谈梁柱节点施工技术在框架结构中的应用

  谈梁柱节点施工技术在框架结构中的应用对于框架结构,梁柱交叉点处为节点,节点承受由梁柱传递来的轴心、弯矩、剪力的共同作用,受力状态很复杂,其破坏形态主要为剪切破坏,在地震力反复作用下将形成多种交叉裂缝,把节点核心区分为若干混凝土块体,将大幅度降低节点区域的混凝土强度,为此,施工时应确保节点处的强度。文章对框架结构中梁柱节点施工技术的若干关键问题进行了探讨。

  建设项目的施工阶段是实现设计的最重要阶段,施工方案及方法的选择关系到质量目标的实现落实。因此,作为现场具体指导施工的技术人员,必须从工程和现场实际分析考虑,确保施工方法在技术上可行,经济上合理,有利于保证工程质量并加快工期。节点是联系整个结构体系的枢纽,起承上启下的作用,因此具有十分重要的意义。

  梁柱柱内往往竖向钢筋非常多,而梁内上下横向钢筋也按锚固要求弯曲插入柱内。一般情况下,柱内竖筋和梁内钢筋的规格数量及锚固长度,都是在现场加工区或预制厂按图成型,现场绑扎的。该处的钢筋往往非常密集,会引起施工人员的重视,通常情况下,不会出现差错(特别是主筋)。但由于节点区附近钢筋非常密,加之钢筋与模板的工序配合问题,应在固定模板之前将箍筋绑扎完毕,如果绑扎梁筋前固定模板,则必须加密的箍筋。由于不好绑扎,也往往不能加密。因此,该处模板应当在箍筋加密完成后,再进行固定。浇筑柱混凝土之前将同一层内的柱、梁钢筋固定就位完成。

  对于现浇高层框架结构,限于钢筋的敷设、模板的支设,以及下层混凝土强度未达龄期强度等工序和技术上要求,常常不能进行上部混凝土的连续浇筑施工,不留施工缝是不现实的。同一次性现浇结构相比,施工缝对结构的整体性带来一定的危害。这是由于第一次表面已终凝第二次浇筑时在原界面上存在冷缝,新旧界面粘结力受到削弱,不可避免地对结构整体性造成影响,降低结构的承载能力。假若施工缝留设及处理措施不当,这种危害将成为潜在的隐患。设计上根据框架节点的受力特点,常考虑使用不同等级混凝土浇筑,而决定着施工时的施工缝的留设。施工缝留设遵循的原则应是首先保证结构强度,而后考虑施工方便

  出于工序上的原因,施工缝也经常留设在节点的上部或下部,此位置承受着较大的剪力,是结构的薄弱环节。施工缝的存在影响节点混凝土强度。在节点处有不同等级混凝土需浇筑情况下,应将施工缝留在梁顶柱底处。如将缝留在柱顶梁底,则在浇筑水平梁板混凝土时,需二次浇筑节点处柱等级的混凝土,增加施工麻烦,还会造成梁内节点上部钢筋不能伸入柱内,使节点主梁钢筋锚固长度不够,故浇筑混凝土之前应将同一层内的柱、梁钢筋固定就位完成,并采取柱顶留施工缝。

  出于结构和经济方面的考虑,柱和梁板的混凝土强度等级往往是不同的。如果在混凝土施工中不认真分析考虑,盲目地施工,极易引起质量事故。从设计角度看梁柱节点处的混凝土强度如果取用梁板的混凝土强度,会引起柱在竖向荷载作用下的承载力不足,以及地震作用下节点核心区的抗剪承载力不足。从施工角度看,节点区域选用较高强度混凝土也是必要的。施工规范要求在梁柱混凝土强度等级差异较大时,应使节点混凝土强度等级与柱相同。

  1.不同等级混凝土邻接面的留设。在钢筋混凝土结构中,高层建筑框架结构的梁柱节点比较复杂,由于荷载组合及内力计算的结果,要求同一层的竖向结构柱的混凝土强度等级高于水平结构梁的混凝土强度等级。钢筋混凝土框架结构,水平施工缝通常留于柱脚梁顶。而任何情况下竖向结构高等级混凝土与水平结构低等级混凝土的邻接面应留在水平结构内,即高强度等级混凝土构件内不应有低强度等级的混凝土。

  2.梁柱不同强度等级混凝土分别浇筑的施工。高层建筑多数使用商品混凝土或现场搅拌站泵送浇捣,梁柱节点核心区的混凝土浇捣方法为:先用塔吊吊斗或混凝土泵输送柱等级的砖就位,分层振捣,在楼面梁板处留出斜面,在梁内留邻接面(必要时邻接面设小隔板,在浇梁混凝时抽出小隔板)。在混凝土初凝前,随之泵送浇筑楼面梁板的砖。采用这种方法浇捣楼柱、梁、板混凝土时,应重点控制高低强度等级混凝土的邻接面不能形成冷缝,以缩小节点核心区高强度等级混凝土浇捣时间,避免高低强度混凝土的邻接面形成冷缝。同时对梁柱节点钢筋密集的核心区用小型插入振捣器加强振捣,杜绝漏振死角,对于钢筋确实过分密集的情况,应事先和设计单位联系采取适当的技术措施(如改用细石混凝土),确保节点核心区混凝土的密实性和设计强度。

  3.不应采用梁柱节点随同楼面统一浇捣。梁柱节点处不同强度等级混凝土采用分别浇捣的施工方法,给施工带来不便。但如考虑梁柱节点处的混凝土随同梁板一起浇捣,梁柱节点处的混凝土强度取用梁板的混凝土强度,会削弱节点强度,引起柱在竖向荷载作用下的承载力不足,以及地震作用下节点核心区的抗剪承载力不足,所以不应采用。

  总之,施工时先浇节点处混凝土强度等级高的核心部分,然后于初凝前再浇梁板的较低等级混凝土,原则是保证节点处的强度不被削弱。

  梁柱节点不同混凝土强度等级均按先柱后梁的次序浇捣,也会有少数楼层在梁柱节点处高低强度等级混凝土交界面附近出现微细裂缝。其裂缝的具体原因是:

  1.梁柱节点处,不同强度等级的混凝土,其水泥用量、水灰比、用水量都不同,混凝土在硬化过程中,由于水分蒸发,体积逐渐缩小,产生收缩,高低强度等级混凝土本身的收缩有差异,共交界附近容易产生裂缝。

  2.柱子断面大,刚度大,梁的截面相对较小,又受柱子的强大约束,梁体混凝土的收缩受限制,也容易在较薄弱的交界附近产生裂缝。

  3.混凝土浇捣后又未及时浇水养护,混凝土在较高温度下失水收缩。水化热释放量较大,而又未及时得到水分的补充。因而在硬化过程中,受到支座的约束,势必产生温度应力而出现裂缝,这些裂缝也首先产生在较薄弱的高低强度等级混凝土交界部位。

  4.高等级混凝土初凝后浇捣低等级混凝土。虽然微裂在混凝土中是很难避免的,但是应从严要求,分析原因,裂缝如不是荷载作用下的结构裂缝一般不影响结构安全使用。但尽量控制和消除这类裂缝,进一步提高工程质量。

  1.在满足强度等级及可泵性的条件下,对柱混凝土,减少水泥用量、减少含砂率、增加石子含量、减少坍落度、减少用水量,以减少混凝土的收缩量。

  2.节点处的混凝土实行“先高后低”的浇捣原则,即先浇高强度等级混凝土,后浇低强度等级混凝土,严格控制在先浇柱混凝土初凝后继续浇捣梁板的混凝土,事先作好技术交底和准备工作。

  3.混凝土养护是整个施工过程中必不可少的一个环节,忽视对混凝土的养护,既会降低混凝土的强度,又易使其在硬化过程中失水得不到及时补偿而产生裂缝,尤其在高温下施工,更应经常浇水养护,特别是梁,除了板面浇水外,还应在板下梁侧浇水,这样既可减少温度产生的裂缝,也可降低由于混凝土的收缩而产生的约束应力,有效控制裂缝。

  只要采取的针对性措施到位,对症下药,并精心施工,梁柱节点高低强度等级混凝土交界处附近的裂缝可以得到最大限度的控制。要彻底消除裂缝现象,尚有待不断提高施工技术和不断积累施工经验,采用更为科学的解决方法。

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