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中图分类号:TU37 文献标识码:A
1引言
大量震害和试验证明,结构实际的抗震能力通常要大于其设计抗震能力,这种现象称为超强(overstrength),超强系数则定义为结构实际的抗震能力与其设计地震力的比值。超强为结构在强烈地震中保持良好的性能起到了重要作用。结构的超强是一个设计效率的问题,所有严格执行了规范的抗震结构都包含着一定程度上的储备强度,从一定程度上反映了结构抗震设计的安全度问题。结构的超强取决于很多因素,主要包括:(1)材料的实际强度与设计强度之间的差异;(2)结构设计的模数化和取值的离散化;(3)控制设计的其他因素,如一个结构的抗震设计不起控制作用,而是由构造要求或抗风设计等起控制作用。虽然加强结构的重要性已经被认识很长时间,且在某些国家的抗震规范中明确考虑了超强的影响,但迄今为止,加强结构仍然主要依靠工程经验确定,且大多数规范还没有纳入超强的影响,国外虽有人进行了初步的研究,但距离成熟应用的阶段还很远,而在我国如何考虑结构的超强问题还未见有报道。本文首先给出了严格按我国抗震规范设计的几个典型钢筋混凝土框架结构,然后利用大量经过筛选的地震动记录,分别利用动力时程分析法和Pushover方法考察了结构在非弹性阶段由于内力重分布引起的超强,得到了一些有意义的结论。
2 结构模型、输入地震动及分析方法
2.1 结构模型
首先严格按我国规范设计了4个钢筋混凝土框架结构,结构的层数分别为4层、8层、12层和16层,结构的平面均相同(见图1),结构的立面见图2,各结构均为规则结构,边跨6m,中跨为3m,各层层高均为313m。。本文以上述结构的横向平面框架为研究对象,对应的基本周期分别为018822s、116751s、210602s和215815s,采用中国建筑科学研究院编制的PKPM程序对结构进行结构内力和配筋计算,结构满足我国现行抗震设计规范的要求。结构分析采用层模型,构件的恢复力模型采用三线型模型。
本文对钢筋混凝土结构进行动力时程分析及Pushover分析采用的程序均是Buffalo大学Reinhorn等人编写的程序。
2.2输入震动
本文共应用了80条国内外的重要强地震记录,主要以文献[14]给出的适用于一般重要性结构抗震验算的地震动记录为主,并将这80条地震动记录按我国现行的抗震规范规定的场地分类方法分为四类,即I类场地(20条)、II类场地(20条)、III类场地(20条)、IV类场地(20条),记录的详细情况见文献
2.3加强结构的分析方法
从加强结构的定义可以看出,计算结构的超强,关键一步是计算结构实际的极限承载能力,而结构实际的极限承载能力可以由结构的整体能力曲线得到。本文将用静力弹塑性方法(Pushover方法)和动力时程分析法给出结构的整体能力曲线,进而分析两种方法得到的加强结构系数的区别。确定结构的极限承载力之后,结构的超强系数就可以利用结构的极限承载力除以结构的设计强度计算得到。
3 结构整体能力曲线
一个单自由度体系的抗震能力曲线是确定的,不论体系受动力特性还是静力荷载作用,它仅取决于体系本身的特性,但多自由度体系的能力曲线就是不确定的了,它不但取决于体系本身的特性,还取决于荷载过程。对于特定地震动,进行动力时程分析得到能力曲线的方法如下:地震动输入强度较小时,结构的基底剪力与顶点位移基本保持线性关系,逐渐增加地震动强度,使结构充分发展塑性,这样就可以得到相应于各条地震动的基底剪力与顶点位移的关系曲线,即:能力曲线。以本文给出的四类场地的80条地震动记录为基础,利用动力时程分析法给出的4个钢筋混凝土框架结构的平均整体能力曲线见图3,从图中可以看出,在利用动力时程分析法确定结构的能力曲线时,地震动记录的场地条件对结构的能力曲线影响不大,误差完全在可接受的范围之内。为简化起见,本文将所有地震动记录给出的平均结构能力曲线作为计算加强结构系数的根据,不考虑场地条件对结构能力曲线的影响。
4结语
本文首先严格按我国规范要求设计了4个典型钢筋混凝土框架结构,分别利用动力时程分析法和Pushover方法确定了结构在非弹性阶段由于内力重分布而形成的超强,得到了以下结论:(1)利用时程分析法建立结构的整体能力曲线时,地震动记录的场地条件对结构的能力曲线影响不大,误差完全在可接受的范围之内。(2)动力时程分析法和Pushover方法给出的所有结构的超强系数均大于2,其中由动力时程分析法给出的16层框架结构的超强系数达到了4。(3)对所有的结构,广义乘方分布模式给出的超强系数都是最小的,倒三角形分布模式给出的超强系数次小;均匀分布模式和动力时程分析法给出的超强系数随结构层数的不同而不同,当层数较少时,均匀分布模式给出的超强系数比动力时程分析给出的超强系数大;随层数的不断增多,均匀分布模式和动力时程分析法给出的超强系数之间差距不断缩小,最终,动力时程分析法给出的超强系数大于均匀分布模式给出的超强系数,且高的程度随层数的增多而增加。(4)动力时程分析法和Pushover方法给出的超强系数的差别随层数的增多而增大,这是由于当层数较多时,结构的高振型效应变得显著,从而使得Pushover方法的应用受到了限制。(5)在还没有进行大量细致的工作和研究之前,可以保守地认为严格按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构的超强系数最小值为2。
参考文献
[1]Reinhorn A M, Kunnath S K, Valles-mattox R. IDARC-2DVersion 4. 0: A computer program for the inelastic damageanalysis of buildings[R].
[2]Buffalo, N. Y.: Technical ReportNCEER-96-0010, National Center for Earthquake EngineeringResearch, 1996.
[3]翟长海.最不利设计地震动及强度折减系数研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2004.
[论文摘要]在我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土结构应用最普遍,其中钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。依据GB 5002022002 混凝土结构设计规范和GB 5001122001 建筑结构抗震设计规范,对抗震等级的选取,振型组合数的合理选取,轴压比限值等问题的计算容易被设计人员,进行初步探讨,并取得较好的效果,可供设计人员参考。
一、概述
在我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度,良好的延性和较强的整体性,目前广泛用于地震设防地区。
在多层钢筋混凝土框架结构的设计过程中,笔者通过切身体会,总结归纳了一些不符合规范要求的问题。较常见的有在结构施工图中将场地类别写成了场地土类别,结构设计使用年限与建筑施工图不一致,抗震措施和抗震构造措施不明确,柱纵筋在基础内锚固长度不足,周期该折减而未折减等,应引起足够的重视。
二、框架结构的耗能机理
框架结构主要是以压弯构件——竖向框架柱和以弯剪构件——水平框架梁组成的。实际工程计算的例子表明,框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈服弯矩。
在地震作用下,框架结构每经过一个循环,加载时先是结构吸收或储存能量,卸载时释放能量,但两者不相等。两者之差为结构或构件在一个循环中的“耗失能量”(耗能) ,也即一个滞回环内所含的面积。结构吸收的地震能量可以由力——位移曲线所包围的面积来表示。
三、钢筋混凝土框架结构设计中的两个注意问题
(一)抗震等级的选取
对于乙类建筑,建筑抗震设计规范3.1.322规定:地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求,但是抗震措施(主要体现为抗震等级)在一般情况下,当抗震设防烈度为6度~8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况,如:位于8度区的某乙类建筑,应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定,为一级抗震等级。
(二)振型组合数的合理选取
应按以下规则选取:对于较高层建筑,当不考虑扭转耦联时,振型数应不小于3;当振型数多于3时,宜取为3的倍数(由于程序按3个振型一页输出),但不能多于层数。当房屋层数不大于2时,振型数可取层数。对于不规则建筑,当考虑扭转耦联时,振型数应不小于9,但不能超过结构层的3倍,只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时,才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出:振型数可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。
目前satwe等程序已有这种功能,这是一个重要指标。如:对于某一建筑,选取的振型数为15,但振型参与质量系数只有50%,说明振型数取得不够,可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的,应仔细复核。
四、独立基础拉梁的问题
当基础埋置较深,为了减小底层柱计算高度及底层侧向位移,可在±0. 000附近设置基础拉梁,但不宜按构造设置,宜按照框架要求设计,应注意此时需将板厚取为0,定义弹性结点,按总刚分析法分析计算,且基础应设成短柱基础。
五、构造方面的若干问题
(一)框架梁的通常面积配筋率ρsv不满足规范要求
GB 5001022002混凝土结构设计规范11.3.9明确规定了最小面积配筋率,容易被忽视。如:二级框架,500mm×800mm,C40,非加密区箍筋
(二)当框架梁端纵向受拉筋配筋率大于2%时,箍筋直径没有增大2mm
设计中经常碰到梁端纵向受拉筋配筋率大于2%的情况,往往不注意GB 5001022002混凝土结构设计规范11.3.623的规定,导致箍筋直径偏小。如:某二级框架梁截面尺寸为250mm×400mm,梁端负筋为4Φ25,混凝土为C30,箍筋为2%,故箍筋直径应至少为10mm,原配箍筋直径偏小。
(三)框架梁加密区箍筋肢距不满足规范要求
如:宽300mm框架梁,箍筋为
(四)框架柱纵筋间距和净距不满足规范要求
按GB 5001022002混凝土结构设计规范10.3.123和11.4.13的规定,框架柱纵筋的净距不宜小于50mm,且当柱截面尺寸大于400mm时纵筋的间距不宜大于200mm。边柱有可能会遇到这种情况,特别是当边跨较长,柱的计算长度较长,沿边跨方向框架的抗侧刚度较弱时。这时框架柱边跨方向计算配筋较大,另一方向配筋较小,如某框架柱高7.0m,截面尺寸为500mm×700mm,短边配8Φ25,长边配4Φ25,两方向均不满足规范要求。
(五)地下室顶板厚度不够
按建筑抗震设计规范6.1.4的规定,当作为上部嵌固部位时,应避免开大洞口,采用现浇结构,且板厚不宜小于180mm,实际设计中在此种情况下经常会忽视此条规定,导致板厚偏小。
(六)短柱位置未明确
楼梯平台梁或者雨篷梁支撑在框架柱上,容易形成短柱,应按要求全长加密箍筋。框架外围填充墙开窗,由于窗台处砌体对框架柱作用,容易形成短柱,也应全长加密。若不加密,可将砌体墙与框架柱设成柔性连接(如:墙柱之间留有缝隙,填充一些松散材料,但应有钢筋与柱拉结),或从边框梁处出挑挑耳,上砌砌体填充墙,消除对框架柱的作用。
六、关于框架结构电梯井的问题
由于在地震作用下高层框架结构的位移较难控制,而多层框架结构的位移控制要比其容易许多,故对于多层的钢筋混凝土框架结构电梯井,完全可以采用框架加填充墙形式,只是这时应加密填充墙构造柱,且应注意加强电梯井周围的框架梁柱的配筋,因其刚度影响在计算中无法反映出来。若要将电梯井做成钢筋混凝土形式,由于井筒会吸收较大地震力,相应减少框架部分吸收的地震力,则框架部分偏于不安全,且井筒基础设计也较为困难,故应对整个结构按有无钢筋混凝土井筒分别计算,取最不利结果配筋,且对井筒墙壁采取做薄墙厚、构造配筋、开竖缝、开计算洞等办法来弱化电梯井刚度。这样的墙体布置,在地震作用下不至于由于电梯井筒的破坏,而导致结构整体丧失稳定性。
参考文献
[1]GB 5001022002,混凝土结构设计规范[S].
[2]GB 5001122001,建筑抗震设计规范[S].
【关键词】偏心框架结构;抗震性能指标;钢筋混凝土
1 偏心框架结构性能研究
1.1 试验分析
试验了五棍试件,比较了三种支撑形式:单斜支撑、斜交叉支撑、k型支撑川,从试验过程及测得的结果可得出如下结论: (l)各试件的破坏都呈现出延性破坏特征,各试件滞回曲线以最大承载力下降15%所对应的位移为极限位移计算的延性比均大于4,三种偏心支撑框架与相应纯框架的延性比相近,但偏心支撑框架的屈服位移,最大承载力点的位移都比纯框架相应的位移减小达50%左右。纯框架测得开裂位移为2.3--2.5mm,偏心支撑框架的开裂位移为1.1--2.0mm。可见纯框架达弹性位移限值时处于开裂状态,而偏心支撑框架仍处于弹性状态,有利于保证“小震不坏,中震可修”的抗震设防原则,避免了纯框架抗侧刚度不够的不利影响。纯框架测得的最大承载力位移为30--32mm,而偏心支撑框架最大承载力位移为8--26mm。所以纯框架达最大承载力时已超过弹塑性位移限值,而偏心支撑框架最大承载力位移均小于弹塑性位移限值。故偏心支撑框架可充分发挥其承载力,而纯框架由于有倒塌的危险很难充分发挥其承载力。
1.2 性能分析
偏心支撑钢筋混凝土框架柱的性能主要取决于钢筋混凝土连系梁、支撑及框架柱。为此对连系梁及偏心支撑框架的性能进行了分析。连系梁是指偏心支撑与梁柱节点间的梁段,其变形性能主要取决于该梁段的破坏性质。经计算分析,连系梁的破坏形态主要由其高跨比控制,当高跨比大于3.5时发生弯曲破坏,当高跨比小于3.5时发生弯剪破坏。这与规范专题组的研究基本一致,即高跨比大于3.5时约束梁的抗剪承载力基本不受高跨比的影响。按框架梁设计时高跨比选择在(1/8一1/12)考虑,则框架梁在3分点处设置偏心支撑可满足其弯曲破坏的要求,因由于加设支撑高跨比适当减小。所以从连系梁的性能分析知框架设计中设置偏心支撑具有可能性。考虑连系梁的剪切斜裂缝影响,以及支撑梁、柱材料非线性、节点区锚固钢筋的粘结滑移等因素,对偏心支撑钢筋混凝土框架进行了非线性分析,分析结果表明:(1)与纯框架相比,粘结滑移对偏心支撑框架的变形影响减小,但同样使承载能力略有降低。(2)当结构梁柱内形成的塑性铰数目使结构成为机构时,结构的承载能力及变形均未达到极限状态,仍能提供抗力。在塑性铰达极限状态支撑压屈后结构才进入下降段。(3)连系梁的变形性能对框架承载力及延性均有较大影响,对于支撑影响分别达9%和20%。(4)随偏心支撑抗侧刚度的增大,框架的承载力提高,而延性降低。
2 有关受压构件截面
基本的假设,依据弹塑性力学原理,在已知材料本构关系和构件截面变形的条件下,从理论上讲,就可以对任意构件截面从开始受力到破坏的全过程进行分析,但分析过程繁琐,为便于分析,常做如下假定:(1)截面变形服从平截面假定。(2)钢筋和混凝土的应力-应变关系为已知。(3)构件的变形很小,不影响构件的受力体系计算图形和内力值。(4)一般不考虑时间(龄期)和环境温度、湿度等影响,即忽略混凝土的收缩、徐变和温湿度变化引起的内应力和变形状态。(5)忽略拉区的混凝土作用。
3 加强框架结构节点施工质量的控制是提高结构抗震性能的重要环节
要提高框架结构的抗震性能,首要的是加强构件的连接,使之能满足传递地震时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。框架节点是框架梁柱构件的公共部分,在地震作用下,若节点强度不足,延性不够,钢筋锚固质量差就会使结构丧失整体性而造成破坏。因此必须加强框架节点施工质量的控制,这也和“强节点、强锚固”的抗震设计原则是一致的,“强节点、强锚固”也理应成为施工监理的重要质量控制点。
3.1 必须保证梁柱纵向钢筋在框架节点区有正确可靠的锚固
众所周知,框架结构最佳的抗震机制是梁式侧移机构,以达到消耗地震能量的作用。但梁正常工作和梁端塑性铰形成的基本前提是保证梁纵筋在节点区有可靠的锚固,不造成钢筋的锚固破坏。若强震引起梁断裂,只要梁端钢筋的锚固未失效,悬索作用也能维持楼面不立即坍塌,以达到人员安全撤离的目的。因此施工监理人员务必加强梁端钢筋锚固质量的检查验收。梁端节点钢筋的锚固一般分为有弯折的锚固和无弯折的锚固(锚固长度满足)。弯折锚固分为水平段和弯折段两部分。试验证明弯折锚固钢筋的主要持力段是水平段,只有到加载后期水平段发生粘结破坏锚固力才转移由弯折段承担。
3.2 必须加强对框架节点区域箍筋的检查验收和防震缝的监督检查
框架节点区域箍筋加密的作用不仅能承担梁柱的剪力,而且能约束混凝土提高混凝土的抗压强度及变形能力,增加其延性的效果,还能为纵向钢筋提供支撑,防止纵筋压曲,从而提高框架的抗震性能。框架节点钢筋密集,箍筋设置困难,箍筋加密区长度及根数易被忽视,因此施工监理人员必须加强节点区域箍筋的检查验收。不仅要检查梁柱节点区域箍筋的直径、间距、加密区长度、数量、箍筋形式和绑扎质量,同时还要注意检查梁的第一个箍筋距支座边50 mm的要求。当有刚性地面时,还要注意检查底层框架柱在刚性地面上下的加密情况。对有抗震要求的箍筋弯折角度应为135°,弯折后平直长度不应小于箍筋直径的10倍,且不小于75 mm。
4 抗震概念设计的原因与总结
抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。概念设计是指设计人员从结构的宏观整体出发,用结构系统的观点,着眼于结构整体反应,正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题,力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用,避免结构出现敏感的薄弱部位。概念设计的提出是随着抗震设计的发展应运而生的,它是地震灾害分析的总结。(1)荷载传递路径不明确。结构抗震概念设计的基本原则是:结构的简单性;结构的规则和均匀性;结构的刚度和抗震能力;结构的整体性。由于在设计中过分强调建筑物的造型,导致结构的荷载传递路线复杂且不明确。(2)强度和刚度不连续有突变。由于沿竖向楼层质量与刚度变化太大,使楼层变形过分集中而产生破坏。
5 结语
建设部领导多次强调,今后对自然灾害中垮塌的建筑物必须审查有关单位贯彻执行强制性标准情况,对违规者要追究法律责任。因此严格隐蔽工程的验收,加强结构抗震的验收,严格质量保证资料的审查,把抗震知识贯穿于建设的全过程。历次地震经验表明,只要经过合理的抗震设计和良好的施工质量,在一般烈度地区是可以保证安全的。相信在我们广大建设者的共同努力下,我国的建筑工程质量和抗震性能一定会大大提高。
参考文献:
[1]缪志伟,叶列平.钢筋混凝土框架-联肢剪力墙结构的地震能量分布研究[J].工程力学, 2010, 27(2):130-140.
关键词:框架结构;钢筋连接;施工;混凝土
Abstract: This paper analyzes the construction of reinforced concrete frame structure in reinforced connections, joints stirrups, concrete strength, concrete cover thickness and other quality problems in the process, and proposed control measures.Key words: frame structure; steel connection; construction; concrete
中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
1、前言
近年来,伴随着设计和施工水平的提高,多层和高层建筑采用钢筋混凝土现浇结构的形势发展很好,由于现浇施工的框架具有整体性好、围护墙体轻、抗震性好、施工速度快、布局灵活多样,在许多工程中得到广泛应用。但是由于施工人员技术素质存在差异,对操作规程了解较少,在施工中容易产生影响质量的现象,这些状况如重视不够或解决不及时,将会直接影响质量。本文就钢筋混凝土框架结构施工容易形成的质量问题谈几点体会。
2、钢筋连接
大直径钢筋(φ≥28)可采用钢筋剥肋滚压直螺纹套筒连接新技术,即剥助钢筋纵肋后滚压直螺纹的套筒将预制的丝头待连接钢筋旋拧在一起达到钢筋连接一体,实现等强度连接的目的。
它的机理是:
利用滚压螺纹能使螺纹综合机械性能大幅度提高的特性,同时利用螺纹连接传力不均率与螺杆横截面积变化率相协调对应能够降低螺杆抗拉应力,改变连接过渡段内力曲线形状,降低变截面应力集中影响的特性来弥补钢筋剥肋和螺纹小径对钢筋横截面积削弱影响达到钢筋等强度连接。
技术特点是:
1.1接头强度高,连接质量稳定可靠。接头性能达到行业标准 钢筋机械连接通用技术规程))(JGJ107~96)中A级规定,实现与钢筋母材等强度连接。
1.2钢筋丝头螺纹加工精度高。使工厂加工的套筒与施工现场加工的钢筋丝头配合性好,保证了钢筋连接质量。
1.3由于钢筋端部的丝头是对钢筋柱体表面金属强化后形成的螺纹,钢筋芯部材质和机械性能不发生任何变化,接头的综合机械性能高,特别是接头的抗疲劳性能好,与钢筋化学成分无关。
1.4铜筋丝头加工过程中钢筋搬运次数少、操作简单,加工速度快。一次装卡即可完成钢筋剥肋、滚压螺纹两道工序。
1.5钢筋丝头加工设备投入小,易耗件损耗低,一套滚丝轮可加工丝头为0.8万~1.2万个。
1.6接头连接施工方便,质量容易控制。钢筋丝头用手即可旋入套筒,仅最后2~3扣时用管钳或力矩扳手旋紧,只要钢筋外露螺纹不超过1.5扣,即可保证接头的等强连接。
1.7 适用范围广。不仅适用于直径16~50mmⅡ、Ⅲ级钢筋在各个方向和位置的同、异径可旋转钢筋连接,还能适用于不可旋转或轴向不能移动钢筋的连接。
3、梁柱节点箍筋施工问题
3.1 一般施工做法的弊病
梁柱节点施工的复杂性主要表现为:节点构造复杂。钢筋分布密集,操作人员高空作业。施工难度大,特别是中间柱子钢筋纵横交错,箍筋绑扎不便,采用整体沉梁时节点区下部箍筋无法绑扎,致使梁柱节点部位不放或少放柱箍筋,留下严重隐患。部分施工人员意识到钢筋骨架整体入模后柱节点内箍筋绑扎困难,便采用两个开口箍筋拼台,然而在整个节点区均采用开口箍筋显然不符合规范规定。规范箍筋封闭和箍筋末端弯钩的构造要求,是保证箍筋对混凝土核心起有效约束作用的必要条件,但采用分层下箍法操作难度仍相当大。必须将节点部分侧模板拆除方能保证节点箍筋间距及绑扎牢固。若采用原位绑扎钢筋(即先安装梁底模,再直接在梁底模上绑扎梁筋、安装侧模板),其缺陷是:
3.1.1只安装梁底模、不安装侧模板。板的模板无法安装,造成整个模板支撑系统不稳定,易发生模板倒塌事故;
3.1.2在框架结构施工中,所有的钢筋均在施工楼层堆放和二次运输。在这种开放的模板体系上堆放和搬运钢筋极其不安全;
3.1.3支模和绑钢筋多次交叉作业。不利于施工组织管理,窝工现象较严重,工效较低。
3.2 改进的对策
近年的作法是将梁板模板(含侧模板)全部安装完毕后才安装梁板钢筋并整体沉梁。该施工程序的优点是钢筋堆放、运输及绑扎较安全,交叉作业少。支模和绑钢筋不冲突,工效较高。但若不采取特别措施,会出现节点箍筋少放或者箍筋间距无法保证的问题。对此,可采用如下措施解决:
3.2.1下料时每个节点增加若干根纵向短筋(可用细钢筋);
(2)柱节点区箍筋现场焊接在纵向短筋上形成整体骨架。再将整体骨架套入柱纵筋并搁置在楼板模板面上,穿梁钢筋并绑扎,为防止附加纵同短筋位置与柱纵筋冲突而造成套箍困难。附加纵向短筋应偏离箍筋角部约5cm。采用该法可保证柱节点箍筋的间距与数量,实施效果较好。需要说明的是,当结构较复杂时,采用该方法可能也会有困难,施工时要视具体情况而定。
4、混凝土保护层厚度问题
保护层厚度的规定是为满足结构构件的耐久性要求和对受力钢筋有效锚固的要求。保护层厚度太小,无法满足上述要求,太大则构件表面易开裂,因此,《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204――1992)第3.5.8条《建筑工程质量检验评定标准》(GBJ301――1988)第5.2.10条、《混凝土结构工程施工质量验收规范))(GB50204――2002)第5.5.2条均规定受力钢筋保护层厚度梁拄允许偏差为±5mm。
在框架结构施工中,由于楼面标高是一致的,双向框架梁同时穿越柱节点时,必然造成一侧框架梁面筋保护层厚度偏火(往往会超过40mm)。井字架梁节点也有同样问题,这些问题无法避免,但需注意:一是梁箍筋的下料问题,由于一向框架梁面筋需从另一向框架梁面筋底下穿过,若该向框架梁梁端箍筋按原尺寸下料,面筋无法直接绑扎到箍筋上,对粱骨架受力不利,因此梁端箍筋下料时高度可减小20~30mm(仪一向框架梁端需要)。二是施工时以哪一向为主,因保护层厚度增大,截面有效高度变小,正截面受弯承载能力减小(约5%),设计时是否考虑了这种影响,另一方面构件表面容易开裂。《混凝土结构设计规(GB50010――2002)第9.2.4条规定:“当梁、柱中纵向受力钢筋的保护层厚度大干40mm时,应对保护层采取有效的防裂构造措施。”对此须在设计时就明确以哪一向为主,并对保护层厚度偏大的一向梁端加铺一层钢丝网以防表面开裂。
5、混凝土施工质量控制
5.1 柱的“烂根” 和“夹渣”
现浇框架容易出现“夹渣烂根”现象,使根部混凝土漏浆,严重时出现“露筋”和“孔洞”。其直接原因是柱模直接放在楼地板上,预先没有在楼板上做找平层或加标准框浇出底面,更没有留清扫口。当层高>5m时中段未留浇筑口,进料从顶部直接下。自由落差>3m,在柱内钢筋阻拦下料使粗细料分离,另因底部板面不平且未堵缝。导致水泥浆流失掉,也存在底面垃圾未清除净、振动棒长度不到位等因素,造成根部夹渣,烂根问题。保证质量的措施应在框架柱接头外进行,即上次烧筑后加相同规格的方框,并浇平框面,继续上浇前支横模从板面开始,浇筑时在顶洒一层l:0.4的水泥砂浆。并铺l:2水泥25~30mm厚,在其上浇混凝土,可保证框架柱自然密实,不会出现夹渣或烂根的质量问题。
5.2 控制好混凝土质量
对配合比的控制不容忽视,再准确的配合比,现场不控制粗细骨料的含杂质量和称量,仍然会生产出不合格品。有的工地不做配合设计,而套用别人的比例。对已浇成品不保护,养护不及时,尤其是夏天气温高的地区需要保养,这是提高强度的重要环节。对混凝土框架柱的浇筑施工,必须遵守现行的施工规范,注意克服配料计量、拌和时间短,加水不控制,运距长摇晃离析现象,更要注意不允许二次加水重拌及振捣不密实、过振、漏浆、跑模、不清除残留木屑等现象。操作素质低下所产生的后果将削弱支撑件的竖向荷载,影响结构连接及降低抗震能力。只要有健全的施工操作标准,步步检验认证,按规范施工,框架工程质量就会得到保证。
6、结语
在建筑工程中,现浇施工的框架具有整体性好、围护墙体轻、抗震性好、施工速度快、布局灵活多样的优点,在工程实践中成为主要的结构形式,工程技术人员在施工中应严格按照图纸和规范施工,确保工程质量和安全。
参考文献:
[1]朱永新、吕宏标.关于钢筋混凝土框架结构施工中的若干问题[J].科技咨询导报,2007 (14)
[2]刘永忠.钢筋混凝土框架结构施工[J].中国新技术新产品,2009(19)
【关键词】框架结构;钢筋连接;施工;混凝土
建筑施工中,框架结构是由钢筋混凝土主梁、次梁和柱形成的框架作为建筑物的骨架,梁和柱之间的连接为刚性结点。屋盖、楼板上的荷载通过板传递给梁,由梁传递到柱,由柱传递到基础。框架结构的墙体全部为自承重墙,只起分隔和围护作用,砖墙的重量通过梁、板传给柱。有时填充墙的刚度大于竖向柱的刚度,对结构抗震极为不利,所以不宜采用实心粘土砖作填充墙,减少结构的自重和荷载,减弱隔墙的刚度。框架结构的特点是不受楼板跨度的限制,能为建筑提供灵活的使用空间,但抗震性能差。框架结构中梁柱构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,这时楼面也作为梁共同工作的,装配整体式楼面的作用则不考虑。框架结构构成:屋盖与楼板、框架梁、框架柱、柱基础、框架墙。
1 钢筋连接
大直径钢筋(φ≥28)可采用钢筋剥肋滚压直螺纹套筒连接新技术,即钢筋纵肋后滚压直螺纹的套筒将预制的丝头待连接钢筋旋拧在一起达到钢筋连接一体,实现等强度连接的目的。
1.1 原理:利用滚压螺纹能使螺纹综合机械性能大幅度提高的特性,同时利用螺纹连接传力不均率与螺杆横截面积变化率相协调对应能够降低螺杆抗拉应力,改变连接过渡段内力曲线形状,降低变截面应力集中影响的特性来弥补钢筋剥肋和螺纹小径对钢筋横截面积削弱影响达到钢筋等强度连接。
1.2 技术特点:(1)接头强度高,连接质量稳定可靠。接头性能达到行业标准 钢筋机械连接通用技术规程))(JGJ107~96)中A级规定,实现与钢筋母材等强度连接。 (2)钢筋丝头螺纹加工精度高。使工厂加工的套筒与施工现场加工的钢筋丝头配合性好,保证了钢筋连接质量。 (3)由于钢筋端部的丝头是对钢筋柱体表面金属强化后形成的螺纹,钢筋芯部材质和机械性能不发生任何变化,接头的综合机械性能高,特别是接头的抗疲劳性能好,与钢筋化学成分无关。 (4)铜筋丝头加工过程中钢筋搬运次数少、操作简单,加工速度快。一次装卡即可完成钢筋剥肋、滚压螺纹两道工序。(5)钢筋丝头加工设备投入小,易耗件损耗低,一套滚丝轮可加工丝头为0.8万~1.2万个。(6)接头连接施工方便,质量容易控制。 (7)适用范围广。不仅适用于直径16~50mmⅡ、Ⅲ级钢筋在各个方向和位置的同、可旋转钢筋连接,还能适用于不可旋转或轴向不能移动钢筋的连接。
2 梁柱节点箍筋施工问题
2.1 一般施工做法的弊病
梁柱节点施工的复杂性主要表现为:节点构造复杂。钢筋分布密集,操作人员高空作业。施工难度大,特别是中间柱子钢筋纵横交错,箍筋绑扎不便,采用整体沉梁时节点区下部箍筋无法绑扎,致使梁柱节点部位不放或少放柱箍筋,留下严重隐患。部分施工人员意识到钢筋骨架整体入模后柱节点内箍筋绑扎困难,便采用两个开口箍筋拼台,然而在整个节点区均采用开口箍筋显然不符合规范规定。规范箍筋封闭和箍筋末端弯钩的构造要求,是保证箍筋对混凝土核心起有效约束作用的必要条件,但采用分层下箍法难度仍相当大。必须将节点部分侧模板拆除方能保证节点箍筋间距及绑扎牢固。若采用原位绑扎钢筋(即先安装梁底模,再直接在梁底模上绑扎梁筋、安装侧模板),其缺陷是: (1)只安装梁底模、不安装侧模板。板的模板无法安装,造成整个模板支撑系统不稳定,易发生模板倒塌事故; (2)在框架结构施工中,所有的钢筋均在施工楼层堆放和二次运输。在这种开放的模板体系上堆放和搬运钢筋极其不安全; (3)支模和绑钢筋多次交叉作业。不利于施工组织管理,窝工现象较严重,工效较低。
2.2 改进的对策
近年的作法是将梁板模板(含侧模板)全部安装完毕后才安装梁板钢筋并整体沉梁。支模和绑钢筋不冲突,工效较高。但若不采取特别措施,会出现节点箍筋少放或者箍筋间距无法保证的问题。对此,可采用如下措施解决: (1)下料时每个节点增加若干根纵向短筋(可用细钢筋); (2)柱节点区箍筋现场焊接在纵向短筋上形成整体骨架。再将整体骨架套入柱纵筋并搁置在楼板模板面上,穿梁钢筋并绑扎,为防止附加纵同短筋位置与柱纵筋冲突而造成套箍困难。附加纵向短筋应偏离箍筋角部约5cm。采用该法可保证柱节点箍筋的间距与数量,实施效果较好。需要说明的是,当结构较复杂时,采用该方法可能也会有困难,施工时要视具体情况而定。
3 混凝土保护层厚度问题
保护层厚度的规定是为满足结构构件的耐久性要求和对受力钢筋有效锚固的要求。保护层厚度太小,无法满足上述要求,太大则构件表面易开裂。在框架结构施工中,由于楼面标高是一致的,双向框架同时穿越柱节点时,必然造成一侧框架梁面筋保护层厚度偏火(往往会超过40mm)。井字架梁节点也有同样问题,这些问题无法避免,但需注意:一是梁箍筋的下料问题,由于一向框架梁面筋需从另一向框架梁面筋底下穿过,若该向框架梁梁端箍筋按原尺寸下料,面筋无法直接绑扎到箍筋上,对粱骨架受力不利,因此梁端箍筋下料时高度可减小20~30mm(仪一向框架梁端需要)。二是施工时以哪一向为主,因保护层厚度增大,截面有效高度变小,正截面受弯承载能力减小(约5%),设计时是否考虑了这种影响,另一方面构件表面容易开裂。
4 混凝土施工质量控制
4.1 施工质量
框架容易出现夹渣现象,直接原因是柱模直接放在楼地板上,预先没有在楼板上做找平层或加标准框浇出底面,更没有留清扫口。当层高>5m时中段未留浇筑口,进料从顶部直接下。自由落差>3m,在柱内钢筋阻拦下料使粗细料分离,另因底部板面不平且未堵缝,应按照规程严格执行。
4.2 控制好混凝土质量
对配合比的控制不容忽视,再准确的配合比,现场不控制粗细骨料的含杂质量和称量,仍然会生产出不合格品。有的工地不做配合设计,而套用别人的比例。对已浇成品不保护,养护不及时,尤其是夏天气温高的地区需要保养,这是提高强度的重要环节。对混凝土框架柱的浇筑施工,必须遵守现行的施工规范,注意克服配料计量、拌和时间短,加水不控制,运距长摇晃离析现象,更要注意不允许二次加水重拌及振捣不密实、过振、漏浆、跑模、不清除残留木屑等现象。操作素质低下所产生的后果将削弱支撑件的竖向荷载,影响结构连接及降低抗震能力。只要有健全的施工标准,步步检验认证,按规范施工,框架工程质量就会得到保证。
参考文献: