高层建筑框架结构梁柱节点施工技术分析

杨献宇 (中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆 400016)

高层建筑梁柱节点是构成框架主体结构的关键性部位，不但构造形式相对复杂，而且中间柱钢筋接头多、分布密集、工序紧凑、施工空间狭窄受限，在工程实际中操作非常不便，给高层建筑的工程质量带来许多影响[1]。在国家提高了高层建筑抗震性能要求后，施工单位需要更加重视梁柱节点核心区强度以及延性设计，避免地震给高层建筑框架结构带来整体性的破坏，同时提升建筑整体的质量与安全性。

1 高层建筑框架结构梁柱节点的结构性

1.1 震时应力状态

高层建筑框架结构梁柱节点核心区在一般情况下同时受到压力与剪力作用，在承受柱压力的同时承担两端弯矩，并在震时处于剪压复合应力状态，又可根据节点构成类型分为三种：①L形节点。由于核心区锚固了所有的梁柱钢筋，节点主要承受开闭弯矩，震时纵筋承受的剪力最大；②T形节点。梁筋通过节点而不锚固、难锚固易导致震时出现塑性铰、钢筋滑移、角柱双向偏心受压等现象；③十字型节点，震时受到四周梁体压力及端部剪切力，影响核心区混凝土稳定性。

1.2 震时破坏形式

高层建筑框架结构梁柱节点核心区特别是角柱、边柱，由于扭转和偏心等影响，受力更为复杂，比内柱更易引起震害。在震时常见破坏形式为：①交叉形式裂缝。处于震时受力状态的剪切破坏反复作用于节点核心区，形成多种裂缝并扩大，混凝土体分为若干块，导致节点区域强度整体降低；②柱端混凝土压酥或剥落。在弯区应力和轴向应力的超负荷作用下，斜向对角裂缝扩大贯通后，进一步压碎混凝土小块，严重时导致脱落；③柱端钢筋压屈外鼓。混凝土体破坏后节点抗弯刚度降低，箍筋单独承受应力并陆续屈服，在柱端顶出混凝土剥落裂片，同时出现箍筋外露现象。

1.3 震时破坏过程

高层建筑框架结构节点核心区受箍筋绑扎质量影响，在地震作用下产生的破坏按照一定的顺序并分为两个阶段：①裂缝产生及扩大。震时应力荷载增加，作用于节点核心区混凝土，斜向裂缝自角上出现并向节点核心区中心斜向贯通，最终形成裂缝，导致节点核心区混凝土刚度下降，梁内钢筋开始产生屈服现象，但此时残余变形尚不明显；②残余变形。随着裂缝进一步扩大，节点核心区混凝土与箍筋之间的约束力进一步降低，产生较大的残余变形现象，直接影响到建筑物的安全性，不容忽视。

2 高层建筑框架结构梁柱节点施工中存在的问题

2.1 混凝土结构设计中存在的问题

梁柱节点本身作为梁的支撑体系，应属柱的一部分，其混凝土强度等级本应等同于柱，在工程实践中，多层建筑框架设计一般采取梁柱同等的结构设计，但在《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中，并未对梁柱节点混凝土有明确要求[2]。在实际施工中，高层建筑混凝土结构一般采取柱混凝土设计强度高于梁板设计强度的情况十分常见，但由于高层建筑的自压力自上而下逐渐增大，建筑上部控制柱端轴压与建筑下部所承受的轴压差距明显过大，因此在二者设计强度方面应留出明显差距，以平衡不同区段所面临的实际压力，在混凝土浇筑施工中常常会面对这个问题。一般情况下，高层建筑施工设计当中常常采用“强柱弱梁”的结构设计，在梁柱混凝土强度相差10MPa及以上时，梁柱节点区按高等级施工，但梁板混凝土的强度等级受抗弯承载力、构件承受收缩应力、构件承受温度应力等条件制约，不适合应用强度等级过高的混凝土，而且当前在面对高低强度不同的混凝土交界处施工时，裂缝现象尚无法完全消除，工程仍面临着一定的难点。

2.2 施工设计的问题

高层建筑框架结构梁柱节点混凝土浇筑施工的重点主要在于钢筋绑扎，通常选取两种施工方法中的一种进行，但两种施工方法都存在一定的问题：①先柱后梁。首先将每层柱箍筋全部按设计要求绑扎完毕再安装模板，柱体浇筑混凝土施工缝设计在梁底5cm～10cm处，柱模拆除再安装柱头节点模板、梁底模板，然后绑扎框架梁钢筋，进行梁与梁柱节点浇筑施工。这种施工方法因为梁柱节点处的钢筋绑扎丝太密集，常常导致梁柱节点箍筋处混凝土浇灌作业不顺畅，如果不解开扎丝混凝土流入就不充分、不致密，但解开扎丝会导致节点处箍筋散乱，而且水泥浆会向下污染柱中钢筋，有较为明显的施工劣势；②沉梁法。绑扎竖直构件箍箍时预留节点区箍筋不绑，完成全部的节点、梁板模板的安装后再绑扎梁钢筋，临时支架拆除后再将已经绑扎完成的梁钢筋骨架吊入梁模。沉梁法对一次成形及沉入的要求较高，沉入后常见绑扎数量不足、操作间距局促、调整作业难、柱箍筋绑扎遗漏且无法弥补操作等问题，容易影响工程质量。

2.3 钢筋绑扎中存在的问题

高层建筑框架结构梁柱节点的钢筋绑扎作业质量控制一直是工程管理中的常见问题，常见原因主要与工人质量意识淡薄、施工管理不够重视、监理人员素养不足等有关，除此之外在工艺工法和实地施工条件方面也有诸多限制，严格按照设计图进行节点区核心区钢筋绑扎作业是不现实的，主要有以下两个方面的问题：①施工间距问题。梁柱节点钢筋绑扎实际施工中常面临箍筋缺绑、不足数、不分间距、箍筋堆叠等问题，这种问题常常因为节点区箍筋绑扎与梁底穿筋作业之间发生冲突，施工人员不得不在节点区做出一定的避让，或者对已绑好的节点箍筋进行调整与拆除，甚至对梁底筋弯钩进行熔断、调整而导致；②纵筋锚固问题。高层建筑中柱截面适当增大时，往往采用相对复杂的复合箍筋，纵筋的绑扎往往面临穿筋操作空间不足，使用导筋、U形开口箍或者熔断弯钩，极易导致锚固长度缩短，不拆除模板就无法解决节点区箍筋问题，在设计与实际施工中二者往往最终达成妥协[3]。

2.4 模板安装中存在的问题

高层建筑框架梁柱节点的模板支设工作存在的问题相对普遍，梁柱节点的支模工作相对操作烦琐，施工效低较低，一般情况下工程实际中常常采用成本较低的木模，多在施工现场散堆散装、散支散拼，精确度较低，易发生尺寸偏差大、拼缝不严、平整度低、接驳垂直度差等问题，或者在沉梁作业中面临模板定形的条件下作业，很难使钢筋绑扎工作满足设计要求，而安装好模板后再进行整改是非常困难的，不利于调整节点箍筋或及时清理节点内杂物[4]。

3 高层建筑框架结构梁柱节点施工措施

3.1 高层建筑框架结构梁柱节点混凝土结构设计措施

高层建筑框架结构梁柱节点区施工质量非常依赖施工现场的组织及施工人员的熟练度，由于在结构设计中不能够充分考虑到混凝土及钢筋的理化性质变化，往往在接槎处无法充分保障施工质量，因此设计者应该充分借鉴本地区的第三方施工经验，充分预测施工中可能产生的难点，充分设计优化措施：①施工组织优化措施。施工单位在认识设计意图的基础上，尽量简化施工工序，科学地组织和配比施工人力物力，对混凝土强度等级进行合理取值，混凝土等级之间在符合规范要求的前提下种类不应过细、过多；②施工程序优化措施。施工时钢筋绑扎时要水平构件与竖向构件型号匹配、操作尽量简化，浇筑工作尽量要错层同步，避免梁柱节点区单独浇筑混凝土；③钢筋绑扎优化措施。对钢筋绑扎工序进行改进，例如在沉梁法的基础上，在箍筋的四角增设导筋，并按照一定的间距在节点区箍筋处绑扎导筋，形成固定性更好的短钢筋笼骨架，或者设计U形开口箍在梁骨架上焊封闭箍[5]。

3.2 高层建筑框架结构梁柱节点混凝土现场施工措施

为了满足高层建筑的框架结构抗震设计，当前主要手段是使混凝土设计强度等级维持在结构柱≥梁板+2×5MPa标准，为完善同一浇筑面上高低等级混凝土的接槎作业，较为成熟的施工做法为：①流水段浇筑。首先，根据浇筑面宽度、浇筑速度等参数，计算出梁板及节点区混凝土体积，统筹两种高低等级混凝土的浇筑及接槎时间，尽量控制在2h内。为了优化接槎施工作业，可在梁柱节点附近柱、梁交界处，沿45°斜面从梁顶面到底面设置密目铁丝网，避免强度等级不同的混凝土相互流入、渗透，达到间隔高低等级混凝土的目的。梁柱节点区混凝土浇筑顺序为先内后外，混凝土标号先高后低，高强度混凝土运输设备应采用塔吊，浇筑设备应采用非泵送设备，以控制用水量、砂率、坍落度等具体技术指标，浇筑施工时还应注意梁柱节点钢筋密集处振动棒的插拔问题，该处钢筋碰撞频繁或者卡点较多，有时会造成圆柱体振动棒插拔困难，出现碰撞钢筋现象，从而导致产生漏振、过振、离析等问题，可通过采用片式振动棒加以避免，并采用二次振捣法提高混凝土的密实性，尽量减少混凝土收缩量[6]。

3.3 高层建筑框架结构梁柱节点混凝土梁柱节点防裂措施

高层建筑框架结构梁柱节点处由于常常处于高低强度等级混凝土交界处，其附近的结构性裂缝必须采取一定的控制手段。混凝土浇筑作业应提高钢筋的粘结锚固作用与结构耐久性，使钢筋充分置于混凝土包覆的碱性环境下，并在表面形成耐腐蚀的钝化膜，因此要给箍筋留足设计厚度的保护层而且不宜过厚，防止节点处产生裂缝，需要注意以下几点：①节点核心区周围50cm与梁板混凝土应连续浇筑细石混凝土，以减少石子与钢筋的撞击问题，提高粘结力，高低强度等级不同的混凝土交界处不得残留任何缝隙；②合理进行混凝土配比，并具体控制灌注作业的分类浇筑与坍落度，保证节点核心区的养护时间，避免高低等级混凝土交界处收缩产生裂缝；③适度加筋设网，如图1所示。例如，在梁柱节点核心区作抗剪力设置或者调节补偿核心区施工误差，可补加构造钢筋并与柱筋进行焊接以增加抗裂能力，也可以通过加设钢筋网以避免梁柱顶层角节点处外侧钢筋保护层过厚，提高顶层角节点的抗裂能力。

图1 梁柱角节点处增加钢筋网图

3.4 高层建筑框架结构梁柱节点混凝土节点箍筋绑扎措施

高层建筑框架结构梁柱节点混凝土节点箍筋绑扎一般有梁内搭接和柱顶搭接两种方法，如图2所示。①梁内搭接。当竖向柱体与水平梁体分体浇筑时，在梁底截面设置混凝土灌注缝，搭接施工在梁截面高度内进行，超出梁宽的柱外侧钢筋可伸入板内进行锚固，但遇到柱截面与梁截面差距较大情况且伸入梁内的柱外侧纵向钢筋截面面积小于总截面面积的65%时，不应梁内搭接；②柱顶搭接。当竖向柱体与水平梁体同时浇筑时，混凝土灌注缝沿节点外侧及梁顶布置，搭接施工在柱顶处进行，此部分高应力区接头段呈直线分布且与梁体接头面积100%，钢筋下伸的搭接长度取1.7，柱筋伸至柱顶后向节点内弯折后切断，但在梁宽大于柱宽的扁梁框架结构时，梁部分钢筋无法接入柱内，不应柱顶搭接。例如，在某项目采用沉梁法施工时，事先考虑到具体绑扎施工区域操作空间狭窄的局面可能会给节点箍筋施工调整带来一定的困难，因此应用了两个U形开口箍筋拼成一个完整箍筋的加筋设计，此外还应用圆形箍筋且搭配拉筋组成井字形排列，调整绑扎时在柱头侧面和现浇板下方进行施工。

图2 梁内搭接与柱顶搭接示意图

3.5 高层建筑框架结构梁柱节点混凝土模板施工措施

可应用定制铝合金模板体系，采取场外工厂预先制作法，达到节省人工物料、重复周转使用的经济效果，简化现场作业难度，提高施工效率与质量。可根据结合节点箍筋的绑扎顺序进行施工规划，在柱四角处设计M形模板，也可根据梁柱截面宽度设计U形模板，梁柱节点处按照梁底模、穿梁底筋、节点箍筋、节点模板的安装工序。在工程实际中，可应用高质量的铝合金节点模板进行安装施工，施工方案为：①方案设计。将各个梁柱节点进行编号，每个编号对应唯一的一组几何数据，制作方案。例如，框架梁宽度范围、侧面板的规格及材质、梁柱搭接长度、五金件数量、组合方式等数据，便于厂家绘制工程图及撰写使用说明书；②模板生产。在合作工厂内由具备相关资质的生产商根据图纸及设计方案进行模板预制，每块模板上标注相应的标识，包括厚夹板、背楞、五金件、夹具、载装具等相关产品的制造与生产，其周期应严格按照合同要求，符合施工进度的需求；③进场及安装。模板经进场验收后应立即进行现场安装，首先进行竖直构件模板的固定，核对并调整标高、垂直度，然后用五金件及夹具收紧、复检、完成安装，并调整节点模板与梁板之间的连接强度。

4 结语

梁柱节点施工技术在高层建筑框架结构中的地位不可轻视，针对施工工序采取有效的针对性措施，以最大限度地控制混凝土体裂缝问题，通过提高施工工艺和工程管理质量，降低梁柱节点混凝土高低强度交界质量，积累施工经验，提高施工技术的成熟度，以此为基础发展技术、提高质量与效率，探索裂缝产生现象的解决方法，进而推动我国建筑行业技术进步。