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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

混凝土空心柱結(jié)構(gòu)體系生產(chǎn)應(yīng)用研究

朱祥，徐埝勤，薛凱旋

［摘要］隨著預(yù)制裝配建筑的發(fā)展，對(duì)于裝配式體系的研究越來(lái)越多。本文研究了新型裝配體系疊合混凝土空心柱的應(yīng)用，主要從設(shè)計(jì)方案、模具方案、生產(chǎn)過(guò)程控制、堆放運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝等方面進(jìn)行研究和應(yīng)用，空心柱生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、快速，構(gòu)件外觀整潔、鋼筋定位準(zhǔn)、強(qiáng)度可靠，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，大空腔安裝快速、免支撐、免灌漿、機(jī)械連接可靠且空心現(xiàn)澆后節(jié)點(diǎn)連接部分及空心部分澆筑能夠密實(shí)填充，疊合混凝土空心柱體系在框架體系中具有一定的應(yīng)用前景。

［關(guān)鍵詞］空心柱；生產(chǎn)；應(yīng)用

前言

裝配式建筑是預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑，有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)深度融合。裝配式建筑發(fā)展已是大勢(shì)所趨。大力推廣裝配式混凝土建筑，需要完善適用于不同建筑類型的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系。預(yù)制柱主要以實(shí)心柱灌漿套筒連接為主，但是實(shí)心柱存在重量大、套筒灌漿安裝要求高、灌漿質(zhì)量不可控等風(fēng)險(xiǎn)。目前關(guān)于空心柱的研究多種多樣，李勝?gòu)?qiáng)^[1]等介紹了一種鋼管空腔柱體系，構(gòu)件預(yù)制時(shí)預(yù)留空腔或凹槽，大幅減輕了預(yù)制構(gòu)件的重量，明顯降低了運(yùn)輸及吊裝成本，降低了對(duì)吊裝設(shè)備的要求；楊參天^[2]提出了一種新型角部螺旋箍筋約束預(yù)制空腔式鋼筋混凝土柱，并研究其抗震性能，旨在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件和管線的全裝配施工，進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)施工效率；張霓^[3]等研究了玻璃纖維管鋼筋混凝土空心柱的軸心受壓性能，建立了適用于玻璃纖維管鋼筋混凝土空心柱的軸壓承載力計(jì)算公式；陳陽(yáng)^[4]等研究了型鋼混凝土實(shí)心柱、空心柱中心現(xiàn)澆性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，超高層空心柱可以應(yīng)用在軸壓比較小的上部樓層；預(yù)制疊合空心柱采取科學(xué)合理的安裝工藝流程，成功實(shí)現(xiàn)裝配式混凝土預(yù)制空心柱的快速安裝，施工效果良好，大大降低了建筑資源的耗費(fèi)，在提升工程效率的同時(shí)也為綠色環(huán)保的施工提供了保障^[5]。但是關(guān)于空心柱生產(chǎn)過(guò)程介紹未見詳細(xì)報(bào)道，本文主要研究預(yù)制空心柱的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及項(xiàng)目中的應(yīng)用分析。

空心柱設(shè)計(jì)方案

項(xiàng)目空心柱平面布置圖見圖。由圖1可見方案設(shè)計(jì)時(shí)建筑是不規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外圍一圈采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，內(nèi)部柱采用空心柱，單層空心柱構(gòu)件數(shù)量為22塊。空心柱效果圖見圖。由圖2可見預(yù)制柱采用空心混凝土結(jié)構(gòu)，構(gòu)件采用方形柱及方形孔洞，中間部分用現(xiàn)澆混凝土閉合，本項(xiàng)目預(yù)制裝配率達(dá)46.1%，符合裝配式發(fā)展要求。項(xiàng)目還應(yīng)用了桁架樓層板和空心樓蓋板。

空心柱上下連接節(jié)點(diǎn)圖見圖，頂層柱節(jié)點(diǎn)圖見圖。由圖可知，上下柱之間縱向鋼筋通過(guò)一級(jí)接頭連接后現(xiàn)澆空腔混凝土?xí)r封閉，免去傳統(tǒng)預(yù)制混凝土柱鋼筋套筒連接后灌漿封閉；由圖可知，頂層柱縱向鋼筋采用直錨連接，當(dāng)鋼筋長(zhǎng)度不滿足直錨要求時(shí)可以通過(guò)錨固板連接。無(wú)論何種連接方式都需要滿足各自鋼筋錨固長(zhǎng)度要求。

生產(chǎn)方案

2.1項(xiàng)目分析

項(xiàng)目構(gòu)件信息統(tǒng)計(jì)表見表。由表可知，空心柱長(zhǎng)寬均相同，柱高有種分別為2500mm2600mm2650mm，每層構(gòu)件數(shù)量為22根。模具方案設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)柱長(zhǎng)寬、構(gòu)件數(shù)量和工期確定。由于柱長(zhǎng)寬都一致，層構(gòu)件數(shù)量可以合并考慮，共計(jì)66塊構(gòu)件，本工程每層工期約10天，綜合考慮該模具共需兩套，柱在高度方向上共模，單層生產(chǎn)周期為11天，空心柱在項(xiàng)目安裝日期提前15天生產(chǎn)即可滿足項(xiàng)目安裝工期要求。

2.2生產(chǎn)過(guò)程

空心柱生產(chǎn)工藝一般有兩種，分別是離心法和抽芯法。離心法生產(chǎn)具有快速、高效、節(jié)約混凝土等優(yōu)點(diǎn)，但是生產(chǎn)設(shè)備費(fèi)用較高。因?yàn)樵擁?xiàng)目空心柱數(shù)量較少，考慮成本優(yōu)先采用了抽芯法，生產(chǎn)效率能夠滿足工期要求。

空心柱生產(chǎn)過(guò)程主要包括：鋼筋下料→模具清理→鋼筋綁扎→氣囊安裝→模具合模與檢測(cè)→混凝土澆筑→抽氣囊→拆模、起吊。

鋼筋下料見圖。由圖可知直螺紋鋼筋在切割時(shí)要采用無(wú)齒鋸下料，嚴(yán)禁采用鈍割切斷，以免造成鋼筋端頭出現(xiàn)變形、彎曲；直螺紋開絲要注意不能大面積出現(xiàn)無(wú)效絲或斷絲，鋼筋絲頭長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，極限偏差應(yīng)為2.0p，宜滿足6f級(jí)精度要求，應(yīng)采用直螺紋量規(guī)檢驗(yàn)，止規(guī)旋入不得超過(guò)3p；箍筋采用智能化鋼筋機(jī)器人自動(dòng)下料，箍筋在下料時(shí)要按圖檢測(cè)箍筋彎錨長(zhǎng)度和角度，箍筋彎鉤的彎折角度，一般結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于90，有抗震等要求的結(jié)構(gòu)應(yīng)為135；箍筋彎折后的平直部分長(zhǎng)度，一般結(jié)構(gòu)不宜小于箍筋直徑的倍，對(duì)有抗震等要求的結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于箍筋直徑的10倍，確保不影響結(jié)構(gòu)性能。

模具清理見圖。拼模模具打磨時(shí)模具表面要光滑、干凈、無(wú)混凝土殘留物。鋼筋綁扎見圖。鋼筋綁扎按照?qǐng)D紙出筋位置放置柱箍筋，按照出筋位置放置主筋，需通過(guò)模具定位控制板嚴(yán)格控制主筋出筋定位控制在5mm，同時(shí)需嚴(yán)格控制兩端的出筋長(zhǎng)度誤差在-31mm。箍筋綁扎要注意兩邊加密區(qū)箍筋數(shù)量，在綁扎時(shí)要將扎絲朝內(nèi)扣，對(duì)外露鋼筋要進(jìn)行保護(hù)防止混凝土污染。

氣囊安裝見圖。鋼筋在綁扎完成后，要在鋼筋籠內(nèi)焊接固定氣囊的鋼筋，防止混凝土澆筑時(shí)氣囊跑模。在穿氣囊時(shí)要注意箍筋彎錨的位置，此位置的氣囊在穿時(shí)要使用保護(hù)套將氣囊包裹。穿進(jìn)鋼筋籠后對(duì)氣囊進(jìn)行充氣。澆筑前要檢查氣囊是否有漏氣，要保證氣囊氣體充足，避免混凝土澆筑時(shí)滲漏。

模具合模與檢測(cè)見圖。模具要按照?qǐng)D紙尺寸進(jìn)行拼模，由于柱高度方向共模，端模固定時(shí)需注意構(gòu)件尺寸準(zhǔn)確，并使用電動(dòng)扳手上緊螺栓。要注意模具完成后要對(duì)尺寸進(jìn)行復(fù)核，對(duì)模具的尺寸要求見表

混凝土澆筑見圖10?？涨恢炷猎牧鲜恿揭刂圃?/span>20mm以內(nèi)，防止?jié)仓r(shí)出現(xiàn)石子卡在鋼筋上，導(dǎo)致混凝土漿無(wú)法落下出現(xiàn)蜂窩麻面?；炷翝仓膬蓚?cè)倒入，兩側(cè)澆至一半使用振動(dòng)棒振搗，保證底部和兩側(cè)混凝土振搗密實(shí)，在二次澆筑振搗時(shí)要注意兩側(cè)接縫處混凝土振搗密實(shí)，兩側(cè)、底部混凝土澆筑完成后穿頂部氣囊并充氣，完成后澆筑頂部混凝土，構(gòu)件收光要達(dá)到表面光滑、平整，收光次數(shù)要達(dá)到次。

抽氣囊見圖11。當(dāng)混凝土初凝后、終凝前方可拔出氣囊。若在混凝土未有一定強(qiáng)度時(shí)拔出氣囊會(huì)出現(xiàn)混凝土坍塌、裂縫等現(xiàn)象。抽出氣囊前先放氣，減少抽出阻力。

拆模、起吊見圖12?？涨恢鹉Ｒ⒁鈾z查螺絲是否拆除干凈，不可遺漏，先拆除側(cè)模，起吊后再拆除端模。起吊采用鏈條吊具鉤住兩端內(nèi)腔箍筋，起吊時(shí)要觀察吊鉤是否鉤牢，防止脫鉤導(dǎo)致構(gòu)件破壞。

工程應(yīng)用

空心柱堆放、養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)和運(yùn)輸見圖13，構(gòu)件出廠前在堆場(chǎng)進(jìn)行堆放和養(yǎng)護(hù)，預(yù)制柱采用平放方式堆放，構(gòu)件出廠前需對(duì)構(gòu)件外觀、出筋、尺寸、強(qiáng)度等進(jìn)行檢測(cè)，合格后方可出廠運(yùn)輸至工地。

現(xiàn)場(chǎng)施工見圖14。由圖14可見空心柱運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后采用專用工裝固定在空心柱底部進(jìn)行起吊，樓面在柱豎向鋼筋上安放連接套筒。柱角采用可調(diào)式冷擠壓鋼筋連接套筒，柱吊至安裝位置后，通過(guò)柱角可調(diào)式套筒調(diào)整柱的定位，通過(guò)液壓工具緊固連接件。安裝完后空心柱無(wú)需斜支撐。完工后與樓面混凝土與梁柱共同澆筑，澆筑時(shí)采用鋼筋專用固定鋼板固定鋼筋位置，防止?jié)仓^(guò)程中鋼筋偏位影響下一層空心柱安裝，澆筑完畢后柱底以及空心部分混凝土澆筑密實(shí)。

結(jié)論

預(yù)制裝配式發(fā)展促進(jìn)裝配式體系多樣化發(fā)展，空心柱疊合體系作為其中的一種，可以通過(guò)離心法和抽芯法兩種工藝生產(chǎn)。本文從設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目分析與模具方案、鋼筋下料、模具拼裝、鋼筋綁扎、氣囊安裝與拆除、混凝土澆筑、脫模等方面詳細(xì)介紹了空心柱抽芯法生產(chǎn)全過(guò)程。空心柱模具共模效果好、工藝簡(jiǎn)單、快速、構(gòu)件外觀整潔、鋼筋定位準(zhǔn)、強(qiáng)度可靠。同時(shí)空心柱構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，大空腔安裝快速、免支撐、免灌漿、機(jī)械連接可靠且空心現(xiàn)澆后節(jié)點(diǎn)連接部分及空心部分澆筑能夠密實(shí)填充，疊合混凝土空心柱體系在框架體系中具有一定的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊參天．預(yù)制空腔式鋼筋混凝土柱抗震性能研究[D].北京：北京建筑大學(xué)，2018

[3] 張霓，鄭晨陽(yáng)，羨麗娜，等．玻璃纖維管鋼筋混凝土空心柱軸心的受壓性能[J]．材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2021,39(6): 968-974

[4] 陳陽(yáng)，楊勇．部分預(yù)制裝配型鋼混凝土柱軸壓性能試驗(yàn)研究[J]．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2021,42(2): 220-227

[5] 曹計(jì)栓，馬榮全．裝配式混凝土預(yù)制空心柱快速安裝施工技術(shù)[J]．施工技術(shù)，2019,48(15): 45-49

供稿人：朱祥，徐埝勤

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說(shuō)明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國(guó)混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國(guó)建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會(huì)暨中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

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預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

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建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

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【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

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混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國(guó)內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國(guó)混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評(píng)價(jià)和開發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來(lái)工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

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