高層建筑混凝土施工技術探討

摘要：隨著建筑業(yè)的發(fā)展，混凝土框架結構被廣泛應用到建筑中，框架結構相比傳統(tǒng)的磚混結構具有良好的抗震性能，在施工時對技術要求較高，本文闡述了其施工技術要點，保證施工質(zhì)量。

關鍵詞：框架結構；抗震設計；承載力

1.工程概況

某五星級酒店項目由2棟26層主體建筑組成，其中1～5層為商業(yè)裙房，6～26層為酒店客房，地下2層人防地下室，平戰(zhàn)結合，平時作為車庫及設備用房，戰(zhàn)時作為人員遮蔽所，抗力等級為核六級，防化等級為丙級。建筑采用混凝土框架結構，總建筑面積110000 m2，設計使用年限為50年。

2.結構抗震設計

抗震結構要采用延性好的材料，合理配置成延性性能好的延性構件，當結構遭受罕見烈度的地震作用時，結構依靠屈服后有足夠的延性而使結構能夠保存下來，不致發(fā)生倒塌。同時也能在彈性后的大變形過程中吸收和耗散地震能量。框架結構設計時，應遵循以下原則：

（1）強柱弱梁：保證塑性鉸出現(xiàn)在粱端而不是柱端，形成梁鉸機制，利用適筋梁良好的變形能吸收和耗散盡可能多的地震能量。目的就是保證梁必須先于柱破壞，梁的破壞不會導致建筑物的倒塌，而柱的破壞很容易導致倒塌。汶川地震中框架結構建筑，倒塌以后很多建筑物的梁還是好好的，就是沒有遵循“強柱弱梁”的原則，其中可能就有施工的原因。

（2）強剪弱彎：保證構件（包括梁柱）受彎破壞，而不是受剪破壞，使構件處于良好的塑性變形性能下，盡可能多地吸收和耗散地震能量。

（3）強節(jié)點弱構件：保證結構的整體性，使構件的破壞早于節(jié)點破壞，從而保證了梁柱的縱向鋼筋的有效錨固。

（4）強壓弱拉：保證梁、柱各構件的受拉鋼筋屈服早于混凝土的壓潰，并保證形成塑性鉸。

3.鋼材要求

進場鋼筋要檢查產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告。對鋼筋的要求是其延性要好，鋼筋的級別越高其延性越差，因此不能用級別高的鋼筋替代原設計中級別低的鋼筋。對抗震設防要求的框架結構，其縱向受力鋼筋的強度應滿足設計要求；當設計無具體要求時，對一、二級抗震等級，檢驗所得的強度實測值應符合下列規(guī)定：

（1）鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25。其目的是使構件出現(xiàn)塑性鉸后，以免鋼筋過早拉斷而提前結束該塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力，降低構件的延性和變形能力。

（2）鋼筋的屈服強度實測值與強度標準值不應大于1.3。其目的是避免改變原設計的破壞形態(tài)，使構件的延性受影響。

4.結構施工工藝

4.1 受力鋼筋連接區(qū)段

（1）縱向受力鋼筋機械連接（或焊接連接）接頭區(qū)段的長度為35d，且不小于500 mm；縱向受力鋼筋搭接接頭連接區(qū)段的長度為1.3LlE（LlE為抗震搭接長度）。凡接頭中點位于該連接（焊接）區(qū)段內(nèi)的接頭均屬于同一連接（焊接）區(qū)段，在同一連接（焊接）區(qū)段內(nèi)接頭百分率按設計要求和施工驗收規(guī)范確定。抗震結構宜優(yōu)先采用焊接接頭或機械連接接頭。

綁扎搭接接頭中鋼筋的橫向凈距不應小于鋼筋直徑，且不應小于25mm。這是為了保證搭接鋼筋傳力的需要，但在實際施工中幾乎都是將兩根搭接鋼筋綁在一起的，搭接鋼筋間沒有規(guī)定的間距，因此施工中應注意。

（2）在梁、柱類構件的縱向受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)，應按設計要求配置箍筋，當設計無具體要求時，應符合下列規(guī)定：

①箍筋直徑不應小于搭接鋼筋較大直徑的0.25倍。

②受拉搭接區(qū)段的箍筋間距不應大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應大于100 mm。

③受壓搭接區(qū)段的箍筋間距不應大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應大于200 mm。

④當柱中縱向受力鋼筋直徑大于25 mm時，應在搭接接頭兩個端面外100 mm范圍內(nèi)各設置兩個箍筋，其間距宜為50mm。在實際施工中，很多工程未按以上要求設置箍筋，應引起重視，因為搭接區(qū)段內(nèi)的箍筋對約束混凝土，保證搭接鋼筋傳力至關重要。

4.2 柱內(nèi)縱向鋼筋接頭位置及箍筋加密區(qū)

（1）為了提高柱端（柱的上、下兩端）塑性鉸區(qū)的變形能力，提高混凝土的極限壓應變，防止混凝土過旱壓碎和受壓縱筋被壓屈，必須在柱端設置加密箍筋。其作用是約束混凝土，防止柱縱向鋼筋被壓屈，增加其塑性鉸出現(xiàn)后的變形能力。柱端箍筋加密區(qū)高度：取Hn /6（Hn為柱凈高）、柱的長邊尺寸（園柱為直徑）、500 mm三者中的大值；底層柱下端箍筋加密區(qū)高度為Hn/3（底層柱凈高Hn為基礎頂面嵌固部位至梁底的高度）。抗震結構中的箍筋末端應彎135°彎鉤，彎鉤端頭直段長度不應小于10d，或采用焊接箍筋。對末端彎鉤的要求是保證箍筋的錨固。

（2）縱向柱鋼筋焊接（或機械連接）接頭的中點和綁扎連接接頭區(qū)段（注意是綁扎連接接頭區(qū)段，不是綁扎連接接頭中點）應設在柱端加密箍筋（包括梁柱節(jié)點）范圍之外，避開受力最大處，目的是保證柱端箍筋加密區(qū)范圍有良好的延性。汶川地震中破壞的柱子有一些就是柱端加密箍筋的施工質(zhì)量問題和柱主筋連接質(zhì)量問題導致的。

4.3 梁內(nèi)縱向鋼筋接頭位置及箍筋加密區(qū)

（1）梁內(nèi)縱向鋼筋接頭應設在受力較小的位置：梁面縱筋設在跨中Ln /3（Ln為相臨兩梁中凈跨度的大值）區(qū)段內(nèi)，梁底縱筋設在跨中Ln/3區(qū)段以外。

（2）箍筋可以約束混凝土變形、提高梁的抗剪承載力和增大延性，改善梁的抗震性能。當結構遇強震時，梁端出現(xiàn)塑性鉸，加密箍筋可增加梁鉸的變形性能、吸收和耗散更多的能量，還可以防止縱向鋼筋被壓屈。梁端箍筋加密區(qū)的的范圍是：一級抗震為2倍梁高，且不小于500 mm的范圍；二級以下抗震為1.5倍梁高，且不小于500 mm的范圍。

4.4 梁柱節(jié)點

抗震結構要求節(jié)點具有足夠的抗剪承載力。由于延性框架的塑性鉸出現(xiàn)于梁端和柱端，所以要求節(jié)點不得早于構件破壞，梁柱節(jié)點區(qū)的地震破壞，大都是由于節(jié)點區(qū)的箍筋過少，節(jié)點區(qū)出現(xiàn)交叉斜裂縫，甚至混凝土被壓碎，箍筋被拉斷，梁主筋被拉出，縱向柱筋被壓屈而破壞。汶川地震中就有很多這樣的例子。

對此可采用焊接節(jié)點箍筋籠隨梁鋼筋一起下沉到梁模板內(nèi)的辦法解決。焊接箍筋可防止角部彎鉤部分影響梁鋼筋下放。

4.5 頂層梁柱連接處理

框架結構頂層的變形和承受的地震力最大，在節(jié)點處，梁柱鋼筋的處理很重要，施工方法撐握不好就很難達到設計和規(guī)范的要求。

（1）中間梁柱節(jié)點處理

柱縱向鋼筋伸入柱頂?shù)拈L度大于LaE（從梁底算起）時，柱頂鋼筋可不設彎鉤；當直線段錨固長度不足時，該縱向鋼筋伸到柱頂后可向內(nèi)彎折（當現(xiàn)澆板厚度≥80 mm，混凝土強度≥C20時，也可向外彎折），彎折前的直線段不小于0.5 LaE，彎折后的水平投影長度取12d。

（2）邊柱與梁節(jié)點處理

梁柱鋼筋的搭接有兩種方法：第一種是柱的外側(cè)縱向鋼筋沿節(jié)點外邊與梁上邊的縱向鋼筋搭接（搭接長度不小于1.5 LaE）；第二種是梁上部縱向鋼筋沿柱外側(cè)彎折后與柱外側(cè)縱向鋼筋搭接連接（搭接長度不應小于1.7 LaE）。第一種方法在施工時，由于柱縱向鋼筋在頂端彎折處的標高不好控制；現(xiàn)場彎折施工又不方便，且彎折角度難以控制，建議不要采用。按第二種方法施工時比較方便，其施工程序為：柱鋼筋綁扎——屋面梁板模板安裝——梁鋼筋安裝——梁鋼筋籠沉入梁模板——安裝板鋼筋（同時綁扎梁面彎折伸入柱內(nèi)的搭接縱筋）——柱模板安裝——柱、梁、板澆灌混凝土。這種方法施工方便，容易撐握，能很好控制施工質(zhì)量。

4.6 柱縱向鋼筋變化的處理

一般框架結構的柱縱向鋼筋含量在底層較大，中間層少一些，到頂層又增加。因此柱鋼筋直徑、數(shù)量在樓層間可能是變化的。其連接的位置和方法都不一樣：

（1）當鋼筋直徑下柱大，上柱小時，接頭位置在板面以上的連接區(qū)段上，施工方便，接頭質(zhì)量好。

（2）當鋼筋直徑下柱小、上柱大時，接頭位置在板面以下的連接區(qū)段上，施工不方便，接頭質(zhì)量差。

（3）當鋼筋數(shù)量下柱多、上柱少時，多余的鋼筋在進入梁柱節(jié)點LlE后切斷，施工方便。

（4）當鋼筋數(shù)量下柱少、上柱多時，上柱增加的鋼筋插入板面下節(jié)點內(nèi)，插入長度LlE（從板面算起），施工方便。

為便于施工和保證施工質(zhì)量，要盡量避免上柱鋼筋直徑大、下柱鋼筋直徑小的情況發(fā)生。如果是設計圖紙要求的，可與設計單位聯(lián)系，變更鋼筋直徑，最好的情況是：鋼筋直徑沿柱高不變，僅變根數(shù)；若要變更鋼筋直徑，最好是下柱直徑大變?yōu)樯现≈睆剑ㄗ兓粋€級別內(nèi)，便于電渣壓力焊）；當頂層柱鋼筋含量大時，不要增大鋼筋直徑，采用增加鋼筋根數(shù)下插，以方便施工。

5. 總結

結構遇強震時，受力達到最大承載力的80%～90%時開始在梁端出現(xiàn)塑性鉸，形成梁鉸機制，由于梁鉸比柱鉸的數(shù)量多很多，可以吸收和耗散大量的地震能量。當受力繼續(xù)增大，柱端出現(xiàn)塑性鉸的柱鉸機制時，結構很容易形成破壞機構，特別是同一樓層柱的上下兩端都形成柱鉸時，該層將形成不穩(wěn)定結構而發(fā)生集中變形導致結構倒塌，因此柱的破壞將會引起嚴重的后果。在施工中要特別注意：梁的承載能力不能加強，柱的承載能力不能減小。

參考文獻：

[1]GB50204—2002，混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社出版.