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摘 要:现浇框架结构中楼板在主次梁及柱节点位置混凝土超厚原因分析及防措施。
关键词:框架结构主次梁节点 现浇楼板 楼板混凝土超厚
中图分类号:TU755 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2011)02(b)-0033-01
在当今的房屋建筑工程中,现浇框架结构的楼(屋)盖已成设计主流,钢筋混凝土现浇楼(屋)盖的施工,设计均要求在绑扎钢筋时,板的钢筋置于次梁钢筋之上,次梁钢筋置于主梁钢筋之上。两框梁相交较小断面梁钢筋较置于较大梁钢筋之上。这在两梁相交处节点并不容易做到,设计和施工会出现一些不相适应的问题。通常相交节点处梁底由于主、次梁有高差,一般不成问题；但在梁面位置,由于板负筋、次梁和主梁面筋(包括负筋、受压筋和架立筋)等纵横交错在一起,就会出节点相交处混凝土保护层厚度(或板厚)与设计厚度相互矛盾的问题。如图1。
在主次梁交叉部位,按设计要求及施工规范,次梁面筋必须搭在主梁的面筋上,室内板在通常情况下梁的纵筋保护层厚度一般为25mm,梁的纵筋最大直径通常为25mm居多,次梁在与主梁交叉处,该部位次梁的负弯矩较大,故设计中次梁与主梁交叉处的负弯矩钢筋直径通常也为25mm居多,因此在该在部位,由于次梁面筋必须置于主梁面筋上,同时,板的负弯矩钢筋(双向)直径按10mm考虑。如果假设板的钢筋直径为10mm(通常为10mm),板筋一般都是双层双向的,如果保证板最上面一根钢筋20mm的保护层,那么主梁的保护层就会达到25+10+10+20=65mm,那么板在该处的厚度将比设计厚度超过40mm。
在现阶段的通常施工中,通常由于要设计、监理、甲方以及施工单位找不到一个好的解决方法,又没有详图,而现在通用的施工手册和构造图集团中也没有对此作出说明,因此对于上述存在的问题,施工中施工单位一般都是在相交节点处将板面筋保护层降到最薄(以混凝土能盖住钢筋为极限),各有关单位均默认让这种做法,至使混凝土超厚,增加板厚或局部增加板厚,做砂浆找平层来弥补板面不平。这样的做法不仅会增加楼层的荷载,同时增加了施工材料和人工费等。从结构安全和经济上都是不利的。
事实上这个问题不单纯是一个施工上的问题,而是和结构设计紧密相关的。在结构设计(结构受力不变的情况下)梁高(板厚)的确定主要是与有效高度h0相关。我们知道有效高度h0是指钢筋合力点距混凝土受压边缘的距离x,在进行配筋计算时它是一个极其重要的参数,它与混凝土的强度等级、钢筋类别(热轧、冷轧等)级别等有关,可查阅钢筋混凝土结构设计规范或相应的书籍。在此仅举一个例说明一下,例如,在正截面受弯强度计算中,以最基本的单筋矩形截面为例,
纵向受力钢筋的确定主要由M≤fmcbx(h0-0.5x)=fyAs(h0-0.5x)。公式确定,其中的适筋、少筋等的不在此进行阐述。
箍筋的确定主要是由斜截面抗剪强度来确定,其公式为:V≤Kcfcxb h0+Ksv Asv fy h0/s。
在上面公式中截面的有效高度h0=h-a,其中h为截面的高度,a为纵向受力钢筋合力点至混凝土最近一侧边缘的距离。在计算配筋时,由于钢筋是不知道的,所以a值是一个预先假定值,其依据主要是根据混凝土强度等级,混凝土保护层厚度、拟配钢筋数量、级别、排数、净距及以设计人员经验等等。对于单排钢筋通常假定a为35mm,对于双排钢筋a值通常取65mm,a的取值中包含了25mm厚的钢筋混凝土保护层和受力钢筋的平均半径。从上述公式中可以看出,当截面的配筋一定时,混凝土受压区的高度x是一个确定值,从而可以确定h0。而h0的大小在配筋时决定了截面的强度。亦即是说,在截面尺寸、配筋和混凝土强度等级均已确定的情况下(实情是上述数值均是通过假定反复计算得出),h0越大则截面承受的弯矩越大,反之越小。斜截面的抗剪强度与亦然。
缩上所述,在施工中保证截面的有效高度h0,就是保证结构的设计强度,保证结构的安全可靠,这是一个非常最要的施工要点。结构设计中通常是将纵受力钢筋的位置定位在极限位置,也即是将保护层定为最小厚度,尽量增加有效高度,以充分利用材料性能。但是在主次梁相交等节点处,由于钢筋的重叠就导致出一些既要满足保护厚度要求又要保证有效断面高度自相矛盾的问题出现,施工中不知如何处理,只好不了了之。如降低次梁面筋位置等又不能满足设计的要求(设计要求次梁面筋必须置于主梁面筋之上,板面筋必须置于梁面筋之上。这样设计的目的主是为了保证荷载的传递是:板荷载至次梁,次梁荷载至主梁,主梁荷载至柱(墙)这样一个顺序。设计这样的处理是符合传力体系的。另一方面,在主次梁相交处,次梁以主梁为支座,故在节点处次均承受负弯矩,次梁面筋为负弯距钢筋。而主梁则不同,在主梁支座的相交节点,主梁承受负弯距,在主梁的跨中相交节点,主梁承受正弯距；而位于支座与跨中之间的相交节点,主梁正、负弯距均有可能承受,因此主梁面筋在相交节点,既有可能是架立筋或受压钢筋。同时,次梁截面通常比主梁小,再减小有效高度不经济,所以在相交节点优先降低主梁面筋,以保证次梁负筋的位置。
由此可见,在主次梁相交节点,施工中出现的钢筋位置和混凝土保护层厚度相互矛盾的问题,事实上以结构设计中是不存问题的。这在理论上已经解决,在实际施工存在了一个操作性问题:设计上考虑降低主梁面筋位置,而非节点截面的面筋位置不能降低,这样主梁面筋就不在一个水平面上,呈高低起伏波浪形,如果节点多而距离又短,那么施工中就非常困难,很难做到,同时下由于钢筋不在一个平面上,也会削弱钢筋的受力。由于在主梁顶部出现了混凝土保护层厚度不均匀,也需进行必须的处理,这对材料的利用不利,同时增加楼面的恒荷载,对结构的安全也不利。本人在类似的节点问题上的通常处理方法是,在节点位置根据钢筋直径大小,保证次梁保护层厚度假增大主梁高度,主梁梁面标高按设计标高施工,主梁梁底标高作相应下降,主梁箍筋加工成变截面箍筋,但这样做的结构会导致主梁底不在同一水平面上,会给结构的外观带来不利影响,因此,根据节点处计算出主梁应当降低的高,将整个梁均加高,主梁梁面仍按设计标高施工,主梁底标下降,次梁不变,这样仅仅增加主梁位置混凝土的厚度,不会造成整个楼板面厚度增加的问题,不会造成楼板荷载增加,同时主梁断面的增高对主梁的受力是有利的,因此增加主梁的高度,降低主梁梁底标高,从成本上及结构安全上都是较经济的方法。本人在许多工程实践是采用如上方法,收到了一定的效果,不过这种做没有得到设计及有关单位部门的认可,是否合理还有待于进一步的探讨。
关键词:框架结构主次梁节点 现浇楼板 楼板混凝土超厚
中图分类号:TU755 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2011)02(b)-0033-01
在当今的房屋建筑工程中,现浇框架结构的楼(屋)盖已成设计主流,钢筋混凝土现浇楼(屋)盖的施工,设计均要求在绑扎钢筋时,板的钢筋置于次梁钢筋之上,次梁钢筋置于主梁钢筋之上。两框梁相交较小断面梁钢筋较置于较大梁钢筋之上。这在两梁相交处节点并不容易做到,设计和施工会出现一些不相适应的问题。通常相交节点处梁底由于主、次梁有高差,一般不成问题；但在梁面位置,由于板负筋、次梁和主梁面筋(包括负筋、受压筋和架立筋)等纵横交错在一起,就会出节点相交处混凝土保护层厚度(或板厚)与设计厚度相互矛盾的问题。如图1。
在主次梁交叉部位,按设计要求及施工规范,次梁面筋必须搭在主梁的面筋上,室内板在通常情况下梁的纵筋保护层厚度一般为25mm,梁的纵筋最大直径通常为25mm居多,次梁在与主梁交叉处,该部位次梁的负弯矩较大,故设计中次梁与主梁交叉处的负弯矩钢筋直径通常也为25mm居多,因此在该在部位,由于次梁面筋必须置于主梁面筋上,同时,板的负弯矩钢筋(双向)直径按10mm考虑。如果假设板的钢筋直径为10mm(通常为10mm),板筋一般都是双层双向的,如果保证板最上面一根钢筋20mm的保护层,那么主梁的保护层就会达到25+10+10+20=65mm,那么板在该处的厚度将比设计厚度超过40mm。
在现阶段的通常施工中,通常由于要设计、监理、甲方以及施工单位找不到一个好的解决方法,又没有详图,而现在通用的施工手册和构造图集团中也没有对此作出说明,因此对于上述存在的问题,施工中施工单位一般都是在相交节点处将板面筋保护层降到最薄(以混凝土能盖住钢筋为极限),各有关单位均默认让这种做法,至使混凝土超厚,增加板厚或局部增加板厚,做砂浆找平层来弥补板面不平。这样的做法不仅会增加楼层的荷载,同时增加了施工材料和人工费等。从结构安全和经济上都是不利的。
事实上这个问题不单纯是一个施工上的问题,而是和结构设计紧密相关的。在结构设计(结构受力不变的情况下)梁高(板厚)的确定主要是与有效高度h0相关。我们知道有效高度h0是指钢筋合力点距混凝土受压边缘的距离x,在进行配筋计算时它是一个极其重要的参数,它与混凝土的强度等级、钢筋类别(热轧、冷轧等)级别等有关,可查阅钢筋混凝土结构设计规范或相应的书籍。在此仅举一个例说明一下,例如,在正截面受弯强度计算中,以最基本的单筋矩形截面为例,
纵向受力钢筋的确定主要由M≤fmcbx(h0-0.5x)=fyAs(h0-0.5x)。公式确定,其中的适筋、少筋等的不在此进行阐述。
箍筋的确定主要是由斜截面抗剪强度来确定,其公式为:V≤Kcfcxb h0+Ksv Asv fy h0/s。
在上面公式中截面的有效高度h0=h-a,其中h为截面的高度,a为纵向受力钢筋合力点至混凝土最近一侧边缘的距离。在计算配筋时,由于钢筋是不知道的,所以a值是一个预先假定值,其依据主要是根据混凝土强度等级,混凝土保护层厚度、拟配钢筋数量、级别、排数、净距及以设计人员经验等等。对于单排钢筋通常假定a为35mm,对于双排钢筋a值通常取65mm,a的取值中包含了25mm厚的钢筋混凝土保护层和受力钢筋的平均半径。从上述公式中可以看出,当截面的配筋一定时,混凝土受压区的高度x是一个确定值,从而可以确定h0。而h0的大小在配筋时决定了截面的强度。亦即是说,在截面尺寸、配筋和混凝土强度等级均已确定的情况下(实情是上述数值均是通过假定反复计算得出),h0越大则截面承受的弯矩越大,反之越小。斜截面的抗剪强度与亦然。
缩上所述,在施工中保证截面的有效高度h0,就是保证结构的设计强度,保证结构的安全可靠,这是一个非常最要的施工要点。结构设计中通常是将纵受力钢筋的位置定位在极限位置,也即是将保护层定为最小厚度,尽量增加有效高度,以充分利用材料性能。但是在主次梁相交等节点处,由于钢筋的重叠就导致出一些既要满足保护厚度要求又要保证有效断面高度自相矛盾的问题出现,施工中不知如何处理,只好不了了之。如降低次梁面筋位置等又不能满足设计的要求(设计要求次梁面筋必须置于主梁面筋之上,板面筋必须置于梁面筋之上。这样设计的目的主是为了保证荷载的传递是:板荷载至次梁,次梁荷载至主梁,主梁荷载至柱(墙)这样一个顺序。设计这样的处理是符合传力体系的。另一方面,在主次梁相交处,次梁以主梁为支座,故在节点处次均承受负弯矩,次梁面筋为负弯距钢筋。而主梁则不同,在主梁支座的相交节点,主梁承受负弯距,在主梁的跨中相交节点,主梁承受正弯距；而位于支座与跨中之间的相交节点,主梁正、负弯距均有可能承受,因此主梁面筋在相交节点,既有可能是架立筋或受压钢筋。同时,次梁截面通常比主梁小,再减小有效高度不经济,所以在相交节点优先降低主梁面筋,以保证次梁负筋的位置。
由此可见,在主次梁相交节点,施工中出现的钢筋位置和混凝土保护层厚度相互矛盾的问题,事实上以结构设计中是不存问题的。这在理论上已经解决,在实际施工存在了一个操作性问题:设计上考虑降低主梁面筋位置,而非节点截面的面筋位置不能降低,这样主梁面筋就不在一个水平面上,呈高低起伏波浪形,如果节点多而距离又短,那么施工中就非常困难,很难做到,同时下由于钢筋不在一个平面上,也会削弱钢筋的受力。由于在主梁顶部出现了混凝土保护层厚度不均匀,也需进行必须的处理,这对材料的利用不利,同时增加楼面的恒荷载,对结构的安全也不利。本人在类似的节点问题上的通常处理方法是,在节点位置根据钢筋直径大小,保证次梁保护层厚度假增大主梁高度,主梁梁面标高按设计标高施工,主梁梁底标高作相应下降,主梁箍筋加工成变截面箍筋,但这样做的结构会导致主梁底不在同一水平面上,会给结构的外观带来不利影响,因此,根据节点处计算出主梁应当降低的高,将整个梁均加高,主梁梁面仍按设计标高施工,主梁底标下降,次梁不变,这样仅仅增加主梁位置混凝土的厚度,不会造成整个楼板面厚度增加的问题,不会造成楼板荷载增加,同时主梁断面的增高对主梁的受力是有利的,因此增加主梁的高度,降低主梁梁底标高,从成本上及结构安全上都是较经济的方法。本人在许多工程实践是采用如上方法,收到了一定的效果,不过这种做没有得到设计及有关单位部门的认可,是否合理还有待于进一步的探讨。