淺議柱梁板同時澆筑

楊祖龍

柱梁板同時施工,通過樓層放線定位后,進行框架柱鋼筋的綁扎,接著進行框架梁、板支撐體系及模板的支設,然后進行梁鋼筋的綁扎和安裝,同時進行板鋼筋的綁扎和框架柱模板的安裝,最后將柱梁板混凝土一次性澆筑。這種施工工藝在實際施工操作中具有很多優點,可以加快工程進度,利于施工企業的組織施工,降低施工成本,并且梁柱節點處觀感質量較好。在實踐中,梁板柱同時澆筑使梁板柱交接處混凝土觀感質量都比較好。因此,有人提出:“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(10 MPa),可考慮梁柱節點處的混凝土隨同梁板一起澆搗”[1]。“柱和梁板混凝土強度等級宜分別按C40和C25或C45和C30設計,即強度相差不大于3級,無論是中柱、邊柱和角柱節點核心區均可采用梁板混凝土一起澆筑”[2]。

但是隨著建筑物高度增加,而框架結構及高層建筑混凝土結構的柱混凝土設計強度高于梁板設計強度的情況十分常見,且兩者的設計強度差距越來越大,為滿足柱的軸壓比,要求控制柱的截面不過大,柱須采用較高等級的混凝土。然而對以受彎為主的梁板而言,過高的混凝土強度等級是不需要和不適宜的,一方面對梁板的抗彎承載力的貢獻不明顯,另一方面對構件承受混凝土收縮應力、溫度應力等也不利。采用框架結構體系的單層、多層甚至高層的建筑工程為滿足抗震需要,框架結構常采用“強柱弱梁”“強剪弱彎”“強節點,強錨固”的設計原則,一般柱混凝土強度高于梁混凝土強度2個～3個等級。據規范要求,框架柱水平施工縫下部留置在基礎或樓板的頂面,上部留置在框架梁底面,為了保證梁、柱節點混凝土的施工質量,應采取技術措施。但不同強度等級混凝土給施工帶來了不便,03ZG003中要求“當柱混凝土強度等級較梁的強度等級相差不高于5 MPa時,節點核心區可不作處理”,即可采用同時澆筑。

由此可見,同時澆筑法與傳統澆筑法即先澆灌柱混凝土,待柱模拆除后再支撐柱頭及梁板模,綁扎梁板鋼筋,然后再澆筑梁板混凝土,相比具有以下不足之處:

1)在實際操作中柱與梁板同時澆筑控制難度系數較大。規范規定在澆筑與柱連成整體的梁或板時,應在柱澆筑完畢后停歇1 h～1.5 h,使其獲得初步沉實,排除泌水,而后再繼續澆筑梁或板。即使柱混凝土強度等級較梁的強度等級在允許同時澆筑的范圍內,但在實際操作中落實起來有較大難度。隨著商品混凝土推廣,停歇時間難以控制。其次,如果先將所有的柱混凝土按一定的順序澆筑完,再澆筑梁板混凝土,勢必會將已安放好的板筋踩踏變形,在澆筑中不可能沒有混凝土濺灑在梁、板模板上,梁板混凝土因流動太快而造成低等級混凝土流入梁柱節點區,這些都將給混凝土的成型和質量帶來影響。要做好梁柱兩個不同等級混凝土在同一澆筑面的接槎,在組織流水段澆筑時,要根據澆筑面的寬度和澆筑速度,分別算出梁板混凝土和梁柱節點區混凝土的體積,妥善安排兩種等級混凝土的用量并計算各自的澆筑時間,以確保兩種混凝土接槎在2 h內完成。另外,還要確保低等級混凝土不能流入高等級混凝土中。一般可分兩個班組進行施工,一個班組隨輸送泵澆筑梁板,一個班組用塔吊澆筑柱(梁柱節點區)混凝土。

2)柱子的質量缺陷難以處理。在混凝土澆筑時,難免會出現孔洞、軸線位移、截面尺寸偏差過大、露筋等嚴重缺陷。規范規定“現澆結構的外觀不應有嚴重缺陷。對已經出現的嚴重缺陷,應由施工單位提出技術處理方案,并由監理(建設)單位認可后進行處理”。若是單獨澆筑的柱出現嚴重缺陷超過規范許可范圍,就應進行返工重做。當采用整體澆筑方法時,對于柱子的質量缺陷沒有較好的處理方法,而只能采用“修補處理”或“不處理”。因此,同時澆筑不利于保證柱子質量。

3)同時澆筑影響柱混凝土的碳化度。碳化度取決于周圍介質的相對濕度。過高的濕度(如100%)會使混凝土孔隙充滿水,二氧化碳就不易擴散到水泥石中;過低的濕度(如25%),則孔隙中沒有足夠的水使二氧化碳生成碳酸,碳化作用不易進行;當周圍介質的相對濕度為50%～70%時,混凝土碳化速度最快。由于梁板柱一次支模,造成柱的養護困難,碳化度較深。混凝土碳化本身對混凝土并無破壞作用,其主要危害是由于混凝土堿性使鋼筋表面在高堿性環境下形成的對鋼筋起保護作用的致密氧化膜(鈍化膜)遭到破壞,使混凝土失去對鋼筋的保護作用,使混凝土中的鋼筋銹蝕,同時,混凝土的碳化還會加劇混凝土的收縮,碳化后的混凝土質地疏松,強度降低,這些都可能導致混凝土的裂縫和結構破壞。

4)節點區混凝土的強度及密實性難以保證。框架節點聯系著框架梁及上下層柱,是框架傳力的樞紐。由震害調查可見,梁柱節點區的破壞大都是由于節點區無箍筋或少箍筋,在剪壓作用下混凝土出現斜裂縫甚至擠壓破壞,造成縱向鋼筋壓屈成燈籠狀。因此,保證節點區不過早發生剪切破壞的主要措施是保證節點區混凝土的強度及密實性,在節點區應該配置足夠的箍筋,而梁柱板同時澆筑則使二者施工比較困難。設計梁柱常常采用不同等級的混凝土,施工時必須注意梁柱節點部位混凝土等級應該和柱混凝土的等級相同或略低(相差不能超過5 MPa),從而實現強節點強錨固。隨著房屋抗震性能提高,梁柱節點區域的柱筋、箍筋、梁的鋼筋交織在一起,若采用一次性支模,節點區的箍筋很難就位。若梁柱節點處的混凝土強度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,節點破壞,將可能導致框架的破壞,甚至倒塌[3]。

5)同時澆筑易引發坍塌事故。在建建筑物坍塌事故時有發生,且呈上升趨勢,傷亡人數和財產損失之大,讓人觸目驚心。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,故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(10 N/mm2),可考慮梁柱節點處的混凝土隨同梁板一起澆搗[1]。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,所以一般不宜采用。模板支撐失穩是坍塌事故最常見的原因之一。在《天津市建設管理委員會文件》[4]中寫到“采用梁板柱同時澆筑混凝土的施工方法,違反了關于模板支撐體系計算原理和結構穩定的要求,發生了模板支撐體系坍塌事故”。可以看出,梁板柱同時澆筑不符合模板支撐體系計算原理,會降低模板支撐結構的穩定性,導致模板支撐體系坍塌,從而引起坍塌事故。

通過以上分析,為了保證建設工程質量,減少質量安全事故的發生,不同強度等級混凝土梁柱隨同梁板混凝土同時澆筑的方法不宜采用。施工中應嚴格進行技術交底,嚴格混凝土澆筑工藝流程,在專項施工方案中必須標注混凝土澆筑方向、順序和流程,政府主管部門和監理單位應加強監督管理,全面提高建設工程質量。

[1] 孫 彬.淺談不同強度等級混凝土梁柱節點的施工方法[J].混凝土,2003(6):62.

[2] 陳 剛.高層框剪結構梁板柱節點混凝土強度分析研究[J].建筑設計管理,2009(1):47.

[3] 趙鴻鐵.鋼筋混凝土梁柱節點的抗裂性[J].建筑結構學報,1990(12):38.

[4] 建質安[2008]679號,關于全面禁止房屋建筑工程采用梁板柱同時澆筑混凝土施工方法的通知[Z].