸为 40m×32m，混凝土的强度等级为 C35，肋梁截面为 350×1500mm，肋梁方格网尺寸为 2828mm×2828mm，顶板厚度为 120mm，屋盖系统一次混凝土量浇筑量为 650m3

，该屋盖系统的结构布置如图 1 所示。

（注：①表示有柱约束梁节点；②表示无柱约束梁节点）图 1　梁柱平面布置图

三、结构分析

该屋盖系统采用肋型现浇钢筋混凝土结构，可以有效地提高建筑物的使用空间，施工便捷，工程质量容易得到保障，但在屋盖系统的结构布置图中，我们不难发现，该屋盖水平受力体系为正交斜放梁板结构，在节点①设置有约束边缘柱，节点的刚性较强，但在节点③中没有设置约束边缘柱，节点②在混凝土早期收缩应力（水平力）和后期水平推力的作用下，容易造成边梁外侧产生结构性裂缝，从而影响建筑物的使用寿命。

四、施工方案的确定

通过对结构的分析，我公司发现如何防止节点②边梁不出现结构性裂缝，是该屋盖系统施工质量控制的要点和难点，经过多方案的比较和分析，最终确定该屋盖混凝土采用纤维混凝土，利用纤维混凝土的韧性来提高该屋盖系统边梁的抗裂性能。

五、纤维混凝土的施工

1. 纤维混凝土的选择

目前国内使用的纤维混凝土有钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土两类，考虑到该屋盖所处的环境，施工单位确定使用聚丙烯纤维混凝土。

2. 聚丙烯纤维在混凝土中的工艺原理

在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，且分布均匀；同时由于聚丙烯纤维细微，故比表面积大，0.9kg 聚丙烯纤维分布在 1m? 的混凝土中，则可使混凝土中就有 2000 ～ 3000 万根 /m3纤维不定向分布在其中，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当混凝土微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻碍，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝。

聚丙烯纤维混凝土的施工与普通混凝土基本相同，但聚丙烯纤维混凝土在相同配合下，坍落度比普通混凝土降低 30% 左右，且泌水速度降低，故要进行二次振捣，收面作业应适当加强。混凝土中掺入聚丙烯纤维后，混凝土初凝提前 1 ～ 1.5h，终凝也略有提前，同时，聚丙烯纤维的掺入减少了塑性混凝土表面的析水，表现为泌水率下降，泌水推迟 20min 开始，提早 30min 结束。

3. 纤维混凝土施工

（1）配合比设计

纤维混凝土的配合比设计是在普通混凝土的拌合物中加入1.8。在户型设计图示案例中，可以看到设计充分利用这个优势条件，保证了户型南侧有较大的面宽，大量辅助用房（厨房、卫生间、衣帽间、储藏、书房等）布置在北侧，大多数客厅和卧室等布置在南侧，此为本项目的一大设计亮点。

3.3 通过退台、露台、地下室等增加面积。由于容积率仅为1.8，在前期定位中，先通过北侧 30 层的住宅消化大量的计容建筑面积，将剩余的建筑面积设计了附加价值较高的中层住宅。其中大多数为 7-10 层的住宅，通过地下室的非计容面积、不算建筑面积的退台、露台等等，增加每户的实际得房率。

1# 楼平面图（30 层）

8# 楼平面图（8 层）

3.4 装配式建筑。本项目五栋 30 层左右高层住宅采用了装配式建筑这种新的建造模式，通过大量工厂预制构件、预留孔洞，减少现场施工造成的环境污染，减少了工期。同时，我们也通过这种项目的实践获得了宝贵的经验。

3 总结

在设计实践中，两个项目既有相似之处，也有各自的的特点，需要根据具体的情况扬长避短。两个项目均采用了中轴对称和围合式的布局、多层次的主入口、大量和立体的景观绿化、人车分流、下沉广场等。

绿地珑玥府项目容积率相对更高，南侧面宽不如龙信玉园项目，使得此项目在总体布局上采用了全 30 层左右的点式住宅，保证剩余用地和空间可以营造大量的景观绿化，从而提升小区品质。

相对而言，龙信玉园项目由于容积率较低且南侧面宽较大，通过南北侧高低配的方式，挖掘中层住宅最大的附加价值。同时，绿地项目根据广州当地更加闷热多雨的情况设计了架空层和风雨连廊，这种因地制宜的设计方式也是我们需要在工作学习中多加运用的。

户型设计上，绿地项目大量采用 T 形的平面，通过这种比较舒展的平面形式，保证在现有条件下最佳的户型通风和采光效果。

同时，这种户型也不会由于面宽过宽在总图上形成严重的遮挡。

龙信玉园项目则最大程度利用了其南向面宽宽的优势，户型中设计了大量南侧的客厅卧室等主要房间，同时采用大量多单元组合的联排。绿地项目中大量剪力墙靠外侧布置，从而保证未来空间分割变化的灵活性，也是非常值得借鉴的。

结束语

本文尝试通过对本人已完成的两个住宅项目进行一定总结和对比，提炼出一些特点和可以借鉴的内容，为将来高层住宅设计提供一些建议。希望通过不断的实践和总结，在将来的高层小区设计中，建筑师可以更加完善的考虑到方方面面的问题，创造出更加宜人的居住空间。

参考文献：

[1] 沈明磊，魏琨，崔森淼，陆璐，张玄 . 绿地合肥新都会百年住宅项目探索与实践 [J].《城市住宅》，2014（12）