建筑工程鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

吳 義 超

（肥西縣重點(diǎn)工程建設(shè)管理中心，安徽 合肥 231200）

0 引言

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。

1 工程概況

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]。

2 計(jì)算施工參數(shù)

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]。

2.1 計(jì)算鋼筋搭接參數(shù)

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]。

2.2 確定鋼筋混凝土框架梁參數(shù)

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)

3 鋼筋框架結(jié)構(gòu)施工工藝

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。

3.1 施工準(zhǔn)備

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。

3.2 鋼筋節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

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。

3.3 混凝土保護(hù)層施工技術(shù)

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。

4 施工質(zhì)量檢測與分析

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)。

4.1 抗震性能分析

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。

4.2 承載性能分析

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。

5 結(jié)語

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。