框架结构施工中梁柱节点的质量控制

作者：张建良 田祥祥

来源：《科技创新导报》 2011年第17期

张建良 田祥祥

(浙江汇鑫建设有限公司 浙江宁波 315000)

摘 要:框架结构在当前及今后很长的一段时间内仍将是一种应用量大面广的结构形式,而调查发现,框架结构梁柱接头的施工质量令人担忧,它们或者是有蜂窝、麻面、露筋等外观缺陷,或者是存在混凝土强度等级不准、钢筋保护层厚度不足等内部质量问题,并分析了其产生原因,最后重点探讨了框架结构施工中梁柱节点的质量控制。

关键词:框架结构 梁柱节点 质量控制

中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0039-01

连接节点在多、高层框架结构建筑设计中占有非常重要的地位,是保证框架结构建筑整体受力性能的重要部位,对结构受力有着重要影响。根据世界地震实录分析表明,许多框架结构建筑都是由于节点首先破坏而导致建筑物整体破坏的,因此节点设计是整个设计工作的重要环节。建筑结构形式趋于复杂,造型富于变化,梁柱形式及接头方式多元化发展,梁柱节点,也称梁柱接头或框架节点。由此而来的梁柱节点质量问题日益突出。尤其是框架结构,这是一种应用量大面广的结构形式,它的梁柱节点质量对整个结构体系的承载能力、变形适应能力起着举足轻重的作用。

1 框架结构施工中梁柱节点类型

节点是框架结构的一个非常重要部位,根据节点所处的位置不同可将节点分为以下几种:顶层边柱节点;顶层中柱节点;顶层角柱节点;中层边柱节点;中层中柱节点;中层角柱节点。由于各类节点所处位置不同梁柱相交方式也不相同,因而节点的受力状况也不尽相同。其中角柱节点的受力是最为不利的,中柱节点由于受四周有梁的约束,所以比较有利,但在地震作用下,核心区也比较容易剪切破坏。而对于边柱节点,柱的抗弯能力比较大,强柱弱梁的目标,比较容易满足,但很容易发生梁筋和柱筋的粘结滑移情况。相比之下顶层边柱节点受力比较复杂,节点核心区容易发生破坏。由于梁筋可以直通锚固,所以顶层中柱节点,在水平荷载下,柱的抗弯能力与梁相比较弱,塑性铰经常出现在柱端。本文主要研究中层边节点碳纤维加固后的抗震性能。

2 节点破坏形式及节点破坏的主要原因

梁端受弯破坏,在受拉钢筋屈服的同时,受压区混凝土被压碎。混凝土保护层剥落,梁端形成塑性铰。核心区剪切破坏,在水平力作用下,抗剪强度不足的核心区,逐渐产生斜向交叉裂缝。严重情况时混凝土成块剥落,箍筋外鼓甚至可能崩断。柱端压弯破坏,在轴力和弯矩的共同作用下,柱端混凝土受压发生破坏,柱筋压曲,最后塑性铰在柱端形成。锚固破坏,梁受力钢筋锚固长度不足导致破坏。

节点破坏的主要原因有以下几点:节点核心区箍筋配置不足、梁筋锚固长度不足、混凝土缺少足够的约束、施工质量不良等。这些原因导致节点核心区强度与延性不能满足抗震要求。我国对于框架节点的抗震研究是在唐山大地震以后才开始的,正是由于那次地震的影响,我们才了解到抗震设计的重要性,并随后大量开展抗震设计研究。从施工现场实际情况看,框架结构梁柱节点部位都不同程度的存在上表所列外观质量缺陷。

3 框架结构施工中梁柱节点的质量控制

3.1 材料的控制

(1)水泥。水泥呈粉末状,与水混合后,经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体,并能将沙、石等散粒状材料胶结成为整体,所以它是最重要的建筑材料之一,也是梁柱节点系统中最重要的要素之一。水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。原则上是配制高强度等级的混凝土,选用高强度等级的水泥;配制低强度等级的混凝土选用低强度等级的水泥。如果强度允许,可采用掺加粉煤灰来调整。(2)钢筋。进场时应按炉罐(批)号及直径分批检验,检验内容包括查对标志、外观检查,并抽取试样作化学性能试验,合格后方可使用。钢筋堆放和加工场地应排水通畅。钢筋不得在地上直接堆放,而应用木方垫起,以防受水受潮锈蚀变质。保证梁柱节点钢筋的数量、间距和锚固最有效的方法是在钢筋绑扎前合理确定各个方向、各种钢筋的穿插、摆放顺序和绑扎顺序,要明确哪根钢筋先放、哪根钢筋后放以及何时绑扎哪根钢筋。(3)细骨料。预应力混凝土不宜用海砂。若必须使用海砂时,则应经淡水冲洗,在可能的情况下,梁柱节点施工中尽量选用山砂。颗粒级配合理、粗细程度适宜并通过试验确定。(4)拌合用水。混凝土拌和用水按水源可分为饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。(5)外加剂。控制混凝土自缩,合理选用外加剂,掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩,但是对于某些减水剂、泵送剂,尤其是具有引气作用时,有增大混凝土干燥收缩的趋势。

3.2 优化系统的结构

(1)调整水灰比。水灰比对自缩值的影响比较大,随水灰比减小,混凝土的自缩值和自缩速度增大。调整水灰比以减少沉陷(塑性)收缩裂缝:要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3以下,水灰比在0.6以下,在满足泵送和浇筑要求时,宜尽可能减少坍落度。(2)确定水泥浆的用量。水泥浆过少,致使其不能填满骨料空隙或不能很好包裹骨料表面时,就会产生崩塌现象,粘聚性变差。因此,混凝土拌和物中水泥浆的含量应以满足流动性要求为度,不宜过量。(3)控制好砂率。采用合理砂率时,能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性,而水泥用量为最少。(4)混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散,降低混凝土表层的温差,防止表面裂缝。由于散热时间延长,混凝土强度和松弛作用得到充分发挥,使混凝土总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度,防止了贯穿裂缝的产生。(5)模板和架体支撑。模板及其支架在安装过程中,必须设置防倾覆的临时固定措施。模板拆除时应能保证混凝土表面及棱角不因拆除模板而破坏。

3.3 框架梁-柱刚性节点设计改进

(1)将塑性铰的位置外移。将梁柱连接在构造上使塑性铰外移。将塑性位置从柱面外移有两种方法:一种是将节点部位局部加强,一种是在离开柱面一定距离处将梁截面局部削弱。钢梁中的塑性铰典型长度约为梁高的一半,当对节点局部加强时,可取塑性铰位置为距加强部分的边缘处梁高的1/3。节点局部加强固然也可使塑性铰外移,但应十分注意不要因此出现弱柱,有背强柱弱梁的原则。(2)梁翼缘焊缝衬板缺口效应的处理。在下翼缘的焊缝中部由于焊条通过切角困难,焊接和探伤操作都要被迫中断,通常存在缺陷,割除衬板后可以目视观察,从而减少在此部位不易查看到的裂纹。(3)扇形切角构造的改进。对扇形切角的设置也提出一系列规定,包括不开扇形切角和开扇形切角两大类,并规定扇形切角可采用不同形状;对于柱贯通形和梁贯通形节点分别规定了不同的构造形式。柱贯通型节点的扇形切角形式有两种,其特点是将扇形切角端部与梁翼缘连接处圆弧半径减小,以便减少应力集中。(4)将梁腹板与柱焊接。美国SAC在采用狗骨式连接时建议:将以往的腹板栓接改为焊接,用全熔透坡口焊缝将梁腹板直接焊在柱上或通过较厚连接板焊接。

参考文献

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