高層建筑工程梁柱不同強度等級混凝土的設計與施工

【摘要】本文通過對高層建筑鋼筋混凝土結構工程中梁柱節點的設計要求和原則進行深入闡述和分析，充分認識到梁柱節點在結構中的重要作用，以及如何在施工中通過有效的技術措施確保該部位不同標號混凝土施工質量。

【關鍵詞】高層建筑；節點；不同標號；混凝土；強度等級

隨著科技的進步，高層及超高層建筑工程越來越多，為確保結構安全及建筑使用功能，豎向構件混凝土結構構件需要較高的強度等級，即設計時所遵循的“強柱弱梁、強節點”的原則，同時，現澆鋼筋混凝土梁柱節點是結構的關鍵部位，它聯系著上下柱，起著傳遞、分配內力和保證整體性的作用，是框架傳力的樞紐。節點一旦破壞，使結構受力處于一個極不利的狀態，甚至導致坍塌。但在施工時梁柱節點混凝土澆筑存在很大難度，并易產生質量缺陷，因此為確保澆筑質量，需要采取有效的技術措施和管理方法，無論從設計方面還是施工方面都應嚴格控制。

一、梁柱節點不同強度等級混凝土設計

在建筑工程設計時的基本原則是“強剪弱彎、強柱弱梁、更強節點”：所謂強剪弱彎就是使鋼筋混凝土構件中與正截面受彎承載能力對應的剪力低于該構件斜截面受剪承載能力的設計要求，使結構構件在發生受彎破壞前不先發生剪切破壞，用以改善構件自身的抗震性能。彎曲破壞”是延性破壞，是有預兆的--如開裂或下撓等，而“剪切破壞”是一種沒有預兆的脆性的破壞，應該予以避免。強柱弱梁就是控制梁柱的相對強度，要控制梁、柱的相對強度，使塑性鉸首先在梁中出現，盡量避免或減少在柱中出現。因為塑性鉸在柱中出現，很容易形成幾何可變體系而倒塌；更強節點就是節點受剪承載力不得低于梁端和柱端的屈服承載力。一般為了滿足結構延性、強柱弱梁、強節點、軸壓比要求。

特別在地震地區，在建筑設計中要求加強結構的抗震能力，達到國家提出的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。如果發生地震時，結構能維持承載能力而又具有較大的塑性變形能力，就稱為延性結構。在地震區不但當設計延性結構，而且梁柱節點也應當具有足夠大的延性。對梁柱節點區混凝土強度等級的設計除滿足承擔上部荷載的同時，并應達到強節點、強錨固的構造要求。其作用就是要提高建筑物的抗震能力。

軸壓比是抗震概念設計的一項指標。建筑抗震設計規范（50011-2010）中6.3.7和混凝土結構設計規范（50010-2010）中11.4.16都對柱軸壓比規定了限制，限制軸壓比主要是為了控制結構的延性。軸壓比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱的破壞呈脆性。簡單地說，柱軸壓比越大，配筋也相應會很大。一般在抗震設計中，要控制軸壓比的上限，也就是要控制柱的軸力不能太大，過大的話要通過加大柱的面積來減小軸壓比以滿足規范限值。但軸壓比是通過試驗及實際地震破壞情況得來的，發現軸壓比低的柱子延性比較好，地震的破壞程度遠小于軸壓比高的柱子。因此規范設置了軸壓比上限，以保證柱子的延性，提高抗震性能。但設計時還要控制柱截面不要過大，以滿足建筑物功能性要求，柱子采用較高強度等級的混凝土是一種必然選擇。而對于以受彎為主的樓層梁板，過高的混凝土強度等級確實不需要且不適宜的，前者指對其抗彎承載力的貢獻不明顯，后者則指對構件承受非荷載應力（混凝土收縮應力、溫度應力等）不利，當然也不經濟。《高層建筑混凝土結構技術規程》第6.1.9條也做了如下規定：“現澆框架梁的混凝土強度等級不宜高于c40”，一般高層建筑梁板混凝土設計強度等級為C25至C35。由此可見，高層建筑混凝土結構的柱混凝土設計強度高于梁板的設計強度必然存在，而且隨著建筑物高度的增大，高層建筑的下部結構梁柱混凝土的設計強度差距會越大。

二、梁柱節點不同強度等級混凝土的施工方法

1.不同等級混凝土鄰接面的留設方法

梁柱節點不同混凝土標號時，通常的施工方法是：梁板與柱混凝土標號相差較小時，可以按柱子的混凝土標號同時澆筑柱、梁和樓板的混凝土；當框架柱與框架梁的混凝土強度等級相差較大時，如采用框架梁混凝土強度等級澆筑時，節點核心區混凝土的強度等級就會低于框架柱混凝土強度等級，抗剪能力就會下降甚至嚴重不足，影響結構安全?？梢韵葷仓?，再澆筑梁、次梁和板混凝土?？梢园匆韵路椒粼O鄰接面：

（1）框架柱混凝土強度等級高于框架梁、板的混凝土強度等級不超過二級時，但節點四周均有框架梁時，節點核心區可按框架梁、板的混凝土強度等級同時澆筑。柱子水平施工縫可以留設在柱子根部，梁柱之間不設置鄰接面，而是一次澆筑成型。

（2）當柱子混凝土強度等級比梁板混凝土強度等級超過兩級時，梁柱節點核心區需設置鄰接面，柱子需單獨澆筑，再澆筑梁、次梁和板混凝土。鋼筋混凝土框架結構，水平施工縫通常留于柱腳，柱頂若要留水平施工縫則應留于梁底。節點區不同標號的混凝土鄰接面按以下方法留設：在梁鋼筋綁扎完成沉梁后，用收口網在梁頭附近封閉，收口網的位置圖紙應標注，用柱混凝土標號的混凝土澆梁注節點，后用梁混凝土標號混凝土澆梁板。收口網上口距柱子邊h/2（h為梁高），下口為喇叭口，收口網與梁成45度。也可以采用在鄰接面設置鋼筋插筋。

2.梁柱不同強度等級混凝土的施工

（1）梁柱節點隨同樓面一同澆筑

梁柱節點處不同強度等級同采用分別澆搗的施工方法，給施工帶來不便，且容易形成鄰接面的施工冷縫，故當柱子混凝土強度等級高于梁板混凝土強度等級不超過二級時（10N/MM2），可考慮梁柱節點處的混凝土隨同梁板一起澆搗或柱子、梁、板一同澆筑。但梁板及梁柱節點混凝土標號應隨柱子混凝土標號。

（2）梁柱節點隨柱子一同澆筑

根據高層建筑多數使用商品混凝土或現場攪拌站泵送澆搗的情況，施工操作面一般采用布料機進行布料，先澆筑柱子混凝土，分層振搗密實，當混凝土面澆筑至梁柱節點區域，進行第一次振搗，梁柱節點混凝土澆筑高度應略高于設計高度。在柱子混凝土初凝前，隨之泵送澆筑樓面梁板的混凝土，并對梁柱節點混凝土進行二次振搗。

三、不同強度等級混凝土梁柱節點處易產生的缺陷及控制措施

梁柱節點部位配筋比較集中，混凝土強度等級與梁板存在這較大差距，施工難度很大，如果措施不到位，往往會產生裂縫、混凝土振搗不密實、鋼筋保護層過小等質量缺陷，這些缺陷或多或少地會對結構安全產生影響，因此，需要在施工中加強過程控制，制定出科學的技術組織措施，確保施工質量。

1.不同強度等級混凝土梁柱節點處易產生的缺陷及原因分析

（1）梁柱節點不同混凝土強度等級處產生裂縫

梁柱節點處混凝土產生裂紋或裂縫原因是多方面的，其具體原因是：

①梁柱節點處，混凝土的強度等級相差較大，不同強度等級的混凝土，其配合比、水泥用量，水灰比、坍落度、用水量都不同，柱子體積大，水泥用量多，產生的水化熱高，高低強度等級混凝土的收縮有差異，所以在其交界附近容易產生裂縫。②柱子截面大，剛度大，梁的截面相對較小，受柱子的強度約束，梁混凝土的收縮受限制，也容易產生裂縫。③梁柱節點部位鋼筋較為密集，在鋼筋重疊情況下，部分面筋保護層減小，以致混凝土表面產生裂紋或裂縫。

（2）混凝土振搗不密實

混凝土振搗不密實，主要有以下原因：

①上部面筋過于密集，混凝土無法澆筑，振動棒難以插入，不僅下部柱子混凝土密實度受到影響，梁柱節點也產生漏振死角。②混凝土級配不良，坍落度過小，石子粒徑過大，混凝土難以下落。③技術和管理措施不到位。

（3）鋼筋保護層過小

梁柱鋼筋保護層過小幾乎成為了一個質量通病，主要原因是下料時精確度不夠，計算不合理，沒有對梁筋按設計或規范采取彎折措施，或者彎折錯位。

2.不同強度等級梁柱節點處質量缺陷的控制措施

根據上述原因分析，采取改進的具體措施如下：

（1）裂縫控制措施

①嚴格控制配合比設計，在滿足強度等級及可泵性的條件下，對柱子混凝土，減少水泥用量，減少含砂率、增加石子含量、適當減小石子粒徑、控制坍落度、減少用水量，并對粉煤灰和外加劑的用量也需作相應的調整。②點處應先澆筑高標號混凝土再澆筑低標號混凝土，并嚴格控制在先澆柱混凝土初凝前繼續澆搗梁板的混凝土，以使鄰接面混凝土結合緊密。③梁板的混凝土采用二次振搗法，即在混凝土初凝前再振搗一次，增強高低強度混凝土交接面的密實性，減少收縮。

（2）混凝土不密實的控制措施

①技術措施要到位。在澆筑前應如何確保柱子及梁柱節點混凝土質量制定出科學有效的控制措施，如在梁兩側留設振搗口及送料口，下部混凝土振搗密實后，進行封堵，再澆筑上層混凝土?；虿捎眉娱L小型振動棒進行振搗，使振動棒有效插入到每一個部位等。②混凝土應分層澆筑分層振搗，嚴格控制振搗間距（振動棒輻射半徑）及時間，不留死角。

四、結語

高層建筑的梁柱節點處，設計當中經常會出現柱混凝土強度等級比同一層梁板高的情況，以提高結構延性，達到強柱弱梁強節點的目的，通常的施工方法是先澆節點處混凝土強度等級高的核心部分，然后于初凝前再澆梁板混凝土。只要采取的切實可行的針對性措施，并組織到位，梁柱節點高低強度等級混凝土交界處質量缺陷將會得到有效控制或避免。

參考文獻：

[1] 胡名凱，金海軍. 不同等級混凝土的框架節點施工[J]. 西部探礦工程. 2001（S1）.

[2] 楊建江，郝志軍. 鋼梁-鋼筋混凝土柱節點在低周反復荷載作用下受力性能的試驗研究[J]. 建筑結構. 2001（07）.

[3] 李視令，梁發云. 鋼筋混凝土框架梁柱節點的抗震加固[J]. 建筑技術. 2001（06）.