框架梁柱節點核心區的施工

一、引言

無論是框架、框剪還是框筒結構,框架在高層鋼筋混凝土結構中,作為抗側力構件,均起非常重要的作用。在抗震設計中,“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點”等作為基本設計原則,也是重要的抗震構造措施,是保證結構具有合理的抗震防線,以及較大的延性和耗能能力的保障。梁柱核心區是這些抗震措施能否實現的關鍵。然而,梁柱節點本身比較復雜,它受力復雜,可能會出現剪壓破壞和粘接錨固破壞,它不能作為框架的耗能部位。因此,設計中在計算滿足的同時,對梁柱節點提出強核心區,強錨固的要求。

另外往往由于荷載組合及內力計算的結果,在高層中要求豎向結構取較高混凝土強度等級,而平面梁板為減少混凝土水化熱的不利影響,混凝土強度等級一般不能高于C35,這就造成同一層的豎向構件(柱、墻)混凝土強度等級高于水平構件(梁、板)的混凝土強度等級。高層建筑的框架結構節點處,經常會出現柱混凝土強度等級比同一層梁板高的情況。針對這種情況,通常的施工方法是先澆節點處混凝土強度等級高的核心部分,然后于初凝前再澆梁板混凝土。

在施工中,梁柱節點本身又是難點。一方面,梁柱節點區是梁及柱鋼筋的匯交處,鋼筋數量多,又相互穿叉,又要有足夠的錨固,混凝土難以澆搗密實。另一方面,由于設計的要求,高層中往往同一層的豎向構件(柱、墻)混凝土強度等級高于水平構件(梁、板)的混凝土強度等級,這進一步增加了施工的難度。在這種情況下,一旦處理不好,就會發生部分樓層在梁柱節點處高低強度等級混凝土交界面附近出現微細裂縫,這顯然是不希望發生的現象。

二、從施工方法上分析

為什么會產生裂縫?是否對結構有不良影響?我們先從施工方法上分析。

建筑多數使用商品混凝土或現場攪拌站泵送澆搗的情況,當梁柱混凝土強度等級不同時,施工可采用分別澆搗的方法。不管柱頂留或不留施工縫,均應先用塔吊吊斗或混凝土泵輸送柱等級的混凝土就位,分層振搗,在樓面梁板處留出45°斜面。在混凝土初凝前,隨之泵送澆筑樓面梁板的混凝土。采用這種方法澆搗樓層柱、墻、梁、板混凝土時,應重點控制高低強度等級混凝土的鄰接面不能形成冷縫,這也是交界面附近出現微細裂縫的主要原因。

施工中如何避免或減少它的影響呢?一般,施工宜在柱頂梁底處留設施工縫,以縮小節點核心區高強度等級混凝土澆搗時間,避免高低強度等級混凝土的鄰接面形成冷縫。同時對梁柱節點鋼筋密集的核心區用小型插入振搗器加強振搗,杜絕漏振死角;對于鋼筋確實過分密集的情況,應事先和設計單位聯系采取適當的技術措施,確保節點核心區混凝土的密實性和設計強度。另外,梁柱節點處不同強度等級混凝土時,也可采用在墻柱邊1米范圍內梁板混凝土強度等級同節點。這樣,最能保證節點區強度,也弱化了混凝土強度變化帶來的影響。這種方法應該說是最能保證施工質量且最便于施工的,但這將增加造價,也必須經設計院認可。

三、提出解決辦法

以上是從施工方面分析,梁柱節點處不同強度等級混凝土采用分別澆搗的施工方法給施工帶來不便,且容易形成鄰接面的冷縫。有時候當柱子混凝土強度等級高于梁板混凝土強度等級不超過二級時,也可考慮梁柱節點處的混凝土隨同梁板一起澆搗。但應當指出:此時,梁柱節點處的混凝土強度如果取用梁板的混凝土強度,會引起柱在豎向荷載作用下的承載力不足,以及地震作用下節點核心區的抗剪承載力不足,所以一般不應采用。下面我們進一步分析原因并提出解決辦法。

在梁柱節點處高低強度等級混凝土交界面附近出現微細裂縫,最主要原因是梁柱節點處,混凝土的強度等級相差較大(相差兩個等級)時,不同強度等級的混凝土,其水泥用量、水灰比、用水量都不同,柱子體積大,水泥用量多,產生的水化熱高,高低強度等級混凝土的收縮有差異,所以在其交界附近容易產生裂縫。施工中一方面應要求混凝土攪拌廠調整配合比設計,在滿足強度等級及可泵性的條件下,對柱子混凝土,減少水泥用量、減少含砂率、增加石子含量、減少坍落度、減少用水量,并對粉煤灰和外加劑的用量也需作相應的調整。另一方面,節點處的混凝土實行“先高后低”的澆搗原則,即先澆高強度等級混凝土,后澆低強度等級混凝土,嚴格控制在先澆柱混凝土,初凝前繼續澆搗梁板的混凝土,事先作好技術交底和準備工作。①

其次,現澆梁板的梁在板下,上面養護的水被板充分吸收,而梁得不到充足的養護水分,造成梁的內外不均勻收縮,也容易導致梁的兩側面產生裂縫。為此,加強混凝土的養護,特別是梁,除了板面澆水外,還應在板下梁側澆水,在滿堂承重腳手架未拆除之前,可以用高壓水槍對梁進行澆水養護,并推遲梁側模的拆模時間。②

另外,商品混凝土配合比中,高強度等級混凝土的水泥用量偏多,水灰比、含砂率、坍落度偏大,也會導致高低強度等級混凝土交界附近產生裂縫。施工中應嚴格控制混凝土拌合物的坍落度,節點核心區柱子部位混凝土采用塔吊輸送,以期降低坍落度。在現場,對每車混凝土都應進行坍落度檢測。③

還有,柱子斷面大,剛度大,而梁的截面相對較小,剛度相對較小。受柱子的強大約束,梁混凝土的收縮受限制,也容易產生裂縫。施工中可采取梁板的混凝土采用二次振搗法,即在混凝土初凝前再振搗一次,增強高低強度等級混凝土交接面的密實性,減少收縮。④

有時,有的梁側面水平方向的構造鋼筋太少,對梁的抗收縮裂縫不利。設計及施工時,在產生裂縫相對較多的梁的側面,增加水平構造鋼筋,提高梁的抗裂性。⑤

四、結論

經現場察看和討論分析認為,上述原因中,①③④項是由混凝土收縮產生的,②項是施工養護引起的,⑤項在設計中可以解決。這些裂縫不是荷載作用下的結構裂縫,并不影響結構的安全。然而,出現裂縫對實際使用及耐久性,總是有不利影響的。根據上述原因分析,只要設計、施工中采取的針對性措施到位,并精心施工,梁柱節點高低強度等級混凝土交界處附近的裂縫完全可以得到避免。

參考文獻:

[1]混凝土結構設計規范(GB50010-2002),中國建筑工業出版社,2002.

[2]建筑抗震設計規范(GB50011-2001),中國建筑工業出版社,2001.

[3]中國有色工程設計研究總院主編,混凝土結構構造手冊(第三版),2003.

作者簡介:

吳小貴(1972-),女,陜西西安人,工學學士,蘇州建設交通高等職業技術學校講師,主要從事建筑工程技術專業的教學與研究。