一、引言
无论是框架、框剪还是框筒结构,框架在高层钢筋混凝土结构中,作为抗侧力构件,均起非常重要的作用。在抗震设计中,“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”等作为基本设计原则,也是重要的抗震构造措施,是保证结构具有合理的抗震防线,以及较大的延性和耗能能力的保障。梁柱核心区是这些抗震措施能否实现的关键。然而,梁柱节点本身比较复杂,它受力复杂,可能会出现剪压破坏和粘接锚固破坏,它不能作为框架的耗能部位。因此,设计中在计算满足的同时,对梁柱节点提出强核心区,强锚固的要求。
另外往往由于荷载组合及内力计算的结果,在高层中要求竖向结构取较高混凝土强度等级,而平面梁板为减少混凝土水化热的不利影响,混凝土强度等级一般不能高于C35,这就造成同一层的竖向构件(柱、墙)混凝土强度等级高于水平构件(梁、板)的混凝土强度等级。高层建筑的框架结构节点处,经常会出现柱混凝土强度等级比同一层梁板高的情况。针对这种情况,通常的施工方法是先浇节点处混凝土强度等级高的核心部分,然后于初凝前再浇梁板混凝土。
在施工中,梁柱节点本身又是难点。一方面,梁柱节点区是梁及柱钢筋的汇交处,钢筋数量多,又相互穿叉,又要有足够的锚固,混凝土难以浇捣密实。另一方面,由于设计的要求,高层中往往同一层的竖向构件(柱、墙)混凝土强度等级高于水平构件(梁、板)的混凝土强度等级,这进一步增加了施工的难度。在这种情况下,一旦处理不好,就会发生部分楼层在梁柱节点处高低强度等级混凝土交界面附近出现微细裂缝,这显然是不希望发生的现象。
二、从施工方法上分析
为什么会产生裂缝?是否对结构有不良影响?我们先从施工方法上分析。
建筑多数使用商品混凝土或现场搅拌站泵送浇捣的情况,当梁柱混凝土强度等级不同时,施工可采用分别浇捣的方法。不管柱顶留或不留施工缝,均应先用塔吊吊斗或混凝土泵输送柱等级的混凝土就位,分层振捣,在楼面梁板处留出45°斜面。在混凝土初凝前,随之泵送浇筑楼面梁板的混凝土。采用这种方法浇捣楼层柱、墙、梁、板混凝土时,应重点控制高低强度等级混凝土的邻接面不能形成冷缝,这也是交界面附近出现微细裂缝的主要原因。
施工中如何避免或减少它的影响呢?一般,施工宜在柱顶梁底处留设施工缝,以缩小节点核心区高强度等级混凝土浇捣时间,避免高低强度等级混凝土的邻接面形成冷缝。同时对梁柱节点钢筋密集的核心区用小型插入振捣器加强振捣,杜绝漏振死角;对于钢筋确实过分密集的情况,应事先和设计单位联系采取适当的技术措施,确保节点核心区混凝土的密实性和设计强度。另外,梁柱节点处不同强度等级混凝土时,也可采用在墙柱边1米范围内梁板混凝土强度等级同节点。这样,最能保证节点区强度,也弱化了混凝土强度变化带来的影响。这种方法应该说是最能保证施工质量且最便于施工的,但这将增加造价,也必须经设计院认可。
三、提出解决办法
以上是从施工方面分析,梁柱节点处不同强度等级混凝土采用分别浇捣的施工方法给施工带来不便,且容易形成邻接面的冷缝。有时候当柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过二级时,也可考虑梁柱节点处的混凝土随同梁板一起浇捣。但应当指出:此时,梁柱节点处的混凝土强度如果取用梁板的混凝土强度,会引起柱在竖向荷载作用下的承载力不足,以及地震作用下节点核心区的抗剪承载力不足,所以一般不应采用。下面我们进一步分析原因并提出解决办法。
在梁柱节点处高低强度等级混凝土交界面附近出现微细裂缝,最主要原因是梁柱节点处,混凝土的强度等级相差较大(相差两个等级)时,不同强度等级的混凝土,其水泥用量、水灰比、用水量都不同,柱子体积大,水泥用量多,产生的水化热高,高低强度等级混凝土的收缩有差异,所以在其交界附近容易产生裂缝。施工中一方面应要求混凝土搅拌厂调整配合比设计,在满足强度等级及可泵性的条件下,对柱子混凝土,减少水泥用量、减少含砂率、增加石子含量、减少坍落度、减少用水量,并对粉煤灰和外加剂的用量也需作相应的调整。另一方面,节点处的混凝土实行“先高后低”的浇捣原则,即先浇高强度等级混凝土,后浇低强度等级混凝土,严格控制在先浇柱混凝土,初凝前继续浇捣梁板的混凝土,事先作好技术交底和准备工作。①
其次,现浇梁板的梁在板下,上面养护的水被板充分吸收,而梁得不到充足的养护水分,造成梁的内外不均匀收缩,也容易导致梁的两侧面产生裂缝。为此,加强混凝土的养护,特别是梁,除了板面浇水外,还应在板下梁侧浇水,在满堂承重脚手架未拆除之前,可以用高压水枪对梁进行浇水养护,并推迟梁侧模的拆模时间。②
另外,商品混凝土配合比中,高强度等级混凝土的水泥用量偏多,水灰比、含砂率、坍落度偏大,也会导致高低强度等级混凝土交界附近产生裂缝。施工中应严格控制混凝土拌合物的坍落度,节点核心区柱子部位混凝土采用塔吊输送,以期降低坍落度。在现场,对每车混凝土都应进行坍落度检测。③
还有,柱子断面大,刚度大,而梁的截面相对较小,刚度相对较小。受柱子的强大约束,梁混凝土的收缩受限制,也容易产生裂缝。施工中可采取梁板的混凝土采用二次振捣法,即在混凝土初凝前再振捣一次,增强高低强度等级混凝土交接面的密实性,减少收缩。④
有时,有的梁侧面水平方向的构造钢筋太少,对梁的抗收缩裂缝不利。设计及施工时,在产生裂缝相对较多的梁的侧面,增加水平构造钢筋,提高梁的抗裂性。⑤
四、结论
经现场察看和讨论分析认为,上述原因中,①③④项是由混凝土收缩产生的,②项是施工养护引起的,⑤项在设计中可以解决。这些裂缝不是荷载作用下的结构裂缝,并不影响结构的安全。然而,出现裂缝对实际使用及耐久性,总是有不利影响的。根据上述原因分析,只要设计、施工中采取的针对性措施到位,并精心施工,梁柱节点高低强度等级混凝土交界处附近的裂缝完全可以得到避免。
参考文献:
[1]混凝土结构设计规范(GB50010-2002),中国建筑工业出版社,2002.
[2]建筑抗震设计规范(GB50011-2001),中国建筑工业出版社,2001.
[3]中国有色工程设计研究总院主编,混凝土结构构造手册(第三版),2003.