康麗華,張 帥,樊玉敬
(1.河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院,河北石家莊 050018;2.中扶建設(shè)有限責(zé)任公司山西第一分公司,山西太原 030000;3.河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院,河北石家莊 050021)
鋼纖維增強(qiáng)混凝土異形柱節(jié)點的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
康麗華1,張 帥2,樊玉敬3
(1.河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院,河北石家莊 050018;2.中扶建設(shè)有限責(zé)任公司山西第一分公司,山西太原 030000;3.河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院,河北石家莊 050021)
異形柱體系由于其自身截面特征,造成了節(jié)點的薄弱特性,阻礙了異形柱結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展。以天津市某住宅工程為背景,結(jié)合鋼纖維增強(qiáng)十字形異形柱節(jié)點的抗震性能試驗、鋼纖維混凝土的設(shè)計規(guī)定及施工規(guī)程,對鋼纖維增強(qiáng)型節(jié)點建筑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。
異形柱節(jié)點;鋼纖維;技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
鋼纖維增強(qiáng)混凝土就是在普通混凝土中摻入一定量的短細(xì)鋼絲,攪拌均勻。在普通混凝土內(nèi)摻入細(xì)鋼絲主要是改善它的力學(xué)性能,尤其是增強(qiáng)它的抗拉強(qiáng)度,推遲受拉裂縫的出現(xiàn),對混凝土抗剪、抗沖擊及其他的性能也有顯著的提高[1]。
將鋼纖維增強(qiáng)混凝土應(yīng)用到異形柱節(jié)點中,即在異形柱節(jié)點核心區(qū)澆筑鋼纖維混凝土,用以改善它的薄弱特性。目前,纖維增強(qiáng)型節(jié)點研究很多,但是鋼纖維以其優(yōu)良的物理力學(xué)性能得到了研究者們的認(rèn)可。鋼纖維混凝土雖然有很多優(yōu)點但仍有許多問題需要研究。以鋼纖維增強(qiáng)混凝土異形柱節(jié)點試驗為依據(jù),結(jié)合天津市某民用住宅,總結(jié)了鋼纖維混凝土的設(shè)計及施工規(guī)定,并對其進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析,為這種結(jié)構(gòu)體系的可行性研究奠定了基礎(chǔ)。
鋼纖維混凝土配合比設(shè)計應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的抗壓、抗拉強(qiáng)度,以及施工要求的和易性,特殊情況下,還應(yīng)滿足抗凍、抗?jié)B及耐腐蝕等要求[2]。
鋼纖維混凝土的水灰比宜選用0.45~0.50,水泥用量不應(yīng)大于500 kg/m3,鋼纖維體積率不允許小于0.5%。
由于鋼纖維在混凝土中亂向分布,因此攪拌均勻是至關(guān)重要的。為防止在攪拌過程中出現(xiàn)鋼纖維自身的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象,如若出現(xiàn)這種情況不但不能使鋼纖維起到增強(qiáng)效果反而會使混凝土強(qiáng)度局部降低[1]。本試驗嚴(yán)格按照施工手冊規(guī)定的投料順序和拌制要點進(jìn)行拌制,保證鋼纖維在混凝土中分布均勻。
由于鋼纖維的加入,混凝土的塌落度要比普通混凝土小,所以不適合采用混凝土攪拌車運輸,可以用自卸汽車,鋼纖維混凝土中加入了HF-3減水劑,因此拌合、運輸和澆筑的過程一定要在規(guī)定時間內(nèi)完成,施工速度要盡量加快[3]。在運輸?shù)倪^程中要避免離析現(xiàn)象的發(fā)生。
鋼纖維混凝土的施工對施工速度要求較高,減水劑的加入使得它凝結(jié)固化比較快,因此施工速度要快,否則會造成凝結(jié)難以施工。同時為了保證鋼纖維在混凝土中的均勻分散性及整個結(jié)構(gòu)的連續(xù)性,在同一構(gòu)件中澆筑時不能中斷,澆筑過程若出現(xiàn)干澀現(xiàn)象也嚴(yán)禁加水。
鋼纖維混凝土應(yīng)采用機(jī)械振搗,但是由于本工程在節(jié)點部位施工,所以,采用人工振搗。但是振搗過程也要防止鋼纖維起團(tuán)和折斷,振搗時間比普通混凝土要長些,最后要以混凝土表面泛漿、不冒氣泡、表面均勻為準(zhǔn)。
鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展。在受荷初期,混凝土基體與纖維共同承受外力,當(dāng)混凝土開裂后,橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學(xué)性能[4-5]。
通過對4個鋼纖維混凝土異形柱節(jié)點做低周反復(fù)試驗,并與2007年所做的普通混凝土異形柱節(jié)點的抗震試驗結(jié)果[6]做對比,分析發(fā)現(xiàn),澆筑鋼纖維混凝土的異形柱節(jié)點試件承載力較普通異形柱節(jié)點都有提高:極限荷載提高約10%,屈服荷載提高約17%,屈服位移提高約60%,極限位移提高約60%,耗能的提高不明顯。
以天津市某住宅為背景,計算由于節(jié)點核心區(qū)鋼纖維的加入所增加的材料費。
本工程位于天津市,為民用住宅,建筑面積約為5 000 m2。建筑物為多層住宅樓,地上6層,層高3 m,建筑總高18 m?;炷翉?qiáng)度等級:C30;鋼筋種類:HPB235,HRB335,HRB400級鋼筋。陶??招钠鰤K填充墻,墻厚200 mm。
地質(zhì)條件:土壤凍結(jié)深度0.8 m。地震動參數(shù):設(shè)防烈度7度;設(shè)計基本地震加速度0.15 g;設(shè)計地震分組第1組;場地類別Ⅲ類。風(fēng)荷載0.5 k N/m2,雪荷載0.4 k N/m2。建筑防火耐火等級為二級,屋面防水等級為三級。梁柱平面布置如圖1所示。
異形柱結(jié)構(gòu)體系中,為保證結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度沿豎向均勻變化,避免豎向剛度突變及保證豎向傳力明確,框架柱宜上下對齊并且連續(xù)貫通[7-10],肢厚不宜小于200 mm。由于本住宅建筑層數(shù)不高,為了方便計算,采用各層柱截面形式相同,截面統(tǒng)計如圖2所示。
柱布置位置如表1所示。
表1 柱的布置位置統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of column layout
圖1 梁柱平面布置圖Fig.1 Layout of beam column
圖2 柱的截面形式詳圖Fig.2 Detail of column section
異形柱框架結(jié)構(gòu)中梁截面共計有200 mm×350 mm,200 mm×400 mm,200 mm×600 mm 3種。梁的分布情況如表2所示。
表2 梁的布置位置統(tǒng)計Tab.2 Statistical table of beam layout
標(biāo)準(zhǔn)層異形柱節(jié)點核心區(qū)的混凝土總體積為3.339 m3。
鋼纖維體積率為1%,在節(jié)點核心區(qū)澆筑鋼纖維混凝土,由此帶來的材料費用增加為
整個異形柱框架建筑的節(jié)點核心區(qū)澆筑鋼纖維混凝土帶來的材料費用增加為
鋼纖維的摻入所帶來的材料增加費在可以接受的范圍內(nèi),為了使結(jié)構(gòu)有更好的性能,工程造價有所提高也有價值。
綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的對比可以發(fā)現(xiàn),雖然鋼纖維混凝土比普通混凝土的造價高,但是可以明顯提高混凝土的強(qiáng)度及抵抗變形的能力,增強(qiáng)異形柱框架結(jié)構(gòu)在震害時的御害能力。整個建筑由于鋼纖維混凝土的加入只在原來工程造價的基礎(chǔ)上增加了約18 000元,可是帶來的效益卻是顯著的。首先,使得異形柱框架的節(jié)點薄弱性得到了改善,承載力和耗能能力都明顯提高。其次,促進(jìn)了異形柱結(jié)構(gòu)體系的推廣應(yīng)用,使得異形柱結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢充分發(fā)揮,實現(xiàn)了建筑利用率的提高和結(jié)構(gòu)自重的減輕,同時能滿足人們對房間布置和造型的要求。
綜上所述,配筋鋼纖維混凝土異形柱結(jié)構(gòu)體系比普通混凝土結(jié)構(gòu)體系更先進(jìn),造價卻沒有太大提高,從可持續(xù)發(fā)展的角度分析,鋼纖維混凝土符合可持續(xù)發(fā)展的趨勢。
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Technical and economic analysis of cross shaped column nodes of concrete reinforced by steel fiber
KANG Li-hua1,ZHANG Shuai2,F(xiàn)AN Yu-jing3
(1.College of Civil Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei 050018,China;2.The First Branch in Shanxi,Zhongfu Construction Limited Liability Company,Taiyuan Shanxi 030000,China;3.Environmental Geological Exploration Institute of Hebei Province,Shijiazhuang Hebei 050021,China)
The cross shaped columns nodes are weak for its own causes,hindering the development of special-shaped column structure system.With a residential project in Tianjin as the background,combining the seismic performance test of steel fiber reinforced a cross shaped column,the design requirements and the construction procedures,economic analysis of the steel fiber reinforced nodes are provided.
cross shaped column node;steel fiber;technical and economic analysis
TU415.6
A
1008-1542(2012)05-0475-04
2012-04-07;
2012-09-15;責(zé)任編輯:馮 民
河北省建工新產(chǎn)品試制費計劃項目(2010-101)
康麗華(1985-),女,河北衡水人,碩士,主要從事混凝土施工技術(shù)方面的研究。