一种梁柱节点不同强度等级混凝土的隔离工装

毛建康 冯晓建 袁 俊

浙江省三建建设集团有限公司 浙江 杭州 310016

近年来，我国高层住宅建筑项目发展迅速，其中不乏采用框架、框架-剪力墙或框架-核心筒等建筑结构形式的案例。框架结构作为主要的抗侧力体系，其梁柱节点的施工质量直接影响整体建筑的抗震性能与结构安全[1-2]。为保证高层建筑结构抗震性能，满足相应的抗震设防要求，往往有一系列的设计原则，如“强柱弱梁”“强节点、弱构件”等[3-4]。

因此，框架结构中，梁或板的混凝土强度等级一般低于结构柱或墙，且要求在梁柱节点核心区混凝土浇筑时，不同强度等级的混凝土不得发生混浇，这对梁柱节点的混凝土拦截工艺提出了一定挑战。

针对该问题，有不少学者提出了针对性举措。

俞菱庆等[5]针对节点区混凝土浇筑难题，提出采用密目钢丝网的隔离措施，并通过施工质量控制措施，在案例项目节点加固方案中取得了理想的实施效果。

李科君等[6]针对传统钢丝网拦截存在的效果不佳问题，提出一种不同强度等级混凝土隔离的快插板技术，可实现操作便捷、隔离效果好的目标。

刘栋[7]提出了一种装置简单、可周转应用的节点区混凝土拦截装置。此外，也有学者提出基于气囊的梁柱节点混凝土隔离措施[8]。

综上可知，关于框架结构梁柱节点区不同混凝土浇筑隔离方法的技术装置已有不少研究，但仍有进一步优化的空间[9-12]。本文基于项目实际，考虑取材便捷、经济实惠以及使用简单等因素，因地制宜地对传统隔离装置进行优化设计，达到了理想的效果。

1 工程概况

杭州市某高层住宅项目共包括10个单体以及一个大的地下室，总建筑面积约130 000 m2，结构形式为框架-剪力墙，建筑总高度约70 m。项目为打造优质的商品住宅建筑工程，拟在保证工期与安全的前提下，对建造质量提出了较高要求。

其中，框架-剪力墙结构形式中存在着大量的梁柱节点施工，梁混凝土强度等级为C30，柱混凝土强度等级为C50、C45、C40不等，节点区不同等级的混凝土不得混浇，需要严格落实隔离措施，保证“强柱弱梁”理念的实现。

2 项目难点分析与解决思路

2.1 难点分析

本工程各单体均为框架-剪力墙结构，梁柱尺寸、混凝土强度等级种类较多。框架梁尺寸有400 mm×750 mm、450 mm×750 mm、550 mm×1 150 mm、600 mm×1 300 mm等类型，框架柱尺寸有800 mm×1 000 mm、800 mm×1 100 mm、1 100 mm×1 100 mm、1 200 mm×1 200 mm等类型。框架柱混凝土强度等级C50、C45、C40，框架梁混凝土强度等级C30。

根据JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》要求：结构柱、墙混凝土设计强度等级高于梁、板混凝土设计强度等级时，应在交界区域采取分隔措施。分隔位置应在低强度等级的构件中，且与高强度等级构件边缘的距离不宜小于500 mm。

应先浇筑高强度等级混凝土，后浇筑低强度等级混凝土。节点要求如图1所示。而国家建筑标准设计图集17G101-11《G101系列图集施工常见问题答疑图解》也指出：柱与梁板的混凝土强度等级相差在两级以上时，为满足梁柱节点区抗剪与抗竖向荷载要求，节点区的柱、梁板混凝土应在交界处采取分隔措施。

图1 梁柱节点混凝土施工大样

据此，需对本工程柱、梁混凝土强度等级相差在两级以上的部位采取分隔措施，涉及的单体有4个，约600根柱，共计需处理节点浇筑部位逾2 000个。

2.2 解决思路

根据以往施工经验，梁柱核心区拦网措施通常为在梁柱不同强度等级混凝土交界部位采用铁丝网绑扎在梁箍筋上，来对柱高强度混凝土进行拦截分隔。但通过对某单体地下室的统计及其他项目实地调研发现，梁柱核心区的混凝土分隔观感合格率仅为62%、72%、77%，表明通过常规做法不能很好地实现梁柱混凝土的分隔，拆模后混凝土的观感也比较差，是结构施工期间需要重点把控的质量难点。

为良好实现不同混凝土强度等级梁柱混凝土分隔，保证梁柱核心区拆模观感合格率达到85%以上，本文拟在既有隔离工具（图2）的基础上进行优化创新，即借鉴采用钢筋焊接成定型工具与钢丝网搭配形成拦截工具的思路，对其进行适应性改造，以实现更高效的利用。

图2 原梁柱节点混凝土隔离工具设计

3 工装设计要点

3.1 尺寸规格分析

依据结构设计图纸，对涉及梁柱节点混凝土分隔部位的4个单体的框架梁进行尺寸、数量统计，分析拦截工具骨架尺寸及需配置的套数。经统计，梁宽尺寸共5种，梁高尺寸共8种，若将工装依据梁的宽度和高度进行设计，则需要配备的不同规格达40种，而按照梁宽和固定高度进行配置时，则可减少规格至32种，更便于现场实际应用。因此，工装尺寸规格拟按照梁宽和固定高度的形式进行方案设计。

3.2 连接形式对比

原有工具中的立杆和把手均与横杆采取焊接连接形式，且横杆两端也与立杆焊接固定。这种焊接式的工装既不便于携带，也导致一种骨架仅可用于一种梁内，且骨架立杆易与梁筋位置冲突造成插接困难。为此，拟在取消把手设计的基础上，在立杆端头焊接短管，可套入横杆内形成滑动，而横杆的一端焊接短钢筋堵头，另一端则设计为开敞形式。该滑动式工装携带方便，易于拆卸，可根据现场梁筋具体位置调整立杆位置，增减立杆数量，适用范围广、实用性强（图3）。

图3 立杆与横杆的连接形式优化

3.3 骨架材质选用

对于骨架材质的选用，现场有2种方案，即钢筋与铝方管。经试验比较可知，现场钢筋废料众多，材料易得，连接方便，且圆形截面钢筋易于在梁钢筋及混凝土中插拔，而现场结构施工阶段的铝材较少，材料需单独购买，同时铝方管刚度较低、截面尺寸较大，在梁钢筋及混凝土中插拔不易，故以钢筋作为骨架材质更符合实际情况。同时，对比螺纹钢与圆钢，螺纹钢虽在混凝土中插拔较为费力，但能直接进行钢骨架加工制作，且材料易得，刚度大，可操作性相比圆钢更强。最后，在螺纹钢直径确定方面，在满足骨架钢筋刚度的前提下，直径φ14 mm的钢筋骨架质量约11 kg，质量适中，满足实际使用要求。

3.4 钢丝网型号确定及使用

采购市场上不同规格的钢丝网进行检验对比，并在施工现场进行试验进一步对比。分析可知，丝径0.005 mm、孔径4 mm的钢丝网柔软，孔径极易变形，轻剪即断，现场实施时边界封边不严，极易漏浆。而丝径0.35 mm、孔径2.5 mm的钢丝网较硬，孔径不易变形，且现场实施时绑扎简易，边界封边严密，漏浆较少，能够更好地实现混凝土拦截效果。因此，钢丝网型号确定为丝径0.35 mm、孔径2.5 mm。

钢丝网在实际使用时有2种方法：方案1是先插入钢骨架，再将丝网与钢骨架绑扎〔图4（a）〕；方案2是先将丝网与梁钢筋绑扎好后，再插入钢骨架〔图4（b）〕。经试验分析认为，钢骨架的作用为加强钢丝网的背衬，减轻钢丝网受混凝土冲击的变形，更好地解决侧面、底面的漏浆问题。经实际验证，2种方式对混凝土分隔效果无差别，但方案2操作简便，省时高效。

图4 钢筋锚固形式

图4 钢丝网的使用方式

4 应用关键技术

4.1 生产方案

1）分析各框架梁特点，梁宽共5种（400～600 mm），梁高共8种（650～1 000 mm，1 150 mm、1 300 mm）。由于本设计立杆为滑动形式，故横杆长度统一设定为600 mm。立杆设计2种形式，分别为立杆高1 000 mm（通用梁高650～1 000 mm情况）、立杆高1 300 mm（通用梁高1150、1 300 mm情况）。因此，钢筋骨架仅需生产2种类型，制作简便、实用性强。

2）根据梁上、下排纵筋根数（5～9根）、梁尺寸及现场实际试验，确定立杆根数9根为宜。经适应性优化设计后，形成的工装结构形式如图5所示。

图5 梁柱节点混凝土隔离工具优化形式

4.2 滑动构造制定

1）收集现场可用合适封堵材料：D N 2 5（壁厚3.2 mm）、DN32/DN40（壁厚3.5 mm）、DN50（壁厚3.8 mm）焊接钢管。

2）套管选型：根据套管、钢筋骨架规格进行套用滑动，DN25焊接钢管最适宜。

3）套管宽度：经现场管材切割，套用试验，套管宽度2 cm时为宜。

4.3 骨架与钢丝网选用

1）到施工现场钢筋废料池挑选直径14 mm的螺纹钢筋，长度≥1 m的10根，长度≥1.3 m的10根，并在钢筋加工区切割加工整齐。

2）选择丝径0.35 mm、孔径2.5 mm钢丝网的优质供应商，保证钢丝网材料质量良好，容易裁剪。

3）预先对材料进行报样检查，对材料进行进场验收。

4.4 应用流程

根据工具特点及现场实际，进行工具使用现场交底，形成规范、可操作性强的工具使用操作流程：量尺裁切钢丝网→梁内绑扎钢丝网→梁底钢丝网加强→插入钢筋拦截工具→浇筑梁柱节点混凝土→浇筑梁剩余混凝土→初凝后拔出拦截工具。

5 实施效果

1）通过将梁柱节点混凝土隔离工具优化形式应用于工程施工过程中，梁柱节点部位混凝土形成了比较清晰的分割效果，符合图纸规范要求，提高了工程质量和观感效果，经小组统计，已实施的梁柱节点拆模观感合格率约为91%，实现了预期的质量目标。

2）本方案施工过程中，通过设计优化、合理施工，对梁柱节点拦截措施的施工效率提高有很大促进，简化了施工步骤，提高了施工质量，得到了相关单位的认可。

6 结语

随着我国城市化进程的推进，越来越多的高层住宅建筑将得到建设和发展，框架结构作为建筑结构关键的抗侧力组成部分，凭借其平面布置灵活、自重轻以及利于抗震等优势，在住宅项目设计中占据重要的应用地位。而对于框架结构而言，梁柱节点核心区的混凝土浇筑质量直接决定了框架整体的抗震性能与结构安全。

针对梁柱节点不同强度等级混凝土的隔离浇筑需求，传统采用的快易收口网等隔离方法仍存在混凝土“混浇”的现象，无法有效保证强柱弱梁设计理念的实现，影响建筑最终的抗震效果。本文结合相关隔离装置的研究现状，考虑工程现场实际条件，因地制宜地对既有工装进行优化设计，提出了一种创新的梁柱节点混凝土拦截工具。经本工程实际应用证明，此方法能有效分隔梁柱不同强度等级的混凝土，特别是有效拦截了梁两侧及底部的混凝土，实现了预期的目标，有力地保证了建筑结构的抗震性能与结构安全。