高層建筑框架梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度驗(yàn)算和施工處理

【摘要】隨著我國(guó)建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)建筑水平已經(jīng)有了很大程度的提高。與此同時(shí)，對(duì)高層建筑框架梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土澆筑的承載力的要求，成為了建筑工程中比較難解決的問題。本文通過對(duì)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的介紹，提出對(duì)于高層建筑框架梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度驗(yàn)算和施工方法，旨在為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；框架梁柱；強(qiáng)度驗(yàn)算

通過對(duì)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的分析我們可以知道，該規(guī)程對(duì)我國(guó)框架梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的設(shè)計(jì)和澆筑做了詳細(xì)的說明。當(dāng)柱混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度高于梁、樓板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，就必須對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土施工采取相應(yīng)的有效措施；高層建筑與不同強(qiáng)度的梁、柱的結(jié)構(gòu)需要跟有關(guān)部門進(jìn)行研究和商討才能確定；設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行抗震功能的設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)一級(jí)、二級(jí)的框架的核心部分按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行抗震的驗(yàn)算；對(duì)三、四級(jí)框架節(jié)點(diǎn)以及各項(xiàng)抗震等級(jí)的頂端核心區(qū)，可以不進(jìn)行驗(yàn)算。梁柱的節(jié)點(diǎn)如果比較多的情況下，必須要對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的驗(yàn)算，并對(duì)其采取有效的措施，保證工程的穩(wěn)定性。

一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的現(xiàn)實(shí)題目

（一）在高層建筑的設(shè)計(jì)中，不僅要滿足柱軸壓比的要求，也要控制好柱截面的大小。所以柱子必須要采用高強(qiáng)度的混凝土制造。對(duì)于樓層梁板的抗彎承載能力，過高的混凝土強(qiáng)度的登記對(duì)其來說是不必要的。前者對(duì)于抗彎的承載能力是不必要的，后者對(duì)于構(gòu)件的承受非荷載應(yīng)力效果也不顯著。所以針對(duì)這個(gè)情況，《高規(guī)》中對(duì)現(xiàn)澆框架梁的混凝土的強(qiáng)度做了明確的規(guī)定。我們可以看出，在高層建筑混凝土的結(jié)構(gòu)中柱混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要比梁板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度高，隨著建筑物的層數(shù)的增加，這兩者的差距也會(huì)越來越大，但是這個(gè)區(qū)段主要還是存在于高層建筑物的下邊的部分。

（二）從對(duì)我國(guó)高層建筑的分析來看，對(duì)混凝土的澆筑施工一般都是采用商品混凝土泵送技術(shù)，這種方法比較適用于豎向的構(gòu)件和水平構(gòu)件，施工人員可以分兩批對(duì)其進(jìn)行集中的澆筑。如果要對(duì)其中的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的澆筑，應(yīng)該先注意對(duì)其供給量和澆筑時(shí)間會(huì)不會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量的下降，對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)和梁板之間的分隔也會(huì)產(chǎn)生一定的困難，所以施工的單位一般都不會(huì)大范圍的采取這種方法。

二、受剪、受壓驗(yàn)算規(guī)律

考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的操縱程序，同時(shí)又要滿足規(guī)范中對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)承載力的要求，我們列舉數(shù)例對(duì)典型節(jié)點(diǎn)區(qū)的受剪、軸心受壓、偏心受壓進(jìn)行計(jì)算（其過程附后）。通過驗(yàn)算可得出以下規(guī)律：（一）按《高規(guī)》附錄C進(jìn)行受剪抗震驗(yàn)算，即使柱梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差20MPa，而節(jié)點(diǎn)區(qū)用樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)澆注，其節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面的受剪承載力仍可以滿足要求；（二）在偏心受壓驗(yàn)算中，當(dāng)梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)比柱低5MPa時(shí)，其受壓強(qiáng)度可以滿足要求；當(dāng)兩者的混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差10MPa及以上時(shí)，其受壓強(qiáng)度不滿足要求；（三）當(dāng)梁板比柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低10MPa及以上而仍用梁混凝土澆注節(jié)點(diǎn)區(qū)，則對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)必須采取措施。從偏心受壓公式N≤0.9（fc A cor+f’y A’s+2αfy A sso）中的3項(xiàng)抗壓數(shù)值來看，第1項(xiàng)即節(jié)點(diǎn)區(qū)截面混凝土抗壓強(qiáng)度是不可變更的；第3項(xiàng)即箍筋提供的抗壓強(qiáng)度所占的比例最小，且一般設(shè)計(jì)不可能改變節(jié)點(diǎn)區(qū)的配箍規(guī)格；第2項(xiàng)即節(jié)點(diǎn)區(qū)豎向鋼筋提供的抗壓強(qiáng)度所占比例較大，且若采用HRB400鋼（fy=360N/mm2）來增加節(jié)點(diǎn)區(qū)的豎向配筋率則可明顯進(jìn)步其抗壓強(qiáng)度。

三、施工措施

考慮到梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)需要處理的都在高層建筑的下部，該區(qū)段的柱主筋配率一般接近或略大于1%，因此根據(jù)以上規(guī)律可將節(jié)點(diǎn)區(qū)的施工措施回納如下：

（一）當(dāng)梁板與柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)僅相差5MPa時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)完全可以與樓蓋一起澆注；（二）當(dāng)梁板比柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別低于10MPa和15MPa時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)需增設(shè)豎向短筋，其數(shù)目分別為柱主筋配筋量的50%和100%；（三）當(dāng)梁板比柱的混凝土的強(qiáng)度低于20MPa及以上時(shí)，增設(shè)節(jié)點(diǎn)區(qū)豎向短筋對(duì)于提高其節(jié)點(diǎn)的抗壓性的方法已經(jīng)不能達(dá)到效果，所以不能再采用這種方法。其原因是無(wú)法布筋、短筋的數(shù)目太大。這時(shí)候節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)該采用與同等級(jí)的混凝土進(jìn)行單獨(dú)的澆筑，雖然施工的難度提高了，需要更為精準(zhǔn)的組織措施，但是其所占的面積不大，可以采用。

偏心受壓的計(jì)算公式中沒有體現(xiàn)對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的各個(gè)水平方向上強(qiáng)度的影響，而在實(shí)際的施工中這種影響確實(shí)很大的，特別是在中柱節(jié)點(diǎn)通常具有兩向梁對(duì)其本身的約束能力比較顯著。這正和抗剪驗(yàn)算的結(jié)果一樣，在同等的條件里面中柱的抗剪承載力是邊、角柱的一倍多。所以上述施工可以從邊柱、角柱來看，如果是中柱的節(jié)點(diǎn)區(qū)可以適當(dāng)?shù)膶?duì)梁柱混凝土強(qiáng)度的等級(jí)做一定的調(diào)整。這種方法是比較科學(xué)的，執(zhí)行也比較方便。

四、混凝土強(qiáng)度等級(jí)的公道取值

梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的強(qiáng)度驗(yàn)算和施工處理同時(shí)也涉及到高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)的公道取值題目，其公道與否必須符合以下原則：（一）整個(gè)工程的豎向構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)種類不宜太多，一般為8層左右變1個(gè)等級(jí)，且與豎向構(gòu)件截面的變化錯(cuò)層同步；（二）水平構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取值要符合規(guī)范要求，同時(shí)要與豎向構(gòu)件相配搭，使施工處理簡(jiǎn)單化，盡量避免或減少節(jié)點(diǎn)區(qū)單獨(dú)澆注混凝土。

分析以上高層建筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)的配搭，對(duì)于30層高層建筑，節(jié)點(diǎn)區(qū)需要加短筋的僅為1/4樓層；對(duì)于40層高層建筑，則為3/5樓層；對(duì)于55層高層建筑，第1方案節(jié)點(diǎn)區(qū)需單獨(dú)澆注混凝土的為2/7，節(jié)點(diǎn)加短筋的為3/7，第2方案節(jié)點(diǎn)區(qū)需單獨(dú)澆注混凝土的1/4，節(jié)點(diǎn)加短筋的為1/2（后一方案的優(yōu)點(diǎn)在于混凝土強(qiáng)度等級(jí)種類最少，僅有4種且為完整等級(jí)）。

五、經(jīng)濟(jì)分析

在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，節(jié)點(diǎn)區(qū)加插短筋所增加的用鋼量對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)來說是微不足道的，假如攤銷到整個(gè)工程則更是微乎其微。以8×8m柱網(wǎng)、柱截面bh=800×800，主筋配筋率為ρ=1%為例，則中柱、邊柱、角柱單位面積所需的用鋼量以及攤銷到整個(gè)工程的用鋼量如表2所示（攤銷用鋼量中，以中柱占2/6，邊柱占3/6，角柱占1/6計(jì)）。

從分析中我們可以得知，節(jié)點(diǎn)區(qū)加插筋所增加的用鋼量占整個(gè)工程用鋼量的比例小至幾乎可忽略不計(jì)，因此以消耗工地上一些預(yù)備棄用的邊材廢物而換取節(jié)點(diǎn)區(qū)澆注混凝土的方便，無(wú)論從哪個(gè)角度衡量都是值得的。當(dāng)然，節(jié)點(diǎn)區(qū)加插短筋所花費(fèi)的用度要比節(jié)點(diǎn)區(qū)采用柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)單獨(dú)澆注高一些，但正如前面所述，節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土單獨(dú)澆注既存在很多困難，把握不好還會(huì)導(dǎo)致混凝土質(zhì)量事故，因此采取在節(jié)點(diǎn)區(qū)加插短筋的做法來保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力無(wú)疑是一種簡(jiǎn)易且科學(xué)的方法，設(shè)計(jì)方和施工方肯定樂于采用，即使是投資方，如能從大處著眼也應(yīng)該是能夠接受的。

六、結(jié)論

綜上所述，本文通過對(duì)高層建筑框架梁柱節(jié)點(diǎn)的施工難點(diǎn)的介紹，提出了對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和施工處理的辦法。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)高層建筑施工中出現(xiàn)的問題難點(diǎn)，也會(huì)得到有效解決。所以要實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑水平的提高，就必須把對(duì)建筑施工中新技術(shù)的開發(fā)作為建筑研究的重點(diǎn)。

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