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结构设计中需要考虑的施工关键问题 1 概述 建筑技术最大的进展体现在对结构高度、跨度与复杂性的不断挑战。随着设计与施工的 关系变得越来越密切，设计中遇到的技术难题不单纯是设计问题，更多的是施工实施可 行性的问题。由于我国建筑设计与施工建造分属于不同的部门，在设计期间全面考虑施 工建造的相关问题存在较大的困难。 本文结合结构设计中经常遇到的与施工相关的关键技术问题，对结构材料的选择与代 换、施工荷载与控制应力比、施工过程模拟分析、超长结构合拢温度的控制、卸载与安 全监测、施工误差与结构验收等相关问题进行了探讨。 2 结构材料的选择与代换 2.1 高强钢筋与高性能混凝土 2.1.1 高强钢筋 目前，400MPa 级的钢筋在混凝土结构中已经普遍采用，根据我国即将颁布的《混凝土 结构设计规范》GB 50010—2010，500MPa 热轧高强度钢筋将逐步得到使用和推广。 《热轧带肋高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则》RISN—TG007—2009 ［1］规定， 对于由承载能力极限状态控制配筋的抗爆设计人防结构和抗倒塌设计结构，以及预应力 混凝土结构构件中的非预应力受力钢筋，推荐优先采用 500MPa 级钢筋，以充分发挥其 强度较高的优势。高强钢筋主要应用于钢筋混凝土柱、剪力墙等竖向构件。采用高强度 钢筋时，需要注意当地相应钢种的生产及供货情况，避免出现无法找到相关产品的情况。 从高强钢筋用量来看，欧美国家 400～600MPa 级钢筋用量达到 95% 以上。若 HRB500， 1 HRB400，HRB335 钢筋的设计强度分别取 420 ，360，300MPa，则采用 HRB500 钢 筋代替 HRB335，HRB400 钢筋，可节约材料分别在 28%和 14%以上，并可节约大量 的能源、电力、运输、加工费等，减少烟气、粉尘和污染物的排放。实际工程应用表明 采用高强钢筋的工程，钢筋用量减少低于设计强度的比值，主要原因是钢筋强度提高后， 构件挠度变形和裂缝宽度增加的问题尚待解决。此外结构最小配筋率的规定及抗震和温 度-收缩等间接作用提出的构造配筋措施必须考虑。因此采用高强钢筋后，实际配筋的 用钢量并不能按比例减少。大量研究表明，采用 500MPa 高强钢筋后，可减少钢筋用量 12%～14% ［2 ］。 2.1.2 高强混凝土 目前我国绝大多数地区采用C60 以下的混凝土，有些城市混凝土强度等级可以达到 C80 及以上。但其他地区在结构设计时，当采用 C60 以上混凝土时，需要了解当地的实际 材料及高强混凝土应用情况，避免结构设计中采用的强度等级无法实现，造成较大的设 计更改。在高强混凝土施工前，施工单位必须对原材料性能、所配制高强混凝土拌合物 性能及混凝土硬化性提出试验结果报告，等设计单位或甲方及监理单位许可后，方可施 工。 高强混凝土的浇注宜采用泵送。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是 采用混凝土结构的重要特点。目前，混凝土单级泵送高度最大的工程是迪拜的哈利法塔， 达到了 601m 。 到目前为止，各国规范中采用的混凝土最高强度等级分别是:欧洲规范 Euro code2 为 C105，德国规范 DIN1045 是 C115，美国设计手册已用到 C100，试验研究已经超过 C160 ［3 ］。 2.1.3 免振捣混凝土 免振捣自密实混凝土在我国于 20 世纪 90 年代末开始应用于工程。具有降低施工噪声， 减轻工人劳动强度，便于泵送，不分层、离析，有利于快速施工等优点，并且可以防止 2 传统混凝土浇注中漏振、过振和钢筋密集结构容易出现的蜂窝麻面等工程缺陷。它在配 制过程中可掺用大量矿物掺和料，有利于资源利用和生态环境保护，具有很好的经济效 益。 在型钢混凝土构件及钢管混凝土构件中，施工振捣条件较差，此时需要采用高强免振捣 混凝土。混凝土的坍落度可达 250～270mm，扩展度可达 650mm 以上，1h 以后，扩 展度可达 500mm 以上［4 ］。 免振捣混凝土通常采用压力顶升法与高抛法施工，通过施工试验检验采取适当的施工方 法。 2.2 混凝土结构耐久性 结构耐久性设计专门针对结构在环境作用下的适用性能力，荷载作用下的耐久性属于结 构安全性范畴，但对施工的要求显著高于传统的普通