高層建筑框架結構梁柱節點施工技術分析

楊獻宇 (中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司，重慶 400016)

高層建筑梁柱節點是構成框架主體結構的關鍵性部位，不但構造形式相對復雜，而且中間柱鋼筋接頭多、分布密集、工序緊湊、施工空間狹窄受限，在工程實際中操作非常不便，給高層建筑的工程質量帶來許多影響[1]。在國家提高了高層建筑抗震性能要求后，施工單位需要更加重視梁柱節點核心區強度以及延性設計，避免地震給高層建筑框架結構帶來整體性的破壞，同時提升建筑整體的質量與安全性。

1 高層建筑框架結構梁柱節點的結構性

1.1 震時應力狀態

高層建筑框架結構梁柱節點核心區在一般情況下同時受到壓力與剪力作用，在承受柱壓力的同時承擔兩端彎矩，并在震時處于剪壓復合應力狀態，又可根據節點構成類型分為三種：①L形節點。由于核心區錨固了所有的梁柱鋼筋，節點主要承受開閉彎矩，震時縱筋承受的剪力最大；②T形節點。梁筋通過節點而不錨固、難錨固易導致震時出現塑性鉸、鋼筋滑移、角柱雙向偏心受壓等現象；③十字型節點，震時受到四周梁體壓力及端部剪切力，影響核心區混凝土穩定性。

1.2 震時破壞形式

高層建筑框架結構梁柱節點核心區特別是角柱、邊柱，由于扭轉和偏心等影響，受力更為復雜，比內柱更易引起震害。在震時常見破壞形式為：①交叉形式裂縫。處于震時受力狀態的剪切破壞反復作用于節點核心區，形成多種裂縫并擴大，混凝土體分為若干塊，導致節點區域強度整體降低；②柱端混凝土壓酥或剝落。在彎區應力和軸向應力的超負荷作用下，斜向對角裂縫擴大貫通后，進一步壓碎混凝土小塊，嚴重時導致脫落；③柱端鋼筋壓屈外鼓。混凝土體破壞后節點抗彎剛度降低，箍筋單獨承受應力并陸續屈服，在柱端頂出混凝土剝落裂片，同時出現箍筋外露現象。

1.3 震時破壞過程

高層建筑框架結構節點核心區受箍筋綁扎質量影響，在地震作用下產生的破壞按照一定的順序并分為兩個階段：①裂縫產生及擴大。震時應力荷載增加，作用于節點核心區混凝土，斜向裂縫自角上出現并向節點核心區中心斜向貫通，最終形成裂縫，導致節點核心區混凝土剛度下降，梁內鋼筋開始產生屈服現象，但此時殘余變形尚不明顯；②殘余變形。隨著裂縫進一步擴大，節點核心區混凝土與箍筋之間的約束力進一步降低，產生較大的殘余變形現象，直接影響到建筑物的安全性，不容忽視。

2 高層建筑框架結構梁柱節點施工中存在的問題

2.1 混凝土結構設計中存在的問題

梁柱節點本身作為梁的支撐體系，應屬柱的一部分，其混凝土強度等級本應等同于柱，在工程實踐中，多層建筑框架設計一般采取梁柱同等的結構設計，但在《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)中，并未對梁柱節點混凝土有明確要求[2]。在實際施工中，高層建筑混凝土結構一般采取柱混凝土設計強度高于梁板設計強度的情況十分常見，但由于高層建筑的自壓力自上而下逐漸增大，建筑上部控制柱端軸壓與建筑下部所承受的軸壓差距明顯過大，因此在二者設計強度方面應留出明顯差距，以平衡不同區段所面臨的實際壓力，在混凝土澆筑施工中常常會面對這個問題。一般情況下，高層建筑施工設計當中常常采用“強柱弱梁”的結構設計，在梁柱混凝土強度相差10MPa及以上時，梁柱節點區按高等級施工，但梁板混凝土的強度等級受抗彎承載力、構件承受收縮應力、構件承受溫度應力等條件制約，不適合應用強度等級過高的混凝土，而且當前在面對高低強度不同的混凝土交界處施工時，裂縫現象尚無法完全消除，工程仍面臨著一定的難點。

2.2 施工設計的問題

高層建筑框架結構梁柱節點混凝土澆筑施工的重點主要在于鋼筋綁扎，通常選取兩種施工方法中的一種進行，但兩種施工方法都存在一定的問題：①先柱后梁。首先將每層柱箍筋全部按設計要求綁扎完畢再安裝模板，柱體澆筑混凝土施工縫設計在梁底5cm～10cm處，柱模拆除再安裝柱頭節點模板、梁底模板，然后綁扎框架梁鋼筋，進行梁與梁柱節點澆筑施工。這種施工方法因為梁柱節點處的鋼筋綁扎絲太密集，常常導致梁柱節點箍筋處混凝土澆灌作業不順暢，如果不解開扎絲混凝土流入就不充分、不致密，但解開扎絲會導致節點處箍筋散亂，而且水泥漿會向下污染柱中鋼筋，有較為明顯的施工劣勢；②沉梁法。綁扎豎直構件箍箍時預留節點區箍筋不綁，完成全部的節點、梁板模板的安裝后再綁扎梁鋼筋，臨時支架拆除后再將已經綁扎完成的梁鋼筋骨架吊入梁模。沉梁法對一次成形及沉入的要求較高，沉入后常見綁扎數量不足、操作間距局促、調整作業難、柱箍筋綁扎遺漏且無法彌補操作等問題，容易影響工程質量。

2.3 鋼筋綁扎中存在的問題

高層建筑框架結構梁柱節點的鋼筋綁扎作業質量控制一直是工程管理中的常見問題，常見原因主要與工人質量意識淡薄、施工管理不夠重視、監理人員素養不足等有關，除此之外在工藝工法和實地施工條件方面也有諸多限制，嚴格按照設計圖進行節點區核心區鋼筋綁扎作業是不現實的，主要有以下兩個方面的問題：①施工間距問題。梁柱節點鋼筋綁扎實際施工中常面臨箍筋缺綁、不足數、不分間距、箍筋堆疊等問題，這種問題常常因為節點區箍筋綁扎與梁底穿筋作業之間發生沖突，施工人員不得不在節點區做出一定的避讓，或者對已綁好的節點箍筋進行調整與拆除，甚至對梁底筋彎鉤進行熔斷、調整而導致；②縱筋錨固問題。高層建筑中柱截面適當增大時，往往采用相對復雜的復合箍筋，縱筋的綁扎往往面臨穿筋操作空間不足，使用導筋、U形開口箍或者熔斷彎鉤，極易導致錨固長度縮短，不拆除模板就無法解決節點區箍筋問題，在設計與實際施工中二者往往最終達成妥協[3]。

2.4 模板安裝中存在的問題

高層建筑框架梁柱節點的模板支設工作存在的問題相對普遍，梁柱節點的支模工作相對操作煩瑣，施工效低較低，一般情況下工程實際中常常采用成本較低的木模，多在施工現場散堆散裝、散支散拼，精確度較低，易發生尺寸偏差大、拼縫不嚴、平整度低、接駁垂直度差等問題，或者在沉梁作業中面臨模板定形的條件下作業，很難使鋼筋綁扎工作滿足設計要求，而安裝好模板后再進行整改是非常困難的，不利于調整節點箍筋或及時清理節點內雜物[4]。

3 高層建筑框架結構梁柱節點施工措施

3.1 高層建筑框架結構梁柱節點混凝土結構設計措施

高層建筑框架結構梁柱節點區施工質量非常依賴施工現場的組織及施工人員的熟練度，由于在結構設計中不能夠充分考慮到混凝土及鋼筋的理化性質變化，往往在接槎處無法充分保障施工質量，因此設計者應該充分借鑒本地區的第三方施工經驗，充分預測施工中可能產生的難點，充分設計優化措施：①施工組織優化措施。施工單位在認識設計意圖的基礎上，盡量簡化施工工序，科學地組織和配比施工人力物力，對混凝土強度等級進行合理取值，混凝土等級之間在符合規范要求的前提下種類不應過細、過多；②施工程序優化措施。施工時鋼筋綁扎時要水平構件與豎向構件型號匹配、操作盡量簡化，澆筑工作盡量要錯層同步，避免梁柱節點區單獨澆筑混凝土；③鋼筋綁扎優化措施。對鋼筋綁扎工序進行改進，例如在沉梁法的基礎上，在箍筋的四角增設導筋，并按照一定的間距在節點區箍筋處綁扎導筋，形成固定性更好的短鋼筋籠骨架，或者設計U形開口箍在梁骨架上焊封閉箍[5]。

3.2 高層建筑框架結構梁柱節點混凝土現場施工措施

為了滿足高層建筑的框架結構抗震設計，當前主要手段是使混凝土設計強度等級維持在結構柱≥梁板+2×5MPa標準，為完善同一澆筑面上高低等級混凝土的接槎作業，較為成熟的施工做法為：①流水段澆筑。首先，根據澆筑面寬度、澆筑速度等參數，計算出梁板及節點區混凝土體積，統籌兩種高低等級混凝土的澆筑及接槎時間，盡量控制在2h內。為了優化接槎施工作業，可在梁柱節點附近柱、梁交界處，沿45°斜面從梁頂面到底面設置密目鐵絲網，避免強度等級不同的混凝土相互流入、滲透，達到間隔高低等級混凝土的目的。梁柱節點區混凝土澆筑順序為先內后外，混凝土標號先高后低，高強度混凝土運輸設備應采用塔吊，澆筑設備應采用非泵送設備，以控制用水量、砂率、坍落度等具體技術指標，澆筑施工時還應注意梁柱節點鋼筋密集處振動棒的插拔問題，該處鋼筋碰撞頻繁或者卡點較多，有時會造成圓柱體振動棒插拔困難，出現碰撞鋼筋現象，從而導致產生漏振、過振、離析等問題，可通過采用片式振動棒加以避免，并采用二次振搗法提高混凝土的密實性，盡量減少混凝土收縮量[6]。

3.3 高層建筑框架結構梁柱節點混凝土梁柱節點防裂措施

高層建筑框架結構梁柱節點處由于常常處于高低強度等級混凝土交界處，其附近的結構性裂縫必須采取一定的控制手段。混凝土澆筑作業應提高鋼筋的粘結錨固作用與結構耐久性，使鋼筋充分置于混凝土包覆的堿性環境下，并在表面形成耐腐蝕的鈍化膜，因此要給箍筋留足設計厚度的保護層而且不宜過厚，防止節點處產生裂縫，需要注意以下幾點：①節點核心區周圍50cm與梁板混凝土應連續澆筑細石混凝土，以減少石子與鋼筋的撞擊問題，提高粘結力，高低強度等級不同的混凝土交界處不得殘留任何縫隙；②合理進行混凝土配比，并具體控制灌注作業的分類澆筑與坍落度，保證節點核心區的養護時間，避免高低等級混凝土交界處收縮產生裂縫；③適度加筋設網，如圖1所示。例如，在梁柱節點核心區作抗剪力設置或者調節補償核心區施工誤差，可補加構造鋼筋并與柱筋進行焊接以增加抗裂能力，也可以通過加設鋼筋網以避免梁柱頂層角節點處外側鋼筋保護層過厚，提高頂層角節點的抗裂能力。

圖1 梁柱角節點處增加鋼筋網圖

3.4 高層建筑框架結構梁柱節點混凝土節點箍筋綁扎措施

高層建筑框架結構梁柱節點混凝土節點箍筋綁扎一般有梁內搭接和柱頂搭接兩種方法，如圖2所示。①梁內搭接。當豎向柱體與水平梁體分體澆筑時，在梁底截面設置混凝土灌注縫，搭接施工在梁截面高度內進行，超出梁寬的柱外側鋼筋可伸入板內進行錨固，但遇到柱截面與梁截面差距較大情況且伸入梁內的柱外側縱向鋼筋截面面積小于總截面面積的65%時，不應梁內搭接；②柱頂搭接。當豎向柱體與水平梁體同時澆筑時，混凝土灌注縫沿節點外側及梁頂布置，搭接施工在柱頂處進行，此部分高應力區接頭段呈直線分布且與梁體接頭面積100%，鋼筋下伸的搭接長度取1.7，柱筋伸至柱頂后向節點內彎折后切斷，但在梁寬大于柱寬的扁梁框架結構時，梁部分鋼筋無法接入柱內，不應柱頂搭接。例如，在某項目采用沉梁法施工時，事先考慮到具體綁扎施工區域操作空間狹窄的局面可能會給節點箍筋施工調整帶來一定的困難，因此應用了兩個U形開口箍筋拼成一個完整箍筋的加筋設計，此外還應用圓形箍筋且搭配拉筋組成井字形排列，調整綁扎時在柱頭側面和現澆板下方進行施工。

圖2 梁內搭接與柱頂搭接示意圖

3.5 高層建筑框架結構梁柱節點混凝土模板施工措施

可應用定制鋁合金模板體系，采取場外工廠預先制作法，達到節省人工物料、重復周轉使用的經濟效果，簡化現場作業難度，提高施工效率與質量。可根據結合節點箍筋的綁扎順序進行施工規劃，在柱四角處設計M形模板，也可根據梁柱截面寬度設計U形模板，梁柱節點處按照梁底模、穿梁底筋、節點箍筋、節點模板的安裝工序。在工程實際中，可應用高質量的鋁合金節點模板進行安裝施工，施工方案為：①方案設計。將各個梁柱節點進行編號，每個編號對應唯一的一組幾何數據，制作方案。例如，框架梁寬度范圍、側面板的規格及材質、梁柱搭接長度、五金件數量、組合方式等數據，便于廠家繪制工程圖及撰寫使用說明書；②模板生產。在合作工廠內由具備相關資質的生產商根據圖紙及設計方案進行模板預制，每塊模板上標注相應的標識，包括厚夾板、背楞、五金件、夾具、載裝具等相關產品的制造與生產，其周期應嚴格按照合同要求，符合施工進度的需求；③進場及安裝。模板經進場驗收后應立即進行現場安裝，首先進行豎直構件模板的固定，核對并調整標高、垂直度，然后用五金件及夾具收緊、復檢、完成安裝，并調整節點模板與梁板之間的連接強度。

4 結語

梁柱節點施工技術在高層建筑框架結構中的地位不可輕視，針對施工工序采取有效的針對性措施，以最大限度地控制混凝土體裂縫問題，通過提高施工工藝和工程管理質量，降低梁柱節點混凝土高低強度交界質量，積累施工經驗，提高施工技術的成熟度，以此為基礎發展技術、提高質量與效率，探索裂縫產生現象的解決方法，進而推動我國建筑行業技術進步。