高層建筑框架梁柱節點的強度驗算和施工處理

周雙喜

黑龍江國際工程技術合作公司

高層建筑框架梁柱節點的強度驗算和施工處理

周雙喜

黑龍江國際工程技術合作公司

隨著我國建筑行業的飛速發展，我國建筑水平已經有了很大程度的提高。與此同時，對高層建筑框架梁柱節點區混凝土澆筑的承載力的要求，成為了建筑工程中比較難解決的問題。本文通過對《高層建筑混凝土結構技術規程》的介紹，提出對于高層建筑框架梁柱節點的強度驗算和施工方法，旨在為我國建筑行業的發展提供參考。

高層建筑；框架梁柱；強度驗算

通過對《高層建筑混凝土結構技術規程》的分析我們可以知道，該規程對我國框架梁柱節點區混凝土的設計和澆筑做了詳細的說明。當柱混凝土的設計強度高于梁、樓板的設計強度時，就必須對梁柱節點混凝土施工采取相應的有效措施；高層建筑與不同強度的梁、柱的結構需要跟有關部門進行研究和商討才能確定；設計人員在進行抗震功能的設計時，可以對一級、二級的框架的核心部分按照相關的規定進行抗震的驗算；對三、四級框架節點以及各項抗震等級的頂端核心區，可以不進行驗算。梁柱的節點如果比較多的情況下，必須要對其進行仔細的驗算，并對其采取有效的措施，保證工程的穩定性。

一、高層建筑混凝土結構設計和施工中的現實題目

（一）在高層建筑的設計中，不僅要滿足柱軸壓比的要求，也要控制好柱截面的大小。所以柱子必須要采用高強度的混凝土制造。對于樓層梁板的抗彎承載能力，過高的混凝土強度的登記對其來說是不必要的。前者對于抗彎的承載能力是不必要的，后者對于構件的承受非荷載應力效果也不顯著。所以針對這個情況，《高規》中對現澆框架梁的混凝土的強度做了明確的規定。我們可以看出，在高層建筑混凝土的結構中柱混凝土的設計強度要比梁板的設計強度高，隨著建筑物的層數的增加，這兩者的差距也會越來越大，但是這個區段主要還是存在于高層建筑物的下邊的部分。

（二）從對我國高層建筑的分析來看，對混凝土的澆筑施工一般都是采用商品混凝土泵送技術，這種方法比較適用于豎向的構件和水平構件，施工人員可以分兩批對其進行集中的澆筑。如果要對其中的梁柱節點進行單獨的澆筑，應該先注意對其供給量和澆筑時間會不會導致施工質量的下降，對節點區和梁板之間的分隔也會產生一定的困難，所以施工的單位一般都不會大范圍的采取這種方法。

二、受剪、受壓驗算規律

考慮到現場施工的操縱程序，同時又要滿足規范中對節點核心區承載力的要求，我們列舉數例對典型節點區的受剪、軸心受壓、偏心受壓進行計算（其過程附后）。通過驗算可得出以下規律：（一）按《高規》附錄C進行受剪抗震驗算，即使柱梁混凝土強度等級相差20MPa，而節點區用樓蓋混凝土強度等級澆注，其節點核心區截面的受剪承載力仍可以滿足要求；（二）在偏心受壓驗算中，當梁板混凝土強度等級比柱低5MPa時，其受壓強度可以滿足要求；當兩者的混凝土強度等級相差10MPa及以上時，其受壓強度不滿足要求；（三）當梁板比柱的混凝土強度等級低10MPa及以上而仍用梁混凝土澆注節點區，則對節點區必須采取措施。從偏心受壓公式N≤0．9（fc A cor＋f’y A’s＋2αfy A sso）中的3項抗壓數值來看，第1項即節點區截面混凝土抗壓強度是不可變更的；第3項即箍筋提供的抗壓強度所占的比例最小，且一般設計不可能改變節點區的配箍規格；第2項即節點區豎向鋼筋提供的抗壓強度所占比例較大，且若采用HRB400鋼（fy=360N/mm2）來增加節點區的豎向配筋率則可明顯進步其抗壓強度。

三、施工措施

考慮到梁柱節點區需要處理的都在高層建筑的下部，該區段的柱主筋配率一般接近或略大于1%，因此根據以上規律可將節點區的施工措施回納如下：

（一）當梁板與柱的混凝土強度等級僅相差5MPa時，節點區完全可以與樓蓋一起澆注；（二）當梁板比柱的混凝土強度等級分別低于10MPa和15MPa時，節點區需增設豎向短筋，其數目分別為柱主筋配筋量的50%和100%；（三）當梁板比柱的混凝土的強度低于20MPa及以上時，增設節點區豎向短筋對于提高其節點的抗壓性的方法已經不能達到效果，所以不能再采用這種方法。其原因是無法布筋、短筋的數目太大。這時候節點區應該采用與同等級的混凝土進行單獨的澆筑，雖然施工的難度提高了，需要更為精準的組織措施，但是其所占的面積不大，可以采用。

偏心受壓的計算公式中沒有體現對整個節點的各個水平方向上強度的影響，而在實際的施工中這種影響確實很大的，特別是在中柱節點通常具有兩向梁對其本身的約束能力比較顯著。這正和抗剪驗算的結果一樣，在同等的條件里面中柱的抗剪承載力是邊、角柱的一倍多。所以上述施工可以從邊柱、角柱來看，如果是中柱的節點區可以適當的對梁柱混凝土強度的等級做一定的調整。這種方法是比較科學的，執行也比較方便。

四、混凝土強度等級的公道取值

梁柱節點區的強度驗算和施工處理同時也涉及到高層建筑混凝土結構中豎向構件和水平構件混凝土強度等級的公道取值題目，其公道與否必須符合以下原則：（一）整個工程的豎向構件混凝土強度等級種類不宜太多，一般為8層左右變1個等級，且與豎向構件截面的變化錯層同步；（二）水平構件的混凝土強度等級取值要符合規范要求，同時要與豎向構件相配搭，使施工處理簡單化，盡量避免或減少節點區單獨澆注混凝土。

分析以上高層建筑混凝土強度等級的配搭，對于30層高層建筑，節點區需要加短筋的僅為1/4樓層；對于40層高層建筑，則為3/5樓層；對于55層高層建筑，第1方案節點區需單獨澆注混凝土的為2/7，節點加短筋的為3/7，第2方案節點區需單獨澆注混凝土的1/4，節點加短筋的為1/2（后一方案的優點在于混凝土強度等級種類最少，僅有4種且為完整等級）。

五、經濟分析

在經濟指標方面，節點區加插短筋所增加的用鋼量對于一個節點來說是微不足道的，假如攤銷到整個工程則更是微乎其微。以8×8m柱網、柱截面bh=800×800，主筋配筋率為ρ=1%為例，則中柱、邊柱、角柱單位面積所需的用鋼量以及攤銷到整個工程的用鋼量如表2所示（攤銷用鋼量中，以中柱占2/6，邊柱占3/6，角柱占1/6計）。

從分析中我們可以得知，節點區加插筋所增加的用鋼量占整個工程用鋼量的比例小至幾乎可忽略不計，因此以消耗工地上一些預備棄用的邊材廢物而換取節點區澆注混凝土的方便，無論從哪個角度衡量都是值得的。當然，節點區加插短筋所花費的用度要比節點區采用柱混凝土強度等級單獨澆注高一些，但正如前面所述，節點區混凝土單獨澆注既存在很多困難，把握不好還會導致混凝土質量事故，因此采取在節點區加插短筋的做法來保證節點區的承載力無疑是一種簡易且科學的方法，設計方和施工方肯定樂于采用，即使是投資方，如能從大處著眼也應該是能夠接受的。

六、結論

綜上所述，本文通過對高層建筑框架梁柱節點的施工難點的介紹，提出了對其進行強度驗算和施工處理的辦法。隨著我國科學技術的不斷進步，我國高層建筑施工中出現的問題難點，也會得到有效解決。所以要實現我國建筑水平的提高，就必須把對建筑施工中新技術的開發作為建筑研究的重點。

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