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，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)。

1 技術(shù)分析

1.1 鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計

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%。

1.2 鋼纖維混凝土的攪拌

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。

1.3 鋼纖維混凝土的運輸

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。

1.4 鋼纖維混凝土的澆筑及振搗

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)。

1.5 鋼纖維混凝土的技術(shù)特性

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］。

2 鋼纖維混凝土異形柱節(jié)點結(jié)構(gòu)體系的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

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。

2.1 工程概況

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

2.2 材料增加費計算

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。

3 結(jié) 語

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。