吳 義 超
(肥西縣重點(diǎn)工程建設(shè)管理中心,安徽 合肥 231200)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步,推動(dòng)了建筑工程產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的全面轉(zhuǎn)型與升級(jí),越來越多的新技術(shù)開始應(yīng)用在建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)與施工過程中[1]??蚣芙Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工作為在建筑工程項(xiàng)目中重要的環(huán)節(jié),關(guān)系到整個(gè)建筑項(xiàng)目的穩(wěn)定性和建設(shè)質(zhì)量。鋼筋框架結(jié)構(gòu)在其中應(yīng)用非常廣泛,施工的主要目的是減少建筑空間給人們居住帶來的不便,提高建筑空間范圍的利用率[2]。通過屋頂、窗戶、地面等結(jié)構(gòu)的協(xié)同配合,科學(xué)合理地運(yùn)用建筑空間,在保證建筑工程安全性的同時(shí),有效提升建筑工程整體的施工水平與施工效率,滿足新時(shí)代人們對(duì)建筑的基本需求。但在實(shí)際工程項(xiàng)目的鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工過程中,部分施工節(jié)點(diǎn)由于工作人員的疏忽,未能嚴(yán)格按照施工規(guī)范對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)測與控制[3],包括框架模板的搭建順序不規(guī)范,應(yīng)用材料配比不合理,以及框架支撐結(jié)構(gòu)安裝位置誤差較大等。因此,研究一種高效、質(zhì)量可靠的鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù),已成為當(dāng)前建筑工程領(lǐng)域有關(guān)部門重點(diǎn)研究的課題[4]。基于以上背景,本文研究了一種建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù),以期提高建筑工程項(xiàng)目中鋼筋框架結(jié)構(gòu)的建設(shè)效率與施工質(zhì)量。
安徽省合肥市M 建筑項(xiàng)目共8 層,總高度為31.25 m,建筑面積約9 247 m2,建筑的室內(nèi)高差均為0.52 m[5]。根據(jù)建設(shè)單位的基本要求,確定該建筑采用鋼筋框架作為建筑的整體結(jié)構(gòu)布局。綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)的基本需求,確定了鋼筋框架結(jié)構(gòu)各個(gè)模塊體系的具體參數(shù),見表1。
表1 鋼筋框架結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)
本次施工選取的HRB500,HRB400 鋼筋材料物理力學(xué)性質(zhì)見表2。
表2 鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工材料的物理力學(xué)參數(shù)
根據(jù)上述參數(shù),設(shè)計(jì)鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù),確定科學(xué)的施工工序,組織工作人員有序開展施工,確保工程項(xiàng)目的建設(shè)效率與施工質(zhì)量[6]。
為了保證建筑工程整體的建設(shè)質(zhì)量,必須確保建筑滿足建設(shè)要求的垂直方向承載能力,鋼筋框架結(jié)構(gòu)作為建筑的支撐部分,需要對(duì)其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算與設(shè)計(jì)[7]。
在框架梁與鋼筋連接施工中,應(yīng)用灌漿套筒進(jìn)行連接。其中,腰筋附加長度必須≥鋼筋垂直方向受拉鋼筋搭接長度的70%,才能保證拼裝的規(guī)范性與穩(wěn)定性[8]。垂直方向受拉鋼筋搭接長度的計(jì)算公式為:
式(1)~式(3)中,s1為垂直方向受拉鋼筋搭接長度,mm;s2為受拉鋼筋的錨固長度,mm;μ1為垂直方向受拉鋼筋的修正系數(shù);μ2為鋼筋長度修正系數(shù);s3為受拉鋼筋的基本錨固長度,mm;ζ 為帶肋錨固鋼筋的外形系數(shù);B1為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)值,MPa;B2為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)值,MPa;t為帶肋錨固鋼筋的直徑,mm。鋼筋的拼裝連接施工是能夠使后續(xù)混凝土澆筑高效、穩(wěn)定進(jìn)行的重要環(huán)節(jié),為了確保建筑結(jié)構(gòu)的承載性能符合要求,必須按照規(guī)定搭接長度,完成各個(gè)節(jié)點(diǎn)的拼裝[9]。
根據(jù)鋼筋框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求,本次施工項(xiàng)目設(shè)計(jì)兩種鋼筋混凝土框架梁,設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。
表3 鋼筋混凝土框架梁設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)上述參數(shù)和現(xiàn)場實(shí)際情況,設(shè)計(jì)鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)的執(zhí)行方案,具體的施工工藝流程如下。
施工前,為了保證工程項(xiàng)目的順利開展,根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,應(yīng)進(jìn)行鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工前的準(zhǔn)備工作[10]。管理人員需檢查施工現(xiàn)場,將施工場地及其周邊的垃圾、樹枝等雜物清理干凈,保證施工場地的整潔度;對(duì)施工機(jī)械、機(jī)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行完好度檢查,并根據(jù)事先設(shè)計(jì)的施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整[11];檢驗(yàn)鋼筋、混凝土等施工材料的基本性能是否符合要求,以保證項(xiàng)目質(zhì)量;按照鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)圖紙,利用全站儀、經(jīng)緯儀等頂點(diǎn)設(shè)備,開展放線測量作業(yè),保證后續(xù)施工材料安裝位置的精準(zhǔn)性。
鋼筋節(jié)點(diǎn)包括縱向受拉鋼筋、鋼筋連接、鋼筋安裝及鋼筋綁扎等一系列過程,是一種綜合的梁、板、柱及錨固件等結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)。按照設(shè)計(jì)圖紙和確定好的縱向受拉鋼筋錨固長度,應(yīng)用鋼筋連接技術(shù),搭建鋼筋框架。梁與板的鋼筋連接,需要按照三等分的方式,對(duì)兩端的支座進(jìn)行連接,以提升梁板鋼筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在鋼筋綁扎過程中,鋼筋相交點(diǎn)不得出現(xiàn)鋼筋位移、松扣、漏扣的情況,確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)綁扎牢固。柱主筋與箍筋的非轉(zhuǎn)角節(jié)點(diǎn),應(yīng)用纏扣方式進(jìn)行綁扎;鋼筋梁上側(cè)的縱向筋,與箍筋的非轉(zhuǎn)角節(jié)點(diǎn),應(yīng)用套扣方式綁扎;鋼筋板應(yīng)用順扣方式綁扎。鋼筋架構(gòu)安裝完成后,必須按照設(shè)計(jì)好的橫向、豎向間距進(jìn)行固定,以提高鋼筋框架的穩(wěn)定性。在鋼筋框架固定過程中,工作人員需要注重整體架構(gòu)的偏心控制,將相鄰的鋼筋柱配合相應(yīng)的柱下條基,使之與樓板的中心重合,可以提升框架的抗彎性,保證施工強(qiáng)度與施工質(zhì)量。
在鋼筋框架結(jié)構(gòu)中,關(guān)鍵傳力部分的受力情況較為復(fù)雜。該工程項(xiàng)目要求建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性與抗風(fēng)性[12],相關(guān)部門需要對(duì)項(xiàng)目所在地的地震載荷展開分析,按照建筑項(xiàng)目框架結(jié)構(gòu)的承載能力與地震載荷成正比的基本要求,應(yīng)用混凝土保護(hù)層施工技術(shù),使鋼筋框架結(jié)構(gòu)最大荷載,以滿足抗震要求[13]。在完成鋼筋框架結(jié)構(gòu)的固定時(shí),應(yīng)按照設(shè)計(jì)的混凝土材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行澆筑、振搗。鋼筋樓板的混凝土澆筑應(yīng)從一側(cè)向另一側(cè)逐層進(jìn)行施工,勻速澆筑,澆筑厚度略大于樓板厚度。完成樓板澆筑后,對(duì)鋼筋梁、柱進(jìn)行澆筑,需按照“強(qiáng)柱弱梁”的澆筑原則,確保鋼筋梁結(jié)構(gòu)首先出現(xiàn)塑性鉸現(xiàn)象,以提高鋼筋柱結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。這種澆筑策略,可以使鋼筋框架結(jié)構(gòu)在地震作用下,鋼筋柱平面的對(duì)角線方向與地震方向基本一致,以提高整體建筑結(jié)構(gòu)的抗震性與承載力。完成鋼筋梁、柱澆筑后,需要配合相應(yīng)的振搗工藝技術(shù)。為了提升框架結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度,可以采用平板式振搗器,并根據(jù)“快插慢拔”的原則,在混凝土中插入振搗棒。按照每50 cm 一個(gè)振搗間距進(jìn)行勻速推進(jìn)。為防止混凝土在振搗過程中由于空氣影響而收縮干裂,必須在混凝土接近初凝前進(jìn)行第二次振搗壓實(shí),并做好混凝土表面的處理工作。
為檢測該建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)的可行性與應(yīng)用效果,設(shè)計(jì)有限元仿真運(yùn)行試驗(yàn),對(duì)該工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)的抗震性能、承載性能進(jìn)行檢測與分析。在軟件中,分別輸入該項(xiàng)目所有構(gòu)件的參數(shù)條件,包括頂壓梁、側(cè)壓梁、鋼筋、混凝土,以及錨桿固定等,建立鋼筋框架結(jié)構(gòu)的有限元模型,進(jìn)行仿真試驗(yàn)。
引入SV 波的波形,分別按照200 m/s,250 m/s,320 m/s 的施工現(xiàn)場剪切波速,導(dǎo)入到該項(xiàng)目的有限元模型中,進(jìn)行仿真運(yùn)行,并檢測和分析其抗震性能。為了更加直觀地了解地震地質(zhì)條件對(duì)建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)的影響,引入地震波波速對(duì)鋼筋框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移幅值的影響系數(shù),計(jì)算公式為:
式(4)中,Ψz為SV 波波形的剪切波速為zm/s 時(shí)的鋼筋框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移幅值,mm;?0為SV 波波形的剪切波速為180 m/s 時(shí)的鋼筋框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移幅值,mm。隨機(jī)選取該結(jié)構(gòu)的3 個(gè)頂點(diǎn)作為觀測樣點(diǎn),按照式(4)計(jì)算3 個(gè)樣點(diǎn)在不同剪切波速的條件下對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)位移幅值影響系數(shù),進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果見表4。
表4 鋼筋框架結(jié)構(gòu)的抗震性能檢測結(jié)果
由表4 可知,對(duì)于隨機(jī)的3 個(gè)鋼筋框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn),在同一地震波的相同剪切波速下,觀測點(diǎn)的位移幅值影響系數(shù)較為接近。表明隨著地震波剪切波速的增加,鋼筋框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的位移幅值的變化幅度基本一致,具有相對(duì)穩(wěn)定性。在剪切波速不斷增加的情況下,單一觀測點(diǎn)的位移幅值影響系數(shù)逐漸增加,表明地震對(duì)建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在一定程度的影響。但是,在SV 波波形剪切波速高達(dá)320 m/s 的條件下,3 個(gè)觀測樣點(diǎn)的頂點(diǎn)位移幅值影響系數(shù)仍低于5.0,在實(shí)際工程的抗震標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),具有穩(wěn)定性與良好的抗震能力。
在該有限元模型中,可以固定1 塊鋼板在框架梁的自由端,并將鋼板的荷載直接施加在鋼筋梁上。同時(shí),設(shè)定加載接觸面與鋼板的平面耦合,對(duì)接觸面施加垂直方向的位移荷載,荷載大小為建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開裂加載力即24.5 kN,模擬加載工況,計(jì)算加載過程中鋼筋框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的最大裂縫寬度,以此分析建筑項(xiàng)目的承載性能。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010—2012 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,應(yīng)計(jì)算在長期荷載效應(yīng)下建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度,并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì),計(jì)算公式為:
式(5)中,ι為鋼筋與混凝土的彈性模量比;v為在長期作用影響下鋼筋框架結(jié)構(gòu)的裂縫寬度擴(kuò)大系數(shù),本次試驗(yàn)取值1.5;K2為鋼筋框架結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度,MPa;C2為鋼筋框架結(jié)構(gòu)的二次強(qiáng)化剛度,N·m;ρ為鋼筋框架結(jié)構(gòu)最大力總伸長率與斷后伸長率的比值。在鋼筋框架結(jié)構(gòu)中,隨機(jī)選取10 處加載面進(jìn)行仿真運(yùn)行,按式(5)計(jì)算10 處加載面在垂直荷載長期作用下的最大裂縫寬度,具體結(jié)果如圖1 所示。
圖1 垂直荷載長期作用下的最大裂縫寬度
由圖1 可知,對(duì)于隨機(jī)10 處鋼筋框架結(jié)構(gòu)加載面,在設(shè)計(jì)開裂加載力的垂直長期作用下,最大裂縫寬度的最大值為0.25 cm,低于實(shí)際工程的最低標(biāo)準(zhǔn)要求2.0 cm,具有良好的抗變形能力與承載能力,可以保證鋼筋框架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量,為相關(guān)施工部門提供了可靠的框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)參考。
在城市化建設(shè)不斷推進(jìn)的背景下,建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)數(shù)量不斷增加。但在建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工過程中,由于一些不規(guī)范的操作,造成施工過程反復(fù)調(diào)整或施工后返工,導(dǎo)致延誤施工進(jìn)度,浪費(fèi)大量建筑材料,增加施工成本,不利于建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)的高效、穩(wěn)定施工與建設(shè)。基于此,本文研究了一種建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù),采用鋼筋連接技術(shù),搭建鋼筋框架;應(yīng)用混凝土保護(hù)層施工技術(shù),使鋼筋框架結(jié)構(gòu)最大荷載,以滿足抗震要求。通過嚴(yán)格的技術(shù)執(zhí)行和質(zhì)量控制,可以保證鋼筋框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提升建筑質(zhì)量。這不僅對(duì)當(dāng)前的鋼筋框架建筑項(xiàng)目非常重要,同時(shí)也為其他框架建筑項(xiàng)目提供了一定的參考和借鑒。