建筑工程钢筋框架结构施工关键技术
2024-01-26吴义超
吴 义 超
(肥西县重点工程建设管理中心,安徽 合肥 231200)
0 引言
随着社会经济的发展与进步,推动了建筑工程产业结构的全面转型与升级,越来越多的新技术开始应用在建筑工程项目的建设与施工过程中[1]。框架结构的设计与施工作为在建筑工程项目中重要的环节,关系到整个建筑项目的稳定性和建设质量。钢筋框架结构在其中应用非常广泛,施工的主要目的是减少建筑空间给人们居住带来的不便,提高建筑空间范围的利用率[2]。通过屋顶、窗户、地面等结构的协同配合,科学合理地运用建筑空间,在保证建筑工程安全性的同时,有效提升建筑工程整体的施工水平与施工效率,满足新时代人们对建筑的基本需求。但在实际工程项目的钢筋框架结构施工过程中,部分施工节点由于工作人员的疏忽,未能严格按照施工规范对施工质量进行严谨的监测与控制[3],包括框架模板的搭建顺序不规范,应用材料配比不合理,以及框架支撑结构安装位置误差较大等。因此,研究一种高效、质量可靠的钢筋框架结构施工技术,已成为当前建筑工程领域有关部门重点研究的课题[4]。基于以上背景,本文研究了一种建筑工程钢筋框架结构施工的关键技术,以期提高建筑工程项目中钢筋框架结构的建设效率与施工质量。
1 工程概况
安徽省合肥市M 建筑项目共8 层,总高度为31.25 m,建筑面积约9 247 m2,建筑的室内高差均为0.52 m[5]。根据建设单位的基本要求,确定该建筑采用钢筋框架作为建筑的整体结构布局。综合考虑项目建设的基本需求,确定了钢筋框架结构各个模块体系的具体参数,见表1。
表1 钢筋框架结构的基本参数
本次施工选取的HRB500,HRB400 钢筋材料物理力学性质见表2。
表2 钢筋框架结构施工材料的物理力学参数
根据上述参数,设计钢筋框架结构施工的关键技术,确定科学的施工工序,组织工作人员有序开展施工,确保工程项目的建设效率与施工质量[6]。
2 计算施工参数
为了保证建筑工程整体的建设质量,必须确保建筑满足建设要求的垂直方向承载能力,钢筋框架结构作为建筑的支撑部分,需要对其关键节点的施工参数进行科学合理的计算与设计[7]。
2.1 计算钢筋搭接参数
在框架梁与钢筋连接施工中,应用灌浆套筒进行连接。其中,腰筋附加长度必须≥钢筋垂直方向受拉钢筋搭接长度的70%,才能保证拼装的规范性与稳定性[8]。垂直方向受拉钢筋搭接长度的计算公式为:
式(1)~式(3)中,s1为垂直方向受拉钢筋搭接长度,mm;s2为受拉钢筋的锚固长度,mm;μ1为垂直方向受拉钢筋的修正系数;μ2为钢筋长度修正系数;s3为受拉钢筋的基本锚固长度,mm;ζ 为带肋锚固钢筋的外形系数;B1为钢筋的抗拉强度设计数值,MPa;B2为混凝土抗拉强度设计数值,MPa;t为带肋锚固钢筋的直径,mm。钢筋的拼装连接施工是能够使后续混凝土浇筑高效、稳定进行的重要环节,为了确保建筑结构的承载性能符合要求,必须按照规定搭接长度,完成各个节点的拼装[9]。
2.2 确定钢筋混凝土框架梁参数
根据钢筋框架结构的强度要求,本次施工项目设计两种钢筋混凝土框架梁,设计参数见表3。
表3 钢筋混凝土框架梁设计参数
3 钢筋框架结构施工工艺
根据上述参数和现场实际情况,设计钢筋框架结构施工关键技术的执行方案,具体的施工工艺流程如下。
3.1 施工准备
施工前,为了保证工程项目的顺利开展,根据相关规范要求,应进行钢筋框架结构施工前的准备工作[10]。管理人员需检查施工现场,将施工场地及其周边的垃圾、树枝等杂物清理干净,保证施工场地的整洁度;对施工机械、机动设备进行完好度检查,并根据事先设计的施工参数进行调整[11];检验钢筋、混凝土等施工材料的基本性能是否符合要求,以保证项目质量;按照钢筋框架结构施工设计图纸,利用全站仪、经纬仪等顶点设备,开展放线测量作业,保证后续施工材料安装位置的精准性。
3.2 钢筋节点施工技术
钢筋节点包括纵向受拉钢筋、钢筋连接、钢筋安装及钢筋绑扎等一系列过程,是一种综合的梁、板、柱及锚固件等结构安装施工技术。按照设计图纸和确定好的纵向受拉钢筋锚固长度,应用钢筋连接技术,搭建钢筋框架。梁与板的钢筋连接,需要按照三等分的方式,对两端的支座进行连接,以提升梁板钢筋结构的稳固性。在钢筋绑扎过程中,钢筋相交点不得出现钢筋位移、松扣、漏扣的情况,确保各个节点绑扎牢固。柱主筋与箍筋的非转角节点,应用缠扣方式进行绑扎;钢筋梁上侧的纵向筋,与箍筋的非转角节点,应用套扣方式绑扎;钢筋板应用顺扣方式绑扎。钢筋架构安装完成后,必须按照设计好的横向、竖向间距进行固定,以提高钢筋框架的稳定性。在钢筋框架固定过程中,工作人员需要注重整体架构的偏心控制,将相邻的钢筋柱配合相应的柱下条基,使之与楼板的中心重合,可以提升框架的抗弯性,保证施工强度与施工质量。
3.3 混凝土保护层施工技术
在钢筋框架结构中,关键传力部分的受力情况较为复杂。该工程项目要求建筑结构具有良好的抗震性与抗风性[12],相关部门需要对项目所在地的地震载荷展开分析,按照建筑项目框架结构的承载能力与地震载荷成正比的基本要求,应用混凝土保护层施工技术,使钢筋框架结构最大荷载,以满足抗震要求[13]。在完成钢筋框架结构的固定时,应按照设计的混凝土材料标准进行浇筑、振捣。钢筋楼板的混凝土浇筑应从一侧向另一侧逐层进行施工,匀速浇筑,浇筑厚度略大于楼板厚度。完成楼板浇筑后,对钢筋梁、柱进行浇筑,需按照“强柱弱梁”的浇筑原则,确保钢筋梁结构首先出现塑性铰现象,以提高钢筋柱结构的整体强度。这种浇筑策略,可以使钢筋框架结构在地震作用下,钢筋柱平面的对角线方向与地震方向基本一致,以提高整体建筑结构的抗震性与承载力。完成钢筋梁、柱浇筑后,需要配合相应的振捣工艺技术。为了提升框架结构的整体强度,可以采用平板式振捣器,并根据“快插慢拔”的原则,在混凝土中插入振捣棒。按照每50 cm 一个振捣间距进行匀速推进。为防止混凝土在振捣过程中由于空气影响而收缩干裂,必须在混凝土接近初凝前进行第二次振捣压实,并做好混凝土表面的处理工作。
4 施工质量检测与分析
为检测该建筑工程钢筋框架结构施工关键技术的可行性与应用效果,设计有限元仿真运行试验,对该工程钢筋框架结构的抗震性能、承载性能进行检测与分析。在软件中,分别输入该项目所有构件的参数条件,包括顶压梁、侧压梁、钢筋、混凝土,以及锚杆固定等,建立钢筋框架结构的有限元模型,进行仿真试验。
4.1 抗震性能分析
引入SV 波的波形,分别按照200 m/s,250 m/s,320 m/s 的施工现场剪切波速,导入到该项目的有限元模型中,进行仿真运行,并检测和分析其抗震性能。为了更加直观地了解地震地质条件对建筑工程钢筋框架结构的影响,引入地震波波速对钢筋框架结构顶点位移幅值的影响系数,计算公式为:
式(4)中,Ψz为SV 波波形的剪切波速为zm/s 时的钢筋框架结构顶点位移幅值,mm;ϑ0为SV 波波形的剪切波速为180 m/s 时的钢筋框架结构顶点位移幅值,mm。随机选取该结构的3 个顶点作为观测样点,按照式(4)计算3 个样点在不同剪切波速的条件下对应的顶点位移幅值影响系数,进行对比分析,结果见表4。
表4 钢筋框架结构的抗震性能检测结果
由表4 可知,对于随机的3 个钢筋框架结构顶点,在同一地震波的相同剪切波速下,观测点的位移幅值影响系数较为接近。表明随着地震波剪切波速的增加,钢筋框架结构顶点的位移幅值的变化幅度基本一致,具有相对稳定性。在剪切波速不断增加的情况下,单一观测点的位移幅值影响系数逐渐增加,表明地震对建筑工程钢筋框架结构稳定性存在一定程度的影响。但是,在SV 波波形剪切波速高达320 m/s 的条件下,3 个观测样点的顶点位移幅值影响系数仍低于5.0,在实际工程的抗震标准范围内,具有稳定性与良好的抗震能力。
4.2 承载性能分析
在该有限元模型中,可以固定1 块钢板在框架梁的自由端,并将钢板的荷载直接施加在钢筋梁上。同时,设定加载接触面与钢板的平面耦合,对接触面施加垂直方向的位移荷载,荷载大小为建筑项目的设计开裂加载力即24.5 kN,模拟加载工况,计算加载过程中钢筋框架结构出现的最大裂缝宽度,以此分析建筑项目的承载性能。根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2012 标准规定,应计算在长期荷载效应下建筑工程钢筋框架结构的最大裂缝宽度,并进行相应的结构分析和设计,计算公式为:
式(5)中,ι为钢筋与混凝土的弹性模量比;v为在长期作用影响下钢筋框架结构的裂缝宽度扩大系数,本次试验取值1.5;K2为钢筋框架结构的屈服强度,MPa;C2为钢筋框架结构的二次强化刚度,N·m;ρ为钢筋框架结构最大力总伸长率与断后伸长率的比值。在钢筋框架结构中,随机选取10 处加载面进行仿真运行,按式(5)计算10 处加载面在垂直荷载长期作用下的最大裂缝宽度,具体结果如图1 所示。
图1 垂直荷载长期作用下的最大裂缝宽度
由图1 可知,对于随机10 处钢筋框架结构加载面,在设计开裂加载力的垂直长期作用下,最大裂缝宽度的最大值为0.25 cm,低于实际工程的最低标准要求2.0 cm,具有良好的抗变形能力与承载能力,可以保证钢筋框架结构的施工质量,为相关施工部门提供了可靠的框架结构施工技术参考。
5 结语
在城市化建设不断推进的背景下,建筑工程项目的建设数量不断增加。但在建筑工程钢筋框架结构施工过程中,由于一些不规范的操作,造成施工过程反复调整或施工后返工,导致延误施工进度,浪费大量建筑材料,增加施工成本,不利于建筑工程钢筋框架结构的高效、稳定施工与建设。基于此,本文研究了一种建筑工程钢筋框架结构施工的关键技术,采用钢筋连接技术,搭建钢筋框架;应用混凝土保护层施工技术,使钢筋框架结构最大荷载,以满足抗震要求。通过严格的技术执行和质量控制,可以保证钢筋框架结构的稳定性,提升建筑质量。这不仅对当前的钢筋框架建筑项目非常重要,同时也为其他框架建筑项目提供了一定的参考和借鉴。