拉結(jié)筋在填充墻與框架柱連接中的應(yīng)用分析①

□□ 馬瑞君，汪金滿，何偉君

(1.甘肅省建設(shè)設(shè)計咨詢集團有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省第五建設(shè)集團有限責任公司，甘肅 天水 741000)

引言

填充墻作為一種滿足建筑功能要求的“非結(jié)構(gòu)構(gòu)件”，在某些特殊地區(qū)，如抗震設(shè)防地區(qū)，填充墻可以承受部分水平地震力，填充墻之所以能夠承受部分水平地震力，且能在大型地震中抵抗部分荷載，除了填充墻的原材料、強度、設(shè)置方式等[1-2]原因之外，填充墻與框架柱的連接方式在很大程度上決定了填充墻的穩(wěn)定性和抵抗水平荷載的能力。因而需要對填充墻與框架柱之間設(shè)置可靠且穩(wěn)定的連接。目前，在工程中填充墻與框架柱主要是通過拉結(jié)筋連接。因此，在連接中拉結(jié)筋起到的作用至關(guān)重要，而如何利用拉結(jié)筋實現(xiàn)最佳的連接方式是目前亟待解決的問題。

1 拉結(jié)筋的施工方式

布置在填充墻與框架柱之間的拉結(jié)筋多數(shù)場合只是起到連接作用，但是當?shù)卣鸢l(fā)生，產(chǎn)生的水平荷載容易使得填充墻與主體結(jié)構(gòu)脫離，此時在填充墻與框架柱之間連接的拉結(jié)筋能承受部分水平荷載，保證填充墻安全穩(wěn)固[3]。因此，拉結(jié)筋的設(shè)置必須依靠成熟的設(shè)計和施工技術(shù)。目前常用的拉結(jié)筋施工方式有植筋法、預(yù)埋鋼筋法兩種。

1.1 植筋技術(shù)

植筋技術(shù)因其具有不影響主體結(jié)構(gòu)施工且施工簡便等優(yōu)點，在填充墻拉結(jié)筋連接中得到了廣泛應(yīng)用，主要是經(jīng)過鉆孔、植筋、注膠等步驟將鋼筋植入填充墻與框架柱中[4]。該技術(shù)一方面需要選擇合適的植筋膠，應(yīng)考慮植筋膠的強度、固化時間、環(huán)保、植筋施工時植筋膠填充密實度等因素；另一方面，鋼筋的錨固深度及承載力應(yīng)符合要求，JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》規(guī)定植筋錨固深度設(shè)計值可按下式進行計算：

ld≥ΨNΨaels

(1)

(2)

fy——植入鋼筋的抗拉強度；

As——鋼筋截面面積；

ld——植筋錨固深度設(shè)計值；

ls——植筋基本錨固深度；

d——鋼筋公稱直徑。

1.2 預(yù)埋鋼筋技術(shù)

預(yù)埋鋼筋技術(shù)與植筋技術(shù)的區(qū)別在于鋼筋是在框架柱混凝土澆筑之前預(yù)埋于框架柱中，其后再與填充墻中預(yù)留的鋼筋相互連接，主要有柱上預(yù)留貼膜筋、模板開洞留甩筋、鋼模板緊固預(yù)埋法等[5-6]施工方法，預(yù)埋鋼筋技術(shù)需考慮預(yù)埋方法，保證預(yù)留出的鋼筋數(shù)量與位置準確，且在構(gòu)件與拉結(jié)筋連接處抗拔力能滿足設(shè)計要求。

2 拉結(jié)筋的連接方式

2.1 拉結(jié)筋在剛性連接中的應(yīng)用

工程中應(yīng)用較為普遍的是采用剛性連接，這是由于剛性連接是通過增加構(gòu)件剛度或者增強構(gòu)件之間連接，以此提高結(jié)構(gòu)整體性，加強抗震作用。這種連接方式在填充墻與框架柱連接中比較容易實現(xiàn)，主要是通過填充墻與框架柱頂形成一體，即二者緊密連接。剛性連接應(yīng)考慮填充墻剛度和強度對結(jié)構(gòu)變形的影響。而拉結(jié)筋在該連接上所起的作用較大，將拉結(jié)筋采用植筋或者預(yù)埋的方式從框架柱留出，再與填充墻連接，中間采用鋼筋網(wǎng)片加固，不留縫隙，這種連接使得填充墻與框架柱成為整體，共同受力，但對于填充墻而言，其本身并非受力構(gòu)件，這就需要填充墻剛度足夠大才能抵抗水平地震荷載，否則一旦受力過大，填充墻便容易破壞。

2.2 拉結(jié)筋在柔性連接中的應(yīng)用

柔性連接與剛性連接相比，最大的區(qū)別在于柔性連接可忽略或部分考慮填充墻剛度的影響，由于柔性連接工藝還未成熟，至此還未廣泛推廣。柔性連接方式主要可分三種：

(1)完全脫開。脫開后的縫隙中填滿隔熱、隔聲的柔性材料。此連接利于主體結(jié)構(gòu)形成塑性鉸，提升抗震能力，最大限度地保證填充墻不受主體結(jié)構(gòu)抵抗地震的影響。

(2)使用拉結(jié)筋相連接。填充墻與框架柱之間的隔開一定縫隙，縫隙寬度以20 mm為宜。

(3)填充墻與框架柱使用耗能減震器相連接。耗能減震器中的彈簧減震器可以耗散地震能量，以減小對填充墻的破壞，但施工難且造價高。

由于成本問題，工程中大多使用拉結(jié)筋拉結(jié)來實現(xiàn)柔性連接。目前主要采用預(yù)埋或者植筋的方式在框架柱中留出一定長度的鋼筋，通過與填充墻上的拉結(jié)鋼筋網(wǎng)片進行焊接，形成拉結(jié)或?qū)⑻畛鋲︻A(yù)留的鋼筋伸入框架柱內(nèi)，然后在填充墻與框架柱間的留縫處填充柔性材料，形成柔性連接。GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定[7]，拉結(jié)筋宜為2Φ6并應(yīng)沿框架柱全高每隔500 mm設(shè)置，且非抗震設(shè)計時，拉結(jié)筋伸入填充墻內(nèi)的長度≮600 mm；抗震設(shè)防烈度為6、7度時，不應(yīng)小于墻長的1/5且≮700 mm，8度時應(yīng)沿墻全長貫通。

3 拉結(jié)筋不同連接方式的抗震性分析

填充墻與框架柱之間的拉結(jié)筋連接以橫向拉結(jié)筋為主，只有部分試驗研究中采用斜向拉結(jié)的方式，其主要是承受地震荷載作用。剛性連接的填充墻是與框架柱緊密連接，形成墻-框結(jié)構(gòu)，其初始剛度較大，這不利于結(jié)構(gòu)的耗能，也不易形成延性破壞，在地震作用下，框架柱率先變形導(dǎo)致填充墻過早發(fā)生破壞。拉結(jié)筋柔性連接因連接處不僅設(shè)有拉結(jié)筋，而且填充了柔性材料，其初始剛度較低，利于塑性鉸的形成和加強耗能，出現(xiàn)延性破壞，因而該連接方式在地震作用中填充墻的抵抗變形能力較強，框架柱也能對其具有約束作用，使得填充墻不會因框架柱變形而過早破壞[8]。拉結(jié)筋破壞形式主要有受拉破壞和疲勞破壞兩種，在地震作用較大時，拉結(jié)筋因無法承受過大的水平地震力而產(chǎn)生受拉破壞，或是其受力次數(shù)過多則產(chǎn)生疲勞破壞。

4 結(jié)語

拉結(jié)筋連接在工程上運用廣泛，所帶來的經(jīng)濟效益也是其他連接方式不可比擬的，但由于施工與設(shè)計時，受到人為和環(huán)境因素的影響，拉結(jié)筋連接存在的一些問題還未能很好地解決。就施工方式而言，植筋法與預(yù)埋鋼筋法均存在一定問題。植筋法所使用的化學(xué)錨固劑具有一定的時效性，隨著時間的推移，其化學(xué)性能變化較大，而且植筋法在現(xiàn)場施工時容易因為清孔不徹底或是注膠不密實而出現(xiàn)施工質(zhì)量問題。預(yù)埋鋼筋法雖不存在上述問題，但無法保證拉結(jié)筋布設(shè)于指定位置，移位、漏埋現(xiàn)象時有發(fā)生。

對于拉結(jié)筋拉結(jié)的剛性連接與柔性連接，總體來講剛性連接比柔性連接做法簡單，更容易實現(xiàn)，其成本相對較低，初始剛度也相對較大，這也是剛性連接應(yīng)用較多的原因，但抗震性能較差，而且地震來臨時沒有預(yù)兆，不適合在抗震設(shè)防地區(qū)應(yīng)用。柔性連接抗震性能較強，延性較好，但做法及工藝還未成熟。

拉結(jié)筋在填充墻與框架柱連接中應(yīng)用廣泛，但技術(shù)還未成熟，拉結(jié)筋在連接處的質(zhì)量問題容易因施工或是材料原因而不滿足設(shè)計要求，需要在施工過程中加以完善；另一方面，拉結(jié)筋柔性連接抗震性能較好，如何實現(xiàn)可靠且經(jīng)濟的柔性做法是目前工程中迫切需要解決的問題。