高預(yù)制率框架結(jié)構(gòu)疊合梁鋼筋構(gòu)造要點

池思源

(福建建工集團有限責(zé)任公司設(shè)計分公司 福建福州 350001)

0 引言

目前，裝配式建筑在我國蓬勃發(fā)展，為使預(yù)制疊合梁的深化設(shè)計更符合裝配式施工工藝的要求，助力裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展，需要對影響施工工藝、工效的關(guān)鍵因素進行分析，在深化設(shè)計中將這些因素消弭于無形。因此，國內(nèi)許多相關(guān)學(xué)者、專家以及工程界人士紛紛對其展開深淺不一的探討。

姚婉春、張云波、祁神軍[1]在分析和研究PC結(jié)構(gòu)的特點及優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)受力角度研究和提出了疊合梁、疊合板構(gòu)造措施。

葉獻國、華和貴、徐天爽、王德才[2]通過研究對比現(xiàn)澆混凝土整體板及在跨中拼接的混凝土疊合板的受彎性能，提出改進疊合式樓板設(shè)計的建議。

劉正勇、應(yīng)惠清[3]對裝配預(yù)制式混凝土框架結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的連接進行分類，介紹了連接在設(shè)計和施工階段中應(yīng)注意的事項，同時介紹了幾種梁柱連接的構(gòu)造形式及特點。

葉肖敬、楊平、孟超、陶富明、梅瑞金[4]以金華人民醫(yī)院裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工為基礎(chǔ)，總結(jié)了PC疊合梁板構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的質(zhì)量控制。

上述研究主要還是集中在從結(jié)構(gòu)受力方面的構(gòu)造以及按照深化設(shè)計出圖后的施工安排及改善上，還未將結(jié)構(gòu)設(shè)計、深化設(shè)計、施工工藝三者統(tǒng)合考量；對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸限值考慮不足?；诖耍疚木湍壳邦A(yù)制疊合梁鋼筋排布所遇到的常見問題嘗試作出一些討論。希望能夠從深化設(shè)計角度出發(fā)，綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計、深化設(shè)計、施工工藝3方面因素，得到高預(yù)制率框架結(jié)構(gòu)的疊合梁合理的鋼筋排布方案及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸限值。

1 梁組合式封閉箍使用

現(xiàn)澆梁鋼筋籠施工過程一般為：將上下層縱筋放置好后，再將整體封閉箍(以下簡稱：封閉箍)套入；而疊合梁預(yù)制部分制作完成后，運輸至現(xiàn)場后，再穿入梁上層縱筋。但在現(xiàn)場穿入上層筋過程，如果封閉箍與封閉箍之間預(yù)留的空間不足(上層縱筋較粗較直，不易彎曲)，則勢必導(dǎo)致操作困難，施工效率下降。因此，為提高穿筋施工效率，在符合《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T51231-2016)[5]第5.6.2條(針對抗震等級為一、二級的框架梁梁端加密區(qū)及有受扭要求的梁全長，需采用整體封閉箍筋)的條件下，在梁中間至少1/2跨度范圍內(nèi)采用組合式封閉箍(以下簡稱：組合箍)，且需相應(yīng)增加該部分綁扎組合箍帽蓋的工序，如圖1所示。

圖1 梁上層主筋置入

其次，尚須考量組合箍細(xì)部問題，必須查看組合箍是否有助于提高穿筋施工效率。如圖2所示，影響穿筋施工效率的控制尺寸為圖示尺寸a、b的最小值。

圖2 組合箍筋剖面

基于此，下文推導(dǎo)最小梁寬和最小板厚的限值；設(shè)a=b=35mm(理由：設(shè)上層主筋直徑25mm+誤差10mm)，梁鋼筋保護層厚度20mm，板鋼筋護層厚度15mm，單向疊合板，板底筋直徑8mm。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)確定箍筋直徑、彎鉤角度及平直段長度后，箍筋彎鉤的水平長度d和豎直長度c是可以確定的(圖2)。根據(jù)具體參數(shù)，實比繪制箍筋剖面，得到下文的數(shù)值。

為滿足文獻[5]第5.6.2條要求，表1列出了箍筋彎鉤的水平長度d和豎直長度c以供設(shè)計參考。

表1 箍筋彎鉤的水平長度d和豎直長度c mm

注：現(xiàn)行國家規(guī)范未明確180°彎鉤平直段長度的要求，本文中采用的平直段長度同135°彎鉤。

由上列假設(shè)及數(shù)據(jù)可推導(dǎo)各種情況下的最小梁寬和最小板厚，具體計算如下式:

最小梁寬為：

bmin=2c(梁保護層)+2d(箍筋)+2d+a

最小板厚為：

tmin=c(板保護層)+d(板底筋)+b+c+c(梁保護層)

單位為mm。

表2 最小梁寬與板厚(箍筋直徑8mm) mm

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為非抗震情況。

表3 最小梁寬與板厚(箍筋直徑10mm) mm

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為非抗震情況。

設(shè)計中最常用的情況：采用135°彎鉤，框架梁箍筋直徑8mm，宜采用300mm梁寬，150mm板厚；次梁箍筋直徑8mm，宜采用250mm梁寬，120mm板厚。

以上情況可見，現(xiàn)在常用的140mm厚度的疊合板并不滿足穿筋要求，箍筋平直段長度對最小梁寬及板厚的影響相當(dāng)明顯。

因此，組合式封閉箍處在梁的塑性鉸范圍之外，是否可考慮放松箍筋彎鉤長度的要求。以下為部分國外規(guī)范給出的數(shù)據(jù)：抗震情況下，ACI-318-14[6]表25.3.4給出的135°彎鉤的直段長度為6d(d為箍筋直徑)；NZS3101：2006[7]第8.6.10.1條135°彎鉤的直段長度為8d。ACI-318-14及NZS3101：2006中180°彎鉤的直段長度為4d及65mm的較大值；參考文獻[8]圖13.15(e)還推薦了4種合理的箍筋錨固形式。

在現(xiàn)行規(guī)范允許的條件下，提高施工效率可行的辦法為：①調(diào)整疊合梁梁寬及疊合板板厚；②疊合梁預(yù)制部分生產(chǎn)時，先不彎彎鉤，預(yù)制疊合板吊裝完成并置入梁上層受力筋后，再用手提式彎箍機彎彎鉤，將增加施工工作量。

綜上，組合箍的使用目的是為提高穿筋施工效率，目前某些“常用”數(shù)據(jù)(或施工方法)，將對施工效率有所影響；在滿足結(jié)構(gòu)安全的強條下，裝配式建筑也應(yīng)注意可操作性。

2 預(yù)制疊合梁底部鋼筋在梁柱節(jié)點排布

目前，疊合體系下，梁柱節(jié)點鋼筋的排布主要有以下3種方式：①平面避讓；②立面避讓；③平面對接，如圖3所示。

(a)平面避讓 (b)立面避讓 (c)平面對接圖3 梁在中部節(jié)點區(qū)的構(gòu)造

針對以上3種梁柱節(jié)點鋼筋避讓的方式，表4嘗試討論這3種方案的適用范圍及設(shè)計注意要點。

平面對接與現(xiàn)澆方式的差別在于：接頭質(zhì)量、精度的把控，對梁寬和柱寬的要求與現(xiàn)澆設(shè)計無異。因此，下文針對平面避讓及立面避讓的兩種排布方式推導(dǎo)最小梁寬和最小柱寬的限值。表5列出了根據(jù)梁底筋錨固長度確定的最小柱寬。

表5 根據(jù)梁底筋錨固長度確定的最小柱寬

注：①當(dāng)?shù)诙配摻钜采烊牍?jié)點錨固時，柱寬再增加70mm。②上表為僅根據(jù)梁底筋錨固長度確定的最小柱寬。

設(shè)：梁寬范圍內(nèi)柱構(gòu)造鋼筋不伸入節(jié)點域(即僅考慮對向梁底筋的避讓)，柱受力筋集中布置在4個角落，節(jié)點區(qū)最小鋼筋凈距S3為15mm，梁鋼筋保護層厚度20mm，梁箍筋直徑8mm，梁縱筋直徑28mm，梁縱筋在節(jié)點區(qū)采用90°彎鉤錨固。

當(dāng)兩側(cè)梁各n根縱筋平面避讓排布時，確定最小梁寬為：

bmin=2c(保護層)+2d(箍筋)+2nd(縱筋)+(2n-1)S3

單位為mm。

按上式計算得到的最小梁寬歸納于表6之中；當(dāng)由于采用平面避讓排布而使得梁寬過大時，可考慮轉(zhuǎn)而采用立面避讓的方式。

表6 根據(jù)梁底縱筋平面避讓排布確定的最小梁寬

對于立面避讓及平面避讓都存在對縱筋最小錨固長度限制，采用末端平直段錨固長度為>0.42LabE(根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[9]第8.3.3條和第8.3.4條)，現(xiàn)假設(shè)節(jié)點區(qū)混凝土強度等級C30，縱筋強度等級HRB400，鋼筋末端部至柱邊距離50mm。

研究組采用甲磺酸溴隱亭(由匈牙利吉瑞大藥廠生產(chǎn),國藥準(zhǔn)字H20020370)治療,每次口服1.25mh,qd,餐中服用,使用1周后無不良反應(yīng),增加至2.5mg,連服3-6個月;兩組患者PRL值得到正常后,恢復(fù)正常維持量。其中對照組2.5-5mg/天,研究組1.25-2.5mg/天。

最小柱寬為：

Bmin=0.42LabE+50；單位為mm。

3 疊合梁側(cè)面抗扭鋼筋在梁柱節(jié)點出筋

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)[9]第9.2.5條受扭縱向鋼筋應(yīng)按受拉鋼筋錨固在支座內(nèi)。

因此，當(dāng)兩向相交梁中配置受扭鋼筋時，一向(如：X向)梁吊裝到位后，另一向(如：Y向)梁會由于受扭鋼筋在節(jié)點的阻擋而無法吊裝，即吊裝時，一向梁縱筋被另一向梁受扭鋼筋擋到(圖4)。

針對該情況，有以下可考慮的方案：

(1)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置方案或節(jié)點約束條件，避免設(shè)置抗扭鋼筋；

(3)先將抗扭筋彎起(直徑一般較小)，在吊裝完畢后，再將抗扭筋彎下(將造成鋼筋二次彎折)；

(4)在梁端預(yù)埋抗扭鋼筋的直螺紋套筒，在吊裝完畢后，再將抗扭鋼筋續(xù)接(實際上可能沒有小直徑套筒)。

圖4 預(yù)制疊合梁吊裝(柱出筋隱藏)

4 結(jié)語

(1)封閉式組合箍確是適合于預(yù)制工法的箍筋形式，但不盲目使用，忽視其初衷；現(xiàn)在常用的140mm厚度的疊合板并不滿足穿筋要求；按照現(xiàn)行規(guī)范計算得到最小梁寬和最小板厚值，供設(shè)計參考；

(2)梁柱節(jié)點鋼筋排布的3種方案各有優(yōu)勢，適用于不同情況；按照現(xiàn)行規(guī)范，根據(jù)最小梁底縱筋錨固長度計算得到最小柱寬，供設(shè)計參考；在衡量得失后，選擇適合于項目的方案；比較推薦的鋼筋排布方式還是平面避讓方式；

(3)宜調(diào)整結(jié)構(gòu)布置方案或節(jié)點約束條件，避免在梁中配置抗扭鋼筋；不得已時，優(yōu)先考慮采用加大伸入支座的角筋直徑的方案。