框剪结构节点部位结构设计中与施工常见问题浅析

摘要：本文结合作者在长晟豪生大酒店、盘龙湾项目及江阴市第四人民医院等项目的结构设计经验，对框剪结构节点部位结构设计与施工中存在的常见问题进行了简要分析，对本行业工程施工人员具有一定的指导及参考意义。

关键词: 结构设计 框剪结构 节点

引言

近几年来，随着经济的高速发展，我国的高层建筑建设速度大大加强，在进行结构设计时设计理念在不断更新，建筑设计的平面布置与竖向体形也越来越复杂，这就给高层结构设计和施工提出更高的要求。其中在结构设计时，采用最多的是框架剪力墙结构形式。
框架-剪力墙结构，俗称为框剪结构，主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙，可形成内部大空问，能进行灵活的建筑平面布置，因此，框架结构体系在结构设计中应用甚广。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件，适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。与此同时，对于高层建筑框剪结构设计和施工中的现实问题却往往被忽视，给工程质量留下隐患。

一、框剪结构特征
框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。
框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。
从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层框架剪力墙结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点，二者通过水平刚度较大的楼盖协同工作，在水平作用下呈弯剪型位移曲线，层间变形趋于均匀，比纯框架结构侧移小，非结构性破坏轻，其中剪力墙为主要抗侧力构件，框架起到二级防线作用，比剪力墙体系延性好，布置灵活。因此，框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。

二、施工中存在的常见问题与分析
1. 梁柱节点箍筋施工 
1.1 施工中常见问题
在框剪结构中，主要结构是框架，由梁柱构成，由于受力要求，梁柱节点施工比较复杂，主要为：钢筋设计过于密集，节点构造十分复杂，施工难度非常大，特别是中间位置梁柱节点，由于中间柱子钢筋纵横交错，箍筋绑扎不便，采用整体沉梁施工时节点区下部箍筋难以绑扎，致使很多施工单位在施工时梁柱节点部位箍筋大量缺少，甚至根本缺失，给建筑结构留下严重后患。 
1.2 改进措施
施工时，可调整施工工艺，梁柱节点区可提前在加工厂焊接完毕，焊接时注意留好接茬钢筋，在纵向短筋上形成整体骨架，再将整体骨架套入柱纵筋并搁置在楼板模板面上，穿梁钢筋并绑扎。为防止附加短筋位置与柱纵筋冲突而造成套箍困难，附加纵向短筋应偏离箍筋角部约 5 cm。
2. 混凝土强度等级达不到设计要求
2.1 发生原因
在实际施工中，混凝土施工时既要满足控制柱截面的要求，又要满足满足柱子轴压比的要求，因此柱子通常采用较高强度等级的混凝土。而对于以受弯为主的楼层梁板，混凝土强度等级却不宜太高，因此造成结构设计矛盾。
首先，如采用高强度等级混凝土对梁板抗弯承载力提高不明显；其次，高强度等级混凝土对构件承受非荷载应力(混凝土收缩应力、温度应力等)不利，因此，在结构设计中一般现浇框架的混凝土强度等级不宜高于C40。在实际工程设计中合适的楼盖混凝土强度等级通常采用 C20～C35，由此可见，高层建筑混凝土框架结构的柱混凝土设计强度高于梁板的设计强度必然存在，而且随着建筑物高度的增大，两者的设计强度差距会越大，特别是在高层建筑的下部。
目前施工中，混凝土的浇筑多采用商品混凝土泵送工艺，施工单位通常将竖向构件与水平构件分批集中浇筑，在梁柱节点区多采用强度等级较低的梁板混凝土浇筑。如要求施工时对其中的梁柱节点进行单独浇筑，因节点部位混凝土量需要量较少且分批浇筑时间不易控制从而易导致质量事故，另外，节点区与梁板之间施工范围难以分割，因此在施工中难以推行。  
2.2 改进措施
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）中第 13．5．7条规定 ：“当柱混凝土设计强度高于梁、楼板的设计强度时，应对梁柱节点混凝土施工采取有效措施。”，我们可以从以下几点进行改进：
2.2.1 对高层建筑框剪结构的竖向构件和水平构件的混凝土强度要进行合理取值。
⑴整个建筑的竖向构件混凝土强度等级种类不应过多，且与竖向构件截面的变化要错层 同步；
⑵整个建筑的水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求，尽可能与竖向构件相匹配，使实际施工简单化，尽量减少梁柱节点单独浇筑混凝土。
2.2.2 当梁板比柱的混凝土强度等级低 5 MPa时，节点区可用与梁板混凝土同强度等级的混凝土浇筑，其节点核心区截面承载力仍能满足要求；
当梁板比柱的混凝土强度等级低 10 MPa及以上时，用梁板混凝土浇筑节点区前必须对节点区采取措施。⑴当梁板比柱的混凝土强度等级分别低 10 MPa和 15 MPa时，节点区需增设竖向短筋，其数量分别为柱主筋配筋量的 50％和 100％；⑵当梁板比柱的混凝土强度等级低20 MPa及20 MPa以上时，因节点区域钢筋太密集而无法再靠增设节点区短筋来提高承载力，必须采用与柱同等级混凝土单独浇筑。为了防止节点与梁板交接面形成施工冷缝，可采用同时浇筑的方法进行，节点区混凝土采用塔吊+漏斗方式浇筑，梁板混凝土则采用泵送同时浇筑。
3.结构设计时节点部位结构形式复杂
3.1产生原因
在进行结构设计时，有时候出于受力及美观原因，局部位置会设有较为复杂的角柱及节点，而在施工时这些位置由于构造复杂而造成钢筋绑扎、模板安装的不便，部分施工单位无法按照设计要求进行施工。
3.2 改进措施
⑴在进行结构设计时，尽量简化设计，少用结构复杂的节点，在必须使用时，提前考虑施工中的难点，做好施工指导。
⑵在施工中，严格按照设计图纸及要求进行，严禁随意改动设计，必要时可采用CAD等结构软件进行局部重点放样，满足设计要求。
⑶加强施工过程控制及自检力度，确保施工质量、
4. 混凝土保护层厚度
4.1 施工中常见问题
根据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB 50204—1992）中第 3．5．8条要求：“受力钢筋保护层厚度梁柱允许偏差为 ±5 mm。”，但是框剪结构施工中，当梁边与柱边平齐时，柱的纵筋必须包梁的纵筋 ，即梁的纵筋要在柱纵筋的内侧。因此，平齐的梁侧往往容易因为保护层厚度不符合要求而开裂。在施工中，高层框剪结构的顶层角节点处，由于钢筋实际加工的原因，一般会出现角节点外侧钢筋保护层超厚，也容易导致裂缝。
4.2 改进措施
针对上述问题，可根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002）第 9．2．4条要求：“当梁、柱中纵向受力钢筋的保护层厚度大于 4 cm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施。”。
⑴结构设计中，在粱纵筋弯折处加设附加钢筋可防止梁边与柱边平齐时梁侧的开裂。⑵：结构设计中，在框剪结构的框架角节点处加设钢筋网片，以提高角节点处的抗裂性。

三、结论
在高层建筑框架剪力墙结构的结构设计与施工，虽然都有较为详细的规范进行参考，但在实际操作过程中仍存在部分脱节的问题，本文通过以上几点节点部位常见问题及改进措施，对经常出现的问题进行分析，可作为以后的施工中的参考。

参考文献：
[1] JGJ 3—2002，高层建筑混凝土结构技术规程．  
[2] GB 50204—1992，混凝土结构工程施工及验收规范．
[3] GB 50010—2002，混凝土结构设计规范．
[4] 陈翠荣．框架结构设计中应注意的几个问题．山西建筑，2007。33(4)：58-59．
[5] 袁旭东．混凝土结构设计与施工手册．