梁柱核心区混凝土代换技术2010

1、目 录绪论2一、梁柱强度不等时核心区混凝土施工存在的问题3二、复兴医院新病房楼项目理论支持及计算4三、广州广交会新展馆的理论突破8四、实施效果及总结10梁柱核心区混凝土代换技术蔡鹏程 北京建工集团有限责任公司房地产开发部摘要本文主要研究钢筋混凝土框架结构中梁柱节点混凝土强度不相等时设计与施工矛盾问题（标号相差不小于两个等级），探索了以单一低强度代替不强度的混凝土替换方法。在不等强梁柱节点加腋处理，因节点处混凝土在三轴受力状态下，具有很高的表现强度，即使采用梁的混凝土强度（低强度），其实际表现强度仍可能高于柱的强度，并经广州新展馆项目应用实施，在高效优质施工方面取得了良好效果。该项技术，在国内建

2、筑领域，解决了现代高层建筑频频出现的设计与施工工艺矛盾，通过应用总结，该项技术具有极大的推广价值。关键词不等强，梁柱节点，混凝土替换，加腋Abstract:In the paper, we studied the problem over the design and construction of concrete framework structure with differential for concrete intensities more than two grades at the beam-to-column connection. Concrete at the joint

3、has high apparent strength as it is under tri-stress condition. When we add haunching at the joint by pouring with lower-intensity concrete, the apparent strength will be possibly higher than the column. Replacing higher-intensity concrete by lower-intensities can improve construction efficiency and

4、 concrete quality. This tenchnique was used successfully in Guangzhou Exhibition hall for the China Export Commodities Fair.Keywords: different intensity, beam-to-column connection, replace of concrete, haunching绪 论近年来，随着房地产商业步伐的加快，土地价格逐步增高，在有限的土地内实现高容积率、高使用率的建筑产品，成为很多开发商及投资商追寻的热点，因此，建筑高度逐年增加，并伴随建筑功

5、能的不断丰富，公共建筑（尤其展览建筑）对于建筑物的跨度要求也逐渐增加。现浇混凝土框架结构高层建筑中，框架柱为了尽可能满足建筑功能要求及提高有效建筑面积利用率，设计往往尽可能减少柱截面面积，柱因承受上部多层建筑物传递下来的竖向荷载，其混凝土强度一般相对较高，而梁因其仅承担本层荷载且考虑梁端“强柱弱梁”的抗震作用（设计人力求保证建筑物在遇自然灾害破坏时，梁端呈塑性破坏，以保证建筑物破坏时的前兆，为人员撤离提供充裕时间），混凝土强度相对较低。这样，梁与柱在结构设计上往往采用不同强度等级的混凝土，即柱的混凝土强度高于梁。在梁与柱核心区混凝土强度大于两个标号时，梁柱节点混凝土按现行规范，采用同柱的高强度

6、浇筑。这种做法在取得设计合理性的同时，为施工增大了操作难度。增加了一道施工工序，而施工难度的增大，又将降低质量保证的可靠度，降低通过施工实现设计意图的满意度。因此为了兼顾设计与施工，有效工程的最终质量水平，我些项目技术人员，经过查阅大量设计理论依据，与设计人员协商，采用了梁角加腋方案，使梁柱核心区混凝土处于三相受力状态，满足理论计算模型，然后进行验算，发现，再次状态下的核心区混凝土，即使采用与梁相同的低强度，其实际表现强度仍然可能高于柱的高强度混凝土，因此，采用同梁的低强度混混凝土一次性浇筑成为可能。并经过整栋建筑的事实、成品检测，产品效果实现预期。本文中，笔者根据所经历的复兴医院新病房楼工程

7、及广州广交会新展馆结构工程，结合技术工作中的具体案例阐述“梁柱核心区混凝土代换技术”。技术方法有不成熟之处，希望各位专家斧正。一、 梁柱强度不等时核心区混凝土施工存在的问题现浇混凝土框架结构高层建筑中，框架柱为了尽可能满足建筑功能要求及提高有效建筑面积利用率，设计往往尽可能减少柱截面面积，柱因承受上部多层建筑物传递下来的竖向荷载，其混凝土强度一般相对较高，而梁因其仅承担本层荷载且考虑梁端“强柱弱梁”的抗震作用（设计人力求保证建筑物在遇自然灾害破坏时，梁端呈塑性破坏，以保证建筑物破坏时的前兆，为人员撤离提供充裕时间），混凝土强度相对较低。这样，梁与柱在结构设计上往往采用不同强度等级的混凝土，即柱

8、的混凝土强度高于梁。梁柱节点混凝土与柱相同，采用高强度。并且，为保证梁柱混凝土的整体性，将使用高强度混凝土的范围自节点向梁扩展，一般要求为梁上皮。这种做法在取得设计合理性的同时，为施工增大了操作难度。而施工难度的增大，又将降低质量保证的可靠度，降低通过施工实现设计意图的满意度。因此为了兼顾设计与施工，有效工程的最终质量水平，对这一课题进行研究与实践是非常必要的。具体而言，至今一直被采用的传统方法，即如上所述的梁柱采用不同强度等级混凝土的方案弊端有四：1） 这种施工方法操作繁琐，要将高强度混凝土浇筑进入梁一部分，并用模板进行留茬，待节点混凝土初凝后方可进行梁体混凝土浇筑。2） 梁钢筋密集（尤其大

9、跨度的梁），斜茬模板难以固定和密闭。3） 目前市区工程中均采用商品混凝土，其特点是流动性大，斜茬处若不采用模板而任其自由流动，会令实际的角很小，混凝土流出距离长，施工中难于振捣；4） 两种强度的混凝土，分二次浇筑，其颜色必然存在较大差异，造成混凝土表面观感不好，甚至可能出现冷缝。图1 常规节点不等强度混凝土浇筑图2 常规节点不等强度混凝土浇筑（透视图）以往工程中，曾有应用一种简单方案的先例，即：包括梁板的全部混凝土强度均提高为与柱相同。这样，不仅在资源上增加了投入，而且违背了“强柱弱梁”的设计意图。笔者在复兴医院新病房楼工程及广州广交会新展馆工程中，均遇到此类情况，全楼的梁柱节点混凝土皆不等强

10、。为了严格控制工程质量，保证混凝土整体性连贯是质量控制的关键点。而解决这个问题，最有效的办法便是在节点处采用同梁的低强度混凝土。实现整个梁部分的混凝土连续浇筑。二、 复兴医院新病房楼项目理论支持及计算为解决这个问题，笔者查阅了有关文献著作，注意到贵阳工学院的舒传谦曾在97年第一期建筑结构中，发表了“多层建筑不等强混凝土轴心受压柱承载能力计算”一文。他指出：柱在楼盖中的混凝土为夹层混凝土，并通过大量的试验证明了，夹层混凝土在各种因素影响下，具有较高的表现强度，即使该部分采用较低强度等级的混凝土（一般与楼盖相同），其表现强度仍然可以达到甚至超过柱子的混凝土强度。同时他通过理论计算及实验数据比较，总

11、结出夹层部分混凝土强度计算公式：其中：楼盖混凝土表现强度楼盖混凝土原有的立方强度上下柱端对楼盖混凝土的约束作用所产生的表现强度=()=1/+0.3)：上下柱段混凝土立方体强度，楼盖混凝土原有立方体强度荷载扩散对楼盖混凝土表面强度的影响水平钢筋对夹层柱的强度影响从而看出，该节点部分采用同梁的强度等级混凝土是有可能的。把本工程的情况与该文章进行对比，发现：舒所研究的问题与本案区别在于，该文的研究对象为板柱交点，该部分混凝土属于三向受力，符合其假定条件；而本案所研究的是梁柱节点，节点三轴受力混凝土呈“十字”形分布（如图所示虚线部分），因实际三轴受力区相对减少，其承载能力不完全符合舒的公式、两项（=，

12、水平钢筋拉力作用）。曾有些技术人员直接采用舒的公式计算梁柱节点混凝土的承载力，这是不准确的。图3 “夹层混凝土”实际区域示意图为了保证全部节点的受力状况尽可能接近于舒的假设，我在节点处采取了三角形加腋处理即八边形节点（实际操作可结合具体情况做成方腋），并配有相应的箍筋及竖向钢筋，保证八边形混凝土节点协同受力，进而为节点区混凝土三向受力创造条件。图4加腋处理以保证“夹层区”充分实现梁柱节点按梁的混凝土强度计算（以中柱节点为例，并采取加腋处理）已知条件：建筑层数10层，抗震设防烈度8度，框架抗震等级为二级，层荷载标准值为14，梁为双向正交，梁截面：=300×500，框架柱截面尺寸：600

13、×600，柱网间距7200×6000，柱混凝土C50，梁混凝土C40，柱纵向配筋425+820（配筋率1.24%），梁在柱节点处配筋425+225+520（配筋率1.25%），轴压比限值取0.8，本工程采用新三级钢，其设计强度360/，按此条件，对该中柱的抗压承载能力进行验算。柱混凝土强度C50，节点高宽比：（为柱宽）上下约束系数：应力扩散系数：=0.206梁柱宽度比： 水平钢筋面积：4516节点混凝土表现立方强度40/=(1(50×40)/=(1+×)2 - 1×0.206)2 - 140=/= 246×4516(600×

14、500)=/=40+=/>=50/因此，其表现强度较C50混凝土还要高，通过线性计算，/，则其2/ > /实际承载能力=(+)=4×(25/2)2+8×(20/2)2×3.14=4476=1.0(23.645×6002+360×4476)=10123远远大于柱子的设计荷载7560，所以满足设计要求。如前所述，为了保证节点混凝土表现强度的充分实现，节点采取三角加腋，并配置构造钢筋加固。箍筋为12100八边形箍筋，立筋为16根14钢筋。见图5。图5不等强梁柱节点混凝土替换简图混凝土强度同梁图6节点钢筋加固处理图7 常规与本方案比较效果图

15、三、 广州广交会新展馆的理论突破广州广交会新展馆工程的框架柱与梁混凝土相差三个等级，以首层为例，柱为C60，梁为C40，采用前例所述的方法进行验算，尽管核心区表现强度大幅提高，却仍然达不到C60的抗压强度表现值。有效解决核心区混凝土连续施工问题（混凝土替换）成为本项目的一个新难题。为此，我认真翻阅了混凝土结构设计规范（下称“设计规范”）发现，在轴心受压构件中，采用螺旋箍筋可提高受压构件抗压能力的公式（参见设计规范公式7-1）：=间接钢筋的抗拉强度设计值构件的核心截面面积:间接钢筋内表面范围内的混凝土面积螺旋式或焊接环式间接钢筋的换算截面面积构件的核心截面直径:间接钢筋内表面之间的距离螺旋式或焊

16、接环式单根间接钢筋的截面面积间接钢筋沿构件轴线方向的间距间接钢筋对混凝土约束的折减系数:当混凝土强度等级不超过C50时取当混凝土强度等级为C80时取其间按线性内插法确定。本案为1。可见，螺旋箍筋可大幅度增加混凝土抗压强度，假设增强值为，则：=/A（A为柱截面面积）。则可以按照新的计算模型进行验算。（以中柱节点为例，并采取加腋处理）已知条件：建筑层数10层，抗震设防烈度7度，框架抗震等级为二级，层荷载标准值为，梁为双向正交，梁截面：=700×1000，框架柱截面尺寸（以KZ7为例）：1050×1050，柱网间距16000×15000，柱混凝土C60，梁混凝土C35，

17、柱纵向配筋1432（配筋率1.24%），梁在柱节点处配筋双向均为1632+1432（配筋率1.25%）。轴压比限值取。螺旋箍筋为1450，处于梁筋内侧。二级钢设计强度300/,三级钢计强度360/，按此条件，对该中柱的抗压承载能力进行验算。梁柱几何参数柱混凝土强度C50，节点高宽比：=1000/1050（为柱宽）上下约束系数：应力扩散系数：°=0.19梁柱宽度比： =700/1050=0.667水平筋面积：24127螺旋箍筋面积：113节点混凝土表现立方强度40/=(39(60×35)/=(1+×)2 - 1=0.667(1+0.95×0.19)2 -

18、140=10.53/= 246×24127(1050×1000)=/=/A=/A=2×300××（700-150）×1131/(1050×1050×50)=/>=60/因此，其表现强度较C60混凝土还要高，通过线性计算，/，则其2/ > 27.5/如前所述，为了保证节点混凝土表现强度的充分实现，节点采取三角加腋，并配置构造钢筋加固。箍筋为12100八边形箍筋，立筋为16根14钢筋。梁柱节点加腋后构造及几何参数四、 实施效果及总结上述工程梁柱节点混凝土代换方案，通过如上的受力分析验算，并与结构设计反复协商，最后均得到认可并实施。该项措施降低了工艺难度，提高了施工速度，解决了梁柱节点混凝土观感问题，保证了混凝土的整体性，且无