一種梁柱節(jié)點不同強度等級混凝土的隔離工裝

毛建康 馮曉建 袁 俊

浙江省三建建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310016

近年來，我國高層住宅建筑項目發(fā)展迅速，其中不乏采用框架、框架-剪力墻或框架-核心筒等建筑結(jié)構(gòu)形式的案例?？蚣芙Y(jié)構(gòu)作為主要的抗側(cè)力體系，其梁柱節(jié)點的施工質(zhì)量直接影響整體建筑的抗震性能與結(jié)構(gòu)安全[1-2]。為保證高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，滿足相應(yīng)的抗震設(shè)防要求，往往有一系列的設(shè)計原則，如“強柱弱梁”“強節(jié)點、弱構(gòu)件”等[3-4]。

因此，框架結(jié)構(gòu)中，梁或板的混凝土強度等級一般低于結(jié)構(gòu)柱或墻，且要求在梁柱節(jié)點核心區(qū)混凝土澆筑時，不同強度等級的混凝土不得發(fā)生混澆，這對梁柱節(jié)點的混凝土攔截工藝提出了一定挑戰(zhàn)。

針對該問題，有不少學(xué)者提出了針對性舉措。

俞菱慶等[5]針對節(jié)點區(qū)混凝土澆筑難題，提出采用密目鋼絲網(wǎng)的隔離措施，并通過施工質(zhì)量控制措施，在案例項目節(jié)點加固方案中取得了理想的實施效果。

李科君等[6]針對傳統(tǒng)鋼絲網(wǎng)攔截存在的效果不佳問題，提出一種不同強度等級混凝土隔離的快插板技術(shù)，可實現(xiàn)操作便捷、隔離效果好的目標。

劉棟[7]提出了一種裝置簡單、可周轉(zhuǎn)應(yīng)用的節(jié)點區(qū)混凝土攔截裝置。此外，也有學(xué)者提出基于氣囊的梁柱節(jié)點混凝土隔離措施[8]。

綜上可知，關(guān)于框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點區(qū)不同混凝土澆筑隔離方法的技術(shù)裝置已有不少研究，但仍有進一步優(yōu)化的空間[9-12]。本文基于項目實際，考慮取材便捷、經(jīng)濟實惠以及使用簡單等因素，因地制宜地對傳統(tǒng)隔離裝置進行優(yōu)化設(shè)計，達到了理想的效果。

1 工程概況

杭州市某高層住宅項目共包括10個單體以及一個大的地下室，總建筑面積約130 000 m2，結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻，建筑總高度約70 m。項目為打造優(yōu)質(zhì)的商品住宅建筑工程，擬在保證工期與安全的前提下，對建造質(zhì)量提出了較高要求。

其中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式中存在著大量的梁柱節(jié)點施工，梁混凝土強度等級為C30，柱混凝土強度等級為C50、C45、C40不等，節(jié)點區(qū)不同等級的混凝土不得混澆，需要嚴格落實隔離措施，保證“強柱弱梁”理念的實現(xiàn)。

2 項目難點分析與解決思路

2.1 難點分析

本工程各單體均為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，梁柱尺寸、混凝土強度等級種類較多。框架梁尺寸有400 mm×750 mm、450 mm×750 mm、550 mm×1 150 mm、600 mm×1 300 mm等類型，框架柱尺寸有800 mm×1 000 mm、800 mm×1 100 mm、1 100 mm×1 100 mm、1 200 mm×1 200 mm等類型?？蚣苤炷翉姸鹊燃塁50、C45、C40，框架梁混凝土強度等級C30。

根據(jù)JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求：結(jié)構(gòu)柱、墻混凝土設(shè)計強度等級高于梁、板混凝土設(shè)計強度等級時，應(yīng)在交界區(qū)域采取分隔措施。分隔位置應(yīng)在低強度等級的構(gòu)件中，且與高強度等級構(gòu)件邊緣的距離不宜小于500 mm。

應(yīng)先澆筑高強度等級混凝土，后澆筑低強度等級混凝土。節(jié)點要求如圖1所示。而國家建筑標準設(shè)計圖集17G101-11《G101系列圖集施工常見問題答疑圖解》也指出：柱與梁板的混凝土強度等級相差在兩級以上時，為滿足梁柱節(jié)點區(qū)抗剪與抗豎向荷載要求，節(jié)點區(qū)的柱、梁板混凝土應(yīng)在交界處采取分隔措施。

圖1 梁柱節(jié)點混凝土施工大樣

據(jù)此，需對本工程柱、梁混凝土強度等級相差在兩級以上的部位采取分隔措施，涉及的單體有4個，約600根柱，共計需處理節(jié)點澆筑部位逾2 000個。

2.2 解決思路

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，梁柱核心區(qū)攔網(wǎng)措施通常為在梁柱不同強度等級混凝土交界部位采用鐵絲網(wǎng)綁扎在梁箍筋上，來對柱高強度混凝土進行攔截分隔。但通過對某單體地下室的統(tǒng)計及其他項目實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，梁柱核心區(qū)的混凝土分隔觀感合格率僅為62%、72%、77%，表明通過常規(guī)做法不能很好地實現(xiàn)梁柱混凝土的分隔，拆模后混凝土的觀感也比較差，是結(jié)構(gòu)施工期間需要重點把控的質(zhì)量難點。

為良好實現(xiàn)不同混凝土強度等級梁柱混凝土分隔，保證梁柱核心區(qū)拆模觀感合格率達到85%以上，本文擬在既有隔離工具（圖2）的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化創(chuàng)新，即借鑒采用鋼筋焊接成定型工具與鋼絲網(wǎng)搭配形成攔截工具的思路，對其進行適應(yīng)性改造，以實現(xiàn)更高效的利用。

圖2 原梁柱節(jié)點混凝土隔離工具設(shè)計

3 工裝設(shè)計要點

3.1 尺寸規(guī)格分析

依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，對涉及梁柱節(jié)點混凝土分隔部位的4個單體的框架梁進行尺寸、數(shù)量統(tǒng)計，分析攔截工具骨架尺寸及需配置的套數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計，梁寬尺寸共5種，梁高尺寸共8種，若將工裝依據(jù)梁的寬度和高度進行設(shè)計，則需要配備的不同規(guī)格達40種，而按照梁寬和固定高度進行配置時，則可減少規(guī)格至32種，更便于現(xiàn)場實際應(yīng)用。因此，工裝尺寸規(guī)格擬按照梁寬和固定高度的形式進行方案設(shè)計。

3.2 連接形式對比

原有工具中的立桿和把手均與橫桿采取焊接連接形式，且橫桿兩端也與立桿焊接固定。這種焊接式的工裝既不便于攜帶，也導(dǎo)致一種骨架僅可用于一種梁內(nèi)，且骨架立桿易與梁筋位置沖突造成插接困難。為此，擬在取消把手設(shè)計的基礎(chǔ)上，在立桿端頭焊接短管，可套入橫桿內(nèi)形成滑動，而橫桿的一端焊接短鋼筋堵頭，另一端則設(shè)計為開敞形式。該滑動式工裝攜帶方便，易于拆卸，可根據(jù)現(xiàn)場梁筋具體位置調(diào)整立桿位置，增減立桿數(shù)量，適用范圍廣、實用性強（圖3）。

圖3 立桿與橫桿的連接形式優(yōu)化

3.3 骨架材質(zhì)選用

對于骨架材質(zhì)的選用，現(xiàn)場有2種方案，即鋼筋與鋁方管。經(jīng)試驗比較可知，現(xiàn)場鋼筋廢料眾多，材料易得，連接方便，且圓形截面鋼筋易于在梁鋼筋及混凝土中插拔，而現(xiàn)場結(jié)構(gòu)施工階段的鋁材較少，材料需單獨購買，同時鋁方管剛度較低、截面尺寸較大，在梁鋼筋及混凝土中插拔不易，故以鋼筋作為骨架材質(zhì)更符合實際情況。同時，對比螺紋鋼與圓鋼，螺紋鋼雖在混凝土中插拔較為費力，但能直接進行鋼骨架加工制作，且材料易得，剛度大，可操作性相比圓鋼更強。最后，在螺紋鋼直徑確定方面，在滿足骨架鋼筋剛度的前提下，直徑φ14 mm的鋼筋骨架質(zhì)量約11 kg，質(zhì)量適中，滿足實際使用要求。

3.4 鋼絲網(wǎng)型號確定及使用

采購市場上不同規(guī)格的鋼絲網(wǎng)進行檢驗對比，并在施工現(xiàn)場進行試驗進一步對比。分析可知，絲徑0.005 mm、孔徑4 mm的鋼絲網(wǎng)柔軟，孔徑極易變形，輕剪即斷，現(xiàn)場實施時邊界封邊不嚴，極易漏漿。而絲徑0.35 mm、孔徑2.5 mm的鋼絲網(wǎng)較硬，孔徑不易變形，且現(xiàn)場實施時綁扎簡易，邊界封邊嚴密，漏漿較少，能夠更好地實現(xiàn)混凝土攔截效果。因此，鋼絲網(wǎng)型號確定為絲徑0.35 mm、孔徑2.5 mm。

鋼絲網(wǎng)在實際使用時有2種方法：方案1是先插入鋼骨架，再將絲網(wǎng)與鋼骨架綁扎〔圖4（a）〕；方案2是先將絲網(wǎng)與梁鋼筋綁扎好后，再插入鋼骨架〔圖4（b）〕。經(jīng)試驗分析認為，鋼骨架的作用為加強鋼絲網(wǎng)的背襯，減輕鋼絲網(wǎng)受混凝土沖擊的變形，更好地解決側(cè)面、底面的漏漿問題。經(jīng)實際驗證，2種方式對混凝土分隔效果無差別，但方案2操作簡便，省時高效。

圖4 鋼筋錨固形式

圖4 鋼絲網(wǎng)的使用方式

4 應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

4.1 生產(chǎn)方案

1）分析各框架梁特點，梁寬共5種（400～600 mm），梁高共8種（650～1 000 mm，1 150 mm、1 300 mm）。由于本設(shè)計立桿為滑動形式，故橫桿長度統(tǒng)一設(shè)定為600 mm。立桿設(shè)計2種形式，分別為立桿高1 000 mm（通用梁高650～1 000 mm情況）、立桿高1 300 mm（通用梁高1150、1 300 mm情況）。因此，鋼筋骨架僅需生產(chǎn)2種類型，制作簡便、實用性強。

2）根據(jù)梁上、下排縱筋根數(shù)（5～9根）、梁尺寸及現(xiàn)場實際試驗，確定立桿根數(shù)9根為宜。經(jīng)適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計后，形成的工裝結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

圖5 梁柱節(jié)點混凝土隔離工具優(yōu)化形式

4.2 滑動構(gòu)造制定

1）收集現(xiàn)場可用合適封堵材料：D N 2 5（壁厚3.2 mm）、DN32/DN40（壁厚3.5 mm）、DN50（壁厚3.8 mm）焊接鋼管。

2）套管選型：根據(jù)套管、鋼筋骨架規(guī)格進行套用滑動，DN25焊接鋼管最適宜。

3）套管寬度：經(jīng)現(xiàn)場管材切割，套用試驗，套管寬度2 cm時為宜。

4.3 骨架與鋼絲網(wǎng)選用

1）到施工現(xiàn)場鋼筋廢料池挑選直徑14 mm的螺紋鋼筋，長度≥1 m的10根，長度≥1.3 m的10根，并在鋼筋加工區(qū)切割加工整齊。

2）選擇絲徑0.35 mm、孔徑2.5 mm鋼絲網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商，保證鋼絲網(wǎng)材料質(zhì)量良好，容易裁剪。

3）預(yù)先對材料進行報樣檢查，對材料進行進場驗收。

4.4 應(yīng)用流程

根據(jù)工具特點及現(xiàn)場實際，進行工具使用現(xiàn)場交底，形成規(guī)范、可操作性強的工具使用操作流程：量尺裁切鋼絲網(wǎng)→梁內(nèi)綁扎鋼絲網(wǎng)→梁底鋼絲網(wǎng)加強→插入鋼筋攔截工具→澆筑梁柱節(jié)點混凝土→澆筑梁剩余混凝土→初凝后拔出攔截工具。

5 實施效果

1）通過將梁柱節(jié)點混凝土隔離工具優(yōu)化形式應(yīng)用于工程施工過程中，梁柱節(jié)點部位混凝土形成了比較清晰的分割效果，符合圖紙規(guī)范要求，提高了工程質(zhì)量和觀感效果，經(jīng)小組統(tǒng)計，已實施的梁柱節(jié)點拆模觀感合格率約為91%，實現(xiàn)了預(yù)期的質(zhì)量目標。

2）本方案施工過程中，通過設(shè)計優(yōu)化、合理施工，對梁柱節(jié)點攔截措施的施工效率提高有很大促進，簡化了施工步驟，提高了施工質(zhì)量，得到了相關(guān)單位的認可。

6 結(jié)語

隨著我國城市化進程的推進，越來越多的高層住宅建筑將得到建設(shè)和發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的抗側(cè)力組成部分，憑借其平面布置靈活、自重輕以及利于抗震等優(yōu)勢，在住宅項目設(shè)計中占據(jù)重要的應(yīng)用地位。而對于框架結(jié)構(gòu)而言，梁柱節(jié)點核心區(qū)的混凝土澆筑質(zhì)量直接決定了框架整體的抗震性能與結(jié)構(gòu)安全。

針對梁柱節(jié)點不同強度等級混凝土的隔離澆筑需求，傳統(tǒng)采用的快易收口網(wǎng)等隔離方法仍存在混凝土“混澆”的現(xiàn)象，無法有效保證強柱弱梁設(shè)計理念的實現(xiàn)，影響建筑最終的抗震效果。本文結(jié)合相關(guān)隔離裝置的研究現(xiàn)狀，考慮工程現(xiàn)場實際條件，因地制宜地對既有工裝進行優(yōu)化設(shè)計，提出了一種創(chuàng)新的梁柱節(jié)點混凝土攔截工具。經(jīng)本工程實際應(yīng)用證明，此方法能有效分隔梁柱不同強度等級的混凝土，特別是有效攔截了梁兩側(cè)及底部的混凝土，實現(xiàn)了預(yù)期的目標，有力地保證了建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能與結(jié)構(gòu)安全。