高層建筑混凝土施工技術探討

摘要：隨著建筑業的發展，混凝土框架結構被廣泛應用到建筑中，框架結構相比傳統的磚混結構具有良好的抗震性能，在施工時對技術要求較高，本文闡述了其施工技術要點，保證施工質量。

關鍵詞：框架結構；抗震設計；承載力

1.工程概況

某五星級酒店項目由2棟26層主體建筑組成，其中1～5層為商業裙房，6～26層為酒店客房，地下2層人防地下室，平戰結合，平時作為車庫及設備用房，戰時作為人員遮蔽所，抗力等級為核六級，防化等級為丙級。建筑采用混凝土框架結構，總建筑面積110000 m2，設計使用年限為50年。

2.結構抗震設計

抗震結構要采用延性好的材料，合理配置成延性性能好的延性構件，當結構遭受罕見烈度的地震作用時，結構依靠屈服后有足夠的延性而使結構能夠保存下來，不致發生倒塌。同時也能在彈性后的大變形過程中吸收和耗散地震能量。框架結構設計時，應遵循以下原則：

（1）強柱弱梁：保證塑性鉸出現在粱端而不是柱端，形成梁鉸機制，利用適筋梁良好的變形能吸收和耗散盡可能多的地震能量。目的就是保證梁必須先于柱破壞，梁的破壞不會導致建筑物的倒塌，而柱的破壞很容易導致倒塌。汶川地震中框架結構建筑，倒塌以后很多建筑物的梁還是好好的，就是沒有遵循“強柱弱梁”的原則，其中可能就有施工的原因。

（2）強剪弱彎：保證構件（包括梁柱）受彎破壞，而不是受剪破壞，使構件處于良好的塑性變形性能下，盡可能多地吸收和耗散地震能量。

（3）強節點弱構件：保證結構的整體性，使構件的破壞早于節點破壞，從而保證了梁柱的縱向鋼筋的有效錨固。

（4）強壓弱拉：保證梁、柱各構件的受拉鋼筋屈服早于混凝土的壓潰，并保證形成塑性鉸。

3.鋼材要求

進場鋼筋要檢查產品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告。對鋼筋的要求是其延性要好，鋼筋的級別越高其延性越差，因此不能用級別高的鋼筋替代原設計中級別低的鋼筋。對抗震設防要求的框架結構，其縱向受力鋼筋的強度應滿足設計要求；當設計無具體要求時，對一、二級抗震等級，檢驗所得的強度實測值應符合下列規定：

（1）鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25。其目的是使構件出現塑性鉸后，以免鋼筋過早拉斷而提前結束該塑性鉸的轉動能力，降低構件的延性和變形能力。

（2）鋼筋的屈服強度實測值與強度標準值不應大于1.3。其目的是避免改變原設計的破壞形態，使構件的延性受影響。

4.結構施工工藝

4.1 受力鋼筋連接區段

（1）縱向受力鋼筋機械連接（或焊接連接）接頭區段的長度為35d，且不小于500 mm；縱向受力鋼筋搭接接頭連接區段的長度為1.3LlE（LlE為抗震搭接長度）。凡接頭中點位于該連接（焊接）區段內的接頭均屬于同一連接（焊接）區段，在同一連接（焊接）區段內接頭百分率按設計要求和施工驗收規范確定。抗震結構宜優先采用焊接接頭或機械連接接頭。

綁扎搭接接頭中鋼筋的橫向凈距不應小于鋼筋直徑，且不應小于25mm。這是為了保證搭接鋼筋傳力的需要，但在實際施工中幾乎都是將兩根搭接鋼筋綁在一起的，搭接鋼筋間沒有規定的間距，因此施工中應注意。

（2）在梁、柱類構件的縱向受力鋼筋搭接長度范圍內，應按設計要求配置箍筋，當設計無具體要求時，應符合下列規定：

①箍筋直徑不應小于搭接鋼筋較大直徑的0.25倍。

②受拉搭接區段的箍筋間距不應大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應大于100 mm。

③受壓搭接區段的箍筋間距不應大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應大于200 mm。

④當柱中縱向受力鋼筋直徑大于25 mm時，應在搭接接頭兩個端面外100 mm范圍內各設置兩個箍筋，其間距宜為50mm。在實際施工中，很多工程未按以上要求設置箍筋，應引起重視，因為搭接區段內的箍筋對約束混凝土，保證搭接鋼筋傳力至關重要。

4.2 柱內縱向鋼筋接頭位置及箍筋加密區

（1）為了提高柱端（柱的上、下兩端）塑性鉸區的變形能力，提高混凝土的極限壓應變，防止混凝土過旱壓碎和受壓縱筋被壓屈，必須在柱端設置加密箍筋。其作用是約束混凝土，防止柱縱向鋼筋被壓屈，增加其塑性鉸出現后的變形能力。柱端箍筋加密區高度：取Hn /6（Hn為柱凈高）、柱的長邊尺寸（園柱為直徑）、500 mm三者中的大值；底層柱下端箍筋加密區高度為Hn/3（底層柱凈高Hn為基礎頂面嵌固部位至梁底的高度）。抗震結構中的箍筋末端應彎135°彎鉤，彎鉤端頭直段長度不應小于10d，或采用焊接箍筋。對末端彎鉤的要求是保證箍筋的錨固。

（2）縱向柱鋼筋焊接（或機械連接）接頭的中點和綁扎連接接頭區段（注意是綁扎連接接頭區段，不是綁扎連接接頭中點）應設在柱端加密箍筋（包括梁柱節點）范圍之外，避開受力最大處，目的是保證柱端箍筋加密區范圍有良好的延性。汶川地震中破壞的柱子有一些就是柱端加密箍筋的施工質量問題和柱主筋連接質量問題導致的。

4.3 梁內縱向鋼筋接頭位置及箍筋加密區

（1）梁內縱向鋼筋接頭應設在受力較小的位置：梁面縱筋設在跨中Ln /3（Ln為相臨兩梁中凈跨度的大值）區段內，梁底縱筋設在跨中Ln/3區段以外。

（2）箍筋可以約束混凝土變形、提高梁的抗剪承載力和增大延性，改善梁的抗震性能。當結構遇強震時，梁端出現塑性鉸，加密箍筋可增加梁鉸的變形性能、吸收和耗散更多的能量，還可以防止縱向鋼筋被壓屈。梁端箍筋加密區的的范圍是：一級抗震為2倍梁高，且不小于500 mm的范圍；二級以下抗震為1.5倍梁高，且不小于500 mm的范圍。

4.4 梁柱節點

抗震結構要求節點具有足夠的抗剪承載力。由于延性框架的塑性鉸出現于梁端和柱端，所以要求節點不得早于構件破壞，梁柱節點區的地震破壞，大都是由于節點區的箍筋過少，節點區出現交叉斜裂縫，甚至混凝土被壓碎，箍筋被拉斷，梁主筋被拉出，縱向柱筋被壓屈而破壞。汶川地震中就有很多這樣的例子。

對此可采用焊接節點箍筋籠隨梁鋼筋一起下沉到梁模板內的辦法解決。焊接箍筋可防止角部彎鉤部分影響梁鋼筋下放。

4.5 頂層梁柱連接處理

框架結構頂層的變形和承受的地震力最大，在節點處，梁柱鋼筋的處理很重要，施工方法撐握不好就很難達到設計和規范的要求。

（1）中間梁柱節點處理

柱縱向鋼筋伸入柱頂的長度大于LaE（從梁底算起）時，柱頂鋼筋可不設彎鉤；當直線段錨固長度不足時，該縱向鋼筋伸到柱頂后可向內彎折（當現澆板厚度≥80 mm，混凝土強度≥C20時，也可向外彎折），彎折前的直線段不小于0.5 LaE，彎折后的水平投影長度取12d。

（2）邊柱與梁節點處理

梁柱鋼筋的搭接有兩種方法：第一種是柱的外側縱向鋼筋沿節點外邊與梁上邊的縱向鋼筋搭接（搭接長度不小于1.5 LaE）；第二種是梁上部縱向鋼筋沿柱外側彎折后與柱外側縱向鋼筋搭接連接（搭接長度不應小于1.7 LaE）。第一種方法在施工時，由于柱縱向鋼筋在頂端彎折處的標高不好控制；現場彎折施工又不方便，且彎折角度難以控制，建議不要采用。按第二種方法施工時比較方便，其施工程序為：柱鋼筋綁扎——屋面梁板模板安裝——梁鋼筋安裝——梁鋼筋籠沉入梁模板——安裝板鋼筋（同時綁扎梁面彎折伸入柱內的搭接縱筋）——柱模板安裝——柱、梁、板澆灌混凝土。這種方法施工方便，容易撐握，能很好控制施工質量。

4.6 柱縱向鋼筋變化的處理

一般框架結構的柱縱向鋼筋含量在底層較大，中間層少一些，到頂層又增加。因此柱鋼筋直徑、數量在樓層間可能是變化的。其連接的位置和方法都不一樣：

（1）當鋼筋直徑下柱大，上柱小時，接頭位置在板面以上的連接區段上，施工方便，接頭質量好。

（2）當鋼筋直徑下柱小、上柱大時，接頭位置在板面以下的連接區段上，施工不方便，接頭質量差。

（3）當鋼筋數量下柱多、上柱少時，多余的鋼筋在進入梁柱節點LlE后切斷，施工方便。

（4）當鋼筋數量下柱少、上柱多時，上柱增加的鋼筋插入板面下節點內，插入長度LlE（從板面算起），施工方便。

為便于施工和保證施工質量，要盡量避免上柱鋼筋直徑大、下柱鋼筋直徑小的情況發生。如果是設計圖紙要求的，可與設計單位聯系，變更鋼筋直徑，最好的情況是：鋼筋直徑沿柱高不變，僅變根數；若要變更鋼筋直徑，最好是下柱直徑大變為上柱小直徑（變化一個級別內，便于電渣壓力焊）；當頂層柱鋼筋含量大時，不要增大鋼筋直徑，采用增加鋼筋根數下插，以方便施工。

5. 總結

結構遇強震時，受力達到最大承載力的80%～90%時開始在梁端出現塑性鉸，形成梁鉸機制，由于梁鉸比柱鉸的數量多很多，可以吸收和耗散大量的地震能量。當受力繼續增大，柱端出現塑性鉸的柱鉸機制時，結構很容易形成破壞機構，特別是同一樓層柱的上下兩端都形成柱鉸時，該層將形成不穩定結構而發生集中變形導致結構倒塌，因此柱的破壞將會引起嚴重的后果。在施工中要特別注意：梁的承載能力不能加強，柱的承載能力不能減小。

參考文獻：

[1]GB50204—2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].北京：中國建筑工業出版社出版.