钢纤维混凝土施工技术在高层建筑中的应用

龚桂发

摘 要：在目前的高层建筑工程中，大多数工程都采用了钢纤维混凝土结构和钢—混凝土组合结构。特别是在高层建筑当中更加是优先使用，文章主要阐述了有关钢纤维混凝土施工技术在高层建筑中的应用。

关键词：钢纤维；混凝土；施工技术；高层建筑；应用

当前的钢纤维混凝土施工技术对于高层建筑物的需求有功能上的完美契合，既解决了高层特殊部位性能加强和空间有限的矛盾，又极大地提高了高层建筑的安全，是当前高层建筑施工应用技术的一个新的发展方向。针对钢纤维混凝土施工技术在高层建筑中的应用进行深入的研究和探讨。

1 钢纤维混凝土概述和特点

高层建筑随着城市化发展速度的加快越来越呈现出多样化态势，同时由此引起的问题也越来越复杂、越来越严峻。高层建筑结构作为目前建筑工程领域最为常见的结构体系之一，其逐渐趋于复杂化、多功能化和个性化发展，这也为结构整体性、抗震性和耐久性提出了新挑战。钢纤维混凝土作为解决当前高层建筑结构整体性、延伸性和抗震性的主要手段，在社会发展的现阶段越来越受到人们的重视。

1.1 钢纤维混凝土概念

所谓的钢纤维混凝土主要指的是以普通混凝土材料为基础，在其中添加钢纤维作为预应力筋的一种复合混凝土结构。在这种混凝土结构中，其中撒入的凌乱分布的钢纤维，从而阻止混凝土内部裂缝的出现和了扩展，减少宏观裂缝的形成，因而显著的改善了混凝土结构的抗弯、抗拉、抗冲击能力，使得混凝土结构存在着良好的延性。

1.2 钢纤维混凝土的特点

1.2.1 钢纤维混凝土比普通混凝土的抗剪强度高50%。科学工作者采用了很多实验，通过对钢纤维混凝土抗剪强度的试验测试表明：钢纤维混凝土的抗剪强度是随钢纤维体积的增大而增大，随水灰比的增大而减小的。

1.2.2 钢纤维混凝土抗压性能优于普通混凝土。在动荷载作用下，钢纤维混凝土出现裂缝后，钢纤维会阻碍裂纹的扩展，一旦外部的钢纤维作用失效，钢纤维从混凝土中拔出，或达到屈服强度被拉断，新裂纹处的钢纤维又会承担阻碍裂纹扩展的工作，钢纤维被拔出或拉断都需要消耗大量的能量，体现了钢纤维混凝土的抗冲击能力。科学试验表明，混凝土的抗压强度是好是坏，主要取决于混合料的搅拌情况和钢纤维的含量参数，只有参数合理，搅拌成型才能提升混凝土的抗压性能。所以，并不是在所有情况下钢纤维都有利于混凝土抗压能力的提高，含量过高或过低都会影响抗压性能。

1.2.3 钢纤维混凝土比普通混凝土高2倍以上的耐冲击性，而其影响弯曲韧性的性能高出几倍。混凝土的抗冲击性能是混凝土材料在外部势力的打击和碰撞下，可抵抗破坏性的程度。混凝土中添加钢纤维，还可以提高混凝土的耐磨性能。研究学者利用标号为C35普通混凝土和CF35的钢纤维混凝土制作成5cm×5cm×5cm立方体试件进行磨损试验，试验结果表明，钢纤维混凝土比普通混凝土的磨损损失降低了30%；钢纤维混凝土的耐腐蚀性、抗冻性均比普通的混凝土要好。

1.2.4 与普通混凝土相比，钢纤维混凝土弯曲性能有着40%以上的增幅。这个特性，直接影响着钢纤维混凝土在机场跑道、桥梁、高层建筑的应用。这是因为，钢纤维混凝土的韧性比普通混凝土强的多，可以大大提高工程应对地震等灾害的能力。

当然，钢纤维混凝土的优越性能不止这些。但我们已经看到，钢纤维混凝土相对于普通混凝土的巨大优越作用。同时，钢纤维混凝土施工简单，材料性价比相对较高，在土木工程中得到广泛使用。

2 钢纤维混凝土施工技术在高层建筑中的应用

钢纤维混凝土是指掺加短钢纤维或合成纤维作为增强材料的混凝土，钢纤维的掺入能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗疲劳特性及耐久性；合成纤维的掺入可提高混凝土的韧性，特别是可以阻断混凝土内部毛细管通道，因而减少混凝土暴露面的水分蒸发，大大减少混凝土塑性裂缝和干缩裂缝。

钢纤维混凝土采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，合成纤维混凝土优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；钢纤维混凝土不得使用海砂，粗骨料最大粒径不宜大于钢纤维长度的2/3；喷射钢纤维混凝土的骨料最大粒径不宜大于10mm；纤维的长度、长径比、表面性状、截面性能和力学性能等应符合国家有关标准的规定，并根据工程特点和制备混凝土的性能选择不同的纤维。这种技术生产的混凝土适用于对抗裂、抗渗、抗冲击和耐磨有较高要求的工程。

2.1 高层建筑梁柱节点中应用钢纤维混凝土

钢纤维混凝土的梁柱节点框架比普通混凝土框架在延展性上提高57%，荷载次数提高15%，在因此在高层建筑梁柱节点上采用钢纤维混凝土既可以有效提高节点的抗震性能，提高了扁梁柱节点的强度和刚度以及初裂和极限承载力，改善节点的延性，又缓解了以往节点钢筋密度过大、施工困难等一系列技术难题。

2.2 联肢墙连梁中应用钢纤维混凝土

高层建筑中，剪力墙和框架结构组成了一个核心筒结构，其中联肢墙洞口的连梁不仅可以调节并且可以保证联肢墙的侧向刚度，有效的耗散地震能量，减少地震波对建筑物的损坏。通过一系列的静力和动力试验表明：逐渐改变连梁的变形能力，可以改善框架结构的变形能力，而联肢墙的强度和刚度性能良好的情况下，一旦出现了强烈地震，连梁就会表现出塑性变形能力，首先联肢墙出现弯曲，耗散一部分地震能量，减少传递到建筑物上的能量，减少对建筑主体的破坏，达到减震的效果。但是在设计中，连梁的高跨比一般都比较大，其延性不足，容易出现剪切破坏，衰减了抗震效果，因此，高层建筑设计中，设计师需要解决联肢墙连梁的延性问题。国内学者通过大量试验研究表明，如果在短梁混凝土中添加约1%的钢纤维，就能够改善混凝土的粘结能力，增强短梁的抗剪切效果，一旦出现动荷载或者荷载方向改变时，不容易出现剪切破坏，增强了短梁的抗震能力。

在高层建筑框架短梁混凝土中加入1%左右的钢纤维，能够极大的改善混凝土的粘结条件，提升短梁的抗剪能力，使原本极易发生剪切脆性破坏的短梁，在遭遇外力时改变为发生弯曲破坏，从而极大的提高了短梁抗震能力，也相应提高了高层建筑的稳定性。

2.3 高强混凝土柱中应用钢纤维混凝土

在高层建筑结构设计中，为了达到减少混凝土柱截面的面积，往往在结构柱底部使用高强度的混凝土，但是高强混凝土有个致命的缺点——脆性大，延展性差，不能发挥框架结构的抗震优势。人们往往希望在柱底部抗压强度很高的情况下，还能够提高构件的抗震能力，研究学者采取了很多方法，如在混凝土柱底部设置套箍，增强柱的抗剪能力；而在高强混凝土中添加适量的短钢纤维，利用短纤维的粘结力，增强混凝土的抗剪效果，减少混凝土内部微裂纹的形成，可见，在高强混凝土中添加适量的钢纤维，能够极大的提高混凝土的延性和抗震性。

在高强混凝土中应用钢纤维可以改善柱体的延性，通过在高强混凝土之中掺入方向不一的短钢纤维，不仅能够防止混凝土内部产生微裂缝，还可以阻碍外部宏观裂缝的发生，从而由内到外改善高强混凝土的性能。

3 结语

综上所述，钢纤维混凝土在高层建筑中有着广泛的运用，特别是在很多工程中发挥着不可替代的重要作用，对于提高工程质量、减少工程支出、延长工程使用寿命等方面有着巨大经济意义和现实意义。

参考文献

[1] 杨建国.纤维混凝土在工程中的应用与发展.山西建筑，2009（06）.

[2] 黎海坚.钢纤维混凝土施工技术在高层建筑中的应用[J].黑龙江科技信息，2010年（36）.