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摘要: 钢筋混凝土框架结构作为一种良好的抗震、抗风结构体系,广泛用于城市建设中。但因施工等方面的疏忽而造成的质量病害也屡见不鲜。以下就现浇钢筋混凝土框架結构施工中容易出现质量问题及控制措施谈谈自己的几点看法。对于高层建筑钢筋混凝土框架结构的施工，有关规范虽已有详细规定，但仍有若干问题没有明确具体做法，通过以下几种节点处理方法，解决梁柱节点处的施工问题，有利于提高和保证主体结构的施工质量。
关键词: 建筑钢筋混凝土；框架结构施工
1 强柱弱梁的问题
“强柱弱梁”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。就是柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全,由此可能会整体倒塌,所以我们要保证柱子更“相对”安全。框架结构一个重要的指导思想和抗震原则是强柱弱梁理论,强柱弱梁,并不是要梁的强度小于柱的强度,而是指考虑地震作用组合的框架柱,应使得梁配筋后产生的极限弯矩,小于柱配筋后产生的极限弯矩。在通常的框架结构设计中,宜满足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受弯承载力的规范要求,即“强剪弱弯”。在具体设计和梁配筋调整时,可采用以下方法:
① 不放大梁端负弯矩钢筋而加大梁的跨中受力钢筋(一般放大1.1～1.3倍);
②梁端箍筋的直径可增加2mm;
③ 支座处尽量不设置弯起钢筋,宜利用箍筋承受支座剪力。规范也要求:对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接,且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时,箍筋的直径不应小于Φ8,并应焊接。尽管从设计的角度上是可以实现强柱弱梁原则的,但实际施工中这些措施往往不能得到实施。具体表现如下。
(1)箍筋加密区箍筋形式。梁柱节点为箍筋加密区,此处钢筋密集,主筋到位难度大,因此在许多情况下存在箍筋弯钩采用900的作法,不符合规范“ 箍筋的弯钩为1350且平直部分的长度不小于10d,抗震设计时且不应小于75mm”的要求。
(2)结构中间节点施工。钢筋混凝土框架结构梁柱节点也称节点核芯区,是主体结构的重要组成部分。通常情况下,在框架结构中间节点处钢筋往往过于密集,不能满足施工规范对钢筋最小净距的要求,且混凝土及振捣棒不易通过。之外,因为节点处钢筋太多,所以节点处柱箍筋的加密很多时候都难以做到。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区,节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏,严重时会引起整个框架的倒毁。汶川地震的破坏形式表明:我们设计中强调的强柱弱梁,因为施工或者其他原因在地震中好多没有实现梁铰,而出现了柱铰。
2 短柱问题
我们知道,当柱净高H与截面高度h之比H/h≤ 4时,据此来判定短柱为短柱,但因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ ,只有剪跨比λ ＝M/Vh≤ 2的柱才是短柱,而柱净高与截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2,亦即不一定是短柱。按H/h≤ 4来判定的主要依据是:
① λ=M/Vh≤ 2;②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点,取Ｍ＝0.5VH,则λ＝M/Vh＝0.5VH/Vh＝ 0.5H/h≤2,由此即得H/h≤ 4。当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时,按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可;确定为短柱后,就应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。但实际工程中,对于楼梯间往往易形成短柱,而设计时却经常被忽视,施工时也按正常柱施工,从而留下安全隐患。所以在设计与施工中应采取如下措施。
尽量减弱短柱的楼层约束,如降低相连梁的高度、梁与柱采用铰接等。
② 增加箍筋的配置,在短柱范围内箍筋的间距不应大于l00mm,柱的纵向钢筋间距≤150mm。
③采用良好的箍筋类型,如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。
3 保护层厚度问题
我们知道,混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀,并保证钢筋的黏结锚固性能。有时我们只注意到主筋的保护层厚度,造成箍筋外露或保护层厚度不足,有的在主次梁交叉处,主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确,造成板负筋保护层厚度不足或者加厚梁的保护层(Up有效截面高度损失),直接影响到构件的安全性、耐久性及钢筋的受力性能。我们知道,保护层厚度的规定是为满足结构构件的耐久性和受力钢筋有效锚固的要求。之外,混凝土保护层的作用还有:
在正常使用极限状态下保证结构正常工作的作用;
② 满足钢筋粘结、锚固的要求,使钢筋充分发挥其计算所需的强调;③满足防火要求,不致因火灾使钢筋很快达到软化点。
新规范对保护层厚度略有增加，并列入混凝土结构设计规范中,混凝土施工规范仅列出保护层厚度的允许偏差。如柱保护层以及混凝土强度等级小于C20的梁保护层，均由25mm增加为30mm。混凝土强度等级小于C20的板、墙保护层则由15mm增加为20mm。有垫层的基础保护层也由35mm增加为40mm。同时规范规定纵向受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋直径。混凝土保护层厚度的变化是钢筋移位带来的直接反映。保护层变小时,较薄的混凝土层对钢筋握裹力随之减弱,同时也引起锚固受力和预应力混凝土传递性能的不足,从而影响结构抗力。从长时期来看,保护层过小会导致混凝土碳化、钢筋脱钝、钢筋锈蚀加快等问题,最终影响结构耐久性和使用年限。
4 钢筋代换问题
工程施工中因施工人员的失误操作,钢筋代换也屡见不鲜。通常他们认为只要作等截面代换就行。对于按构造配筋的构件来说,这种还是可行的,但一般的框架的配筋是经过内力计算而得出的,如果也按等截面代换就会留下安全隐患。
一般钢筋的代换是等强度代换,即：As1xfy1=As2xfy2,即可满足受力强度的要求,采用等面积的高强度筋代换低强度筋当然能满足要求,但是在某些特殊要求的构件,不能随便代换,比如受动力的吊车梁(高强度钢筋的韧性差);或对裂缝要求严格的(要验算裂缝),就不能随意代换。因此,施工中如需要钢筋代换时,必须充分了解设计意图和代换材料性能,严格遵守现行钢筋砼设计规范的各种规定,并不得以等面积的高强度钢筋代换低强度的钢筋。凡重要部位的钢筋代换,须征得设计单位同意后方可代换。
5 结束语
随着建筑技术的发展,混凝土结构越来越多,实际工程施工中或多或少的存在这样或那样的问题,有些问题是属于结构构造问题,但有些却涉及到结构的安全问题。文章提出了施工中常见的几个问题,并分析了这些问题所带来的影响及相关处理措施。
关键词: 建筑钢筋混凝土；框架结构施工
1 强柱弱梁的问题
“强柱弱梁”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。就是柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全,由此可能会整体倒塌,所以我们要保证柱子更“相对”安全。框架结构一个重要的指导思想和抗震原则是强柱弱梁理论,强柱弱梁,并不是要梁的强度小于柱的强度,而是指考虑地震作用组合的框架柱,应使得梁配筋后产生的极限弯矩,小于柱配筋后产生的极限弯矩。在通常的框架结构设计中,宜满足在地震作用下框架梁的梁端斜截面受弯承载力的规范要求,即“强剪弱弯”。在具体设计和梁配筋调整时,可采用以下方法:
① 不放大梁端负弯矩钢筋而加大梁的跨中受力钢筋(一般放大1.1～1.3倍);
②梁端箍筋的直径可增加2mm;
③ 支座处尽量不设置弯起钢筋,宜利用箍筋承受支座剪力。规范也要求:对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接,且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时,箍筋的直径不应小于Φ8,并应焊接。尽管从设计的角度上是可以实现强柱弱梁原则的,但实际施工中这些措施往往不能得到实施。具体表现如下。
(1)箍筋加密区箍筋形式。梁柱节点为箍筋加密区,此处钢筋密集,主筋到位难度大,因此在许多情况下存在箍筋弯钩采用900的作法,不符合规范“ 箍筋的弯钩为1350且平直部分的长度不小于10d,抗震设计时且不应小于75mm”的要求。
(2)结构中间节点施工。钢筋混凝土框架结构梁柱节点也称节点核芯区,是主体结构的重要组成部分。通常情况下,在框架结构中间节点处钢筋往往过于密集,不能满足施工规范对钢筋最小净距的要求,且混凝土及振捣棒不易通过。之外,因为节点处钢筋太多,所以节点处柱箍筋的加密很多时候都难以做到。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区,节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏,严重时会引起整个框架的倒毁。汶川地震的破坏形式表明:我们设计中强调的强柱弱梁,因为施工或者其他原因在地震中好多没有实现梁铰,而出现了柱铰。
2 短柱问题
我们知道,当柱净高H与截面高度h之比H/h≤ 4时,据此来判定短柱为短柱,但因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ ,只有剪跨比λ ＝M/Vh≤ 2的柱才是短柱,而柱净高与截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2,亦即不一定是短柱。按H/h≤ 4来判定的主要依据是:
① λ=M/Vh≤ 2;②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点,取Ｍ＝0.5VH,则λ＝M/Vh＝0.5VH/Vh＝ 0.5H/h≤2,由此即得H/h≤ 4。当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时,按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可;确定为短柱后,就应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。但实际工程中,对于楼梯间往往易形成短柱,而设计时却经常被忽视,施工时也按正常柱施工,从而留下安全隐患。所以在设计与施工中应采取如下措施。
尽量减弱短柱的楼层约束,如降低相连梁的高度、梁与柱采用铰接等。
② 增加箍筋的配置,在短柱范围内箍筋的间距不应大于l00mm,柱的纵向钢筋间距≤150mm。
③采用良好的箍筋类型,如螺旋箍筋、复合螺旋箍筋、双螺旋箍筋等。
3 保护层厚度问题
我们知道,混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀,并保证钢筋的黏结锚固性能。有时我们只注意到主筋的保护层厚度,造成箍筋外露或保护层厚度不足,有的在主次梁交叉处,主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确,造成板负筋保护层厚度不足或者加厚梁的保护层(Up有效截面高度损失),直接影响到构件的安全性、耐久性及钢筋的受力性能。我们知道,保护层厚度的规定是为满足结构构件的耐久性和受力钢筋有效锚固的要求。之外,混凝土保护层的作用还有:
在正常使用极限状态下保证结构正常工作的作用;
② 满足钢筋粘结、锚固的要求,使钢筋充分发挥其计算所需的强调;③满足防火要求,不致因火灾使钢筋很快达到软化点。
新规范对保护层厚度略有增加，并列入混凝土结构设计规范中,混凝土施工规范仅列出保护层厚度的允许偏差。如柱保护层以及混凝土强度等级小于C20的梁保护层，均由25mm增加为30mm。混凝土强度等级小于C20的板、墙保护层则由15mm增加为20mm。有垫层的基础保护层也由35mm增加为40mm。同时规范规定纵向受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋直径。混凝土保护层厚度的变化是钢筋移位带来的直接反映。保护层变小时,较薄的混凝土层对钢筋握裹力随之减弱,同时也引起锚固受力和预应力混凝土传递性能的不足,从而影响结构抗力。从长时期来看,保护层过小会导致混凝土碳化、钢筋脱钝、钢筋锈蚀加快等问题,最终影响结构耐久性和使用年限。
4 钢筋代换问题
工程施工中因施工人员的失误操作,钢筋代换也屡见不鲜。通常他们认为只要作等截面代换就行。对于按构造配筋的构件来说,这种还是可行的,但一般的框架的配筋是经过内力计算而得出的,如果也按等截面代换就会留下安全隐患。
一般钢筋的代换是等强度代换,即：As1xfy1=As2xfy2,即可满足受力强度的要求,采用等面积的高强度筋代换低强度筋当然能满足要求,但是在某些特殊要求的构件,不能随便代换,比如受动力的吊车梁(高强度钢筋的韧性差);或对裂缝要求严格的(要验算裂缝),就不能随意代换。因此,施工中如需要钢筋代换时,必须充分了解设计意图和代换材料性能,严格遵守现行钢筋砼设计规范的各种规定,并不得以等面积的高强度钢筋代换低强度的钢筋。凡重要部位的钢筋代换,须征得设计单位同意后方可代换。
5 结束语
随着建筑技术的发展,混凝土结构越来越多,实际工程施工中或多或少的存在这样或那样的问题,有些问题是属于结构构造问题,但有些却涉及到结构的安全问题。文章提出了施工中常见的几个问题,并分析了这些问题所带来的影响及相关处理措施。