【摘要】文中針對房屋建筑結(jié)構(gòu)施工中的常見技術(shù)問題進(jìn)行探討，研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用與實踐，重點分析了結(jié)構(gòu)荷載計算誤差、框架節(jié)點連接不牢固、結(jié)構(gòu)抗震性能不足等問題，并提出相應(yīng)的優(yōu)化對策，如精確荷載分析、加強框架節(jié)點連接及提升抗震設(shè)計等。研究結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，有望提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；施工技術(shù)

【中圖分類號】TU755 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0136-03

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，房屋建筑工程項目建設(shè)規(guī)模不斷擴大。建筑工程質(zhì)量事關(guān)群眾生命財產(chǎn)安全，關(guān)乎國計民生和社會和諧穩(wěn)定[1]。作為建筑工程的核心內(nèi)容，房屋建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量尤為重要。為有效提升房屋建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)體系，本文圍繞房屋建筑結(jié)構(gòu)施工中的常見技術(shù)問題展開分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化對策，以期為相關(guān)工程實踐提供參考。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)施工的主要內(nèi)容

房屋建筑結(jié)構(gòu)施工是建筑工程的核心內(nèi)容，主要包括基礎(chǔ)工程、主體結(jié)構(gòu)工程和結(jié)構(gòu)防護(hù)工程等?；A(chǔ)工程根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載特點和地質(zhì)條件，選擇合適的基礎(chǔ)形式，如條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等。以框架結(jié)構(gòu)中的獨立基礎(chǔ)為例，需要經(jīng)過土方開挖、墊層澆筑、模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等一系列工序[2]。主體結(jié)構(gòu)工程需要嚴(yán)格控制混凝土的配合比、坍落度、入模溫度等指標(biāo)，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的強度和耐久性以滿足設(shè)計要求。常見的結(jié)構(gòu)類型包括剪力墻結(jié)構(gòu)、框架－核心筒結(jié)構(gòu)、框架－支撐結(jié)構(gòu)等。以框架結(jié)構(gòu)為例，柱、梁、板等構(gòu)件的施工需要經(jīng)過鋼筋加工、模板支設(shè)及混凝土澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)。此外，結(jié)構(gòu)防護(hù)工程包括防水、防潮、防火等措施。總的來說，房屋建筑結(jié)構(gòu)施工需要嚴(yán)把材料、工藝、尺寸偏差等關(guān)鍵控制點，確保結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)常見問題

2.1 結(jié)構(gòu)荷載計算誤差

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)是確保結(jié)構(gòu)在承受各種荷載組合下的安全性和適用性。然而在實際工程中，由于設(shè)計依據(jù)的局限性、荷載取值的經(jīng)驗化以及計算模型的簡化等因素，往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實際荷載效應(yīng)與設(shè)計計算值存在較大偏差。以高層建筑為例，風(fēng)荷載是控制結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素之一。我國現(xiàn)行規(guī)范雖然提供了風(fēng)荷載計算的基本方法，但在地形校正系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)等參數(shù)的取值上仍存在較大不確定性。研究結(jié)果表明，當(dāng)建筑高度超過200 m時，不同計算模型得出的風(fēng)荷載峰值可相差30%以上[3]。此外，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力分析中，如何合理選取結(jié)構(gòu)計算簡圖、如何模擬樓板的剛性效應(yīng)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響等，都會顯著影響內(nèi)力計算結(jié)果。以框支剪力墻結(jié)構(gòu)為例，忽略樓板的剛性隔板作用會導(dǎo)致框架柱負(fù)擔(dān)的地震剪力增大20%左右。同時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載組合中，永久荷載是最大的分項，但由于樓面裝修做法的多樣性和實際使用功能的變化，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值與實際值的偏差可達(dá)15%以上。荷載計算誤差會直接影響構(gòu)件配筋量、截面尺寸等，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)實際剛度和承載力，甚至引發(fā)安全事故。

2.2 框架節(jié)點連接不牢固

框架結(jié)構(gòu)因具有良好的抗震性能和靈活的空間利用率，在房屋建筑中得到廣泛應(yīng)用?？蚣芄?jié)點作為上下層構(gòu)件之間力傳遞的關(guān)鍵區(qū)域且受力復(fù)雜，施工難度大，一旦連接質(zhì)量控制不當(dāng)，極易成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。以鋼筋混凝土框架為例，梁柱節(jié)點區(qū)域往往存在主筋數(shù)量多、箍筋加密、針固錨固等施工難點。若箍筋直徑不滿足規(guī)范要求，或彎折角度小于135°，極易導(dǎo)致核心區(qū)混凝土束縛效應(yīng)減弱，繼而引發(fā)箍筋與縱筋脫焊、保護(hù)層開裂剝落等問題，嚴(yán)重削弱節(jié)點抗剪承載力。同時，梁柱節(jié)點區(qū)縱向受拉鋼筋的錨固長度直接影響節(jié)點整體性能，但受構(gòu)件尺寸約束，錨固長度往往難以滿足規(guī)范最小值，這進(jìn)一步加劇了節(jié)點區(qū)的脆性破壞風(fēng)險。以鋼框架節(jié)點為例，螺栓抗滑移系數(shù)是衡量其抗滑性能的關(guān)鍵參數(shù)，規(guī)范要求不應(yīng)低于0.45 [4]。但受螺栓孔徑偏差、表面銹蝕、安裝工藝等因素影響，節(jié)點螺栓連接的實測抗滑移系數(shù)普遍偏低，甚至不足設(shè)計值的70%，這使得節(jié)點在反復(fù)荷載下易發(fā)生滑移和松動，嚴(yán)重時還會引發(fā)螺栓拉斷、焊縫開裂等連接失效現(xiàn)象。

2.3 結(jié)構(gòu)抗震性能不足

我國大部分地區(qū)位于地震烈度6度及以上區(qū)域，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防非常重要。受設(shè)計理念滯后、施工工藝簡陋等因素制約，現(xiàn)有建筑普遍存在抗震性能不足的問題。以砌體結(jié)構(gòu)為例，在水平力作用下，砌塊之間容易產(chǎn)生錯位和擠壓，引發(fā)剪切破壞。當(dāng)剪應(yīng)力超過砂漿抗剪強度時，裂縫往往沿灰縫呈階梯狀擴展，導(dǎo)致墻體失穩(wěn)。同時，高強度砌塊與低標(biāo)號砂漿錯配，墻體的抗震延性難以保證，在近年來多次地震中均有慘痛教訓(xùn)?？蚣埽袅Y(jié)構(gòu)雖然改善了建筑整體剛度，但也暴露出剪力墻布置不規(guī)則、配筋構(gòu)造缺陷等問題。剪力墻開洞率過大，或未設(shè)置雙向構(gòu)造筋，地震下極易產(chǎn)生X形斜裂縫，喪失承載力。柱墻拉結(jié)不可靠，使壁柱協(xié)同受力不理想，結(jié)構(gòu)整體性差?，F(xiàn)澆樓蓋與砌體墻縫少插筋，引起墻體面外脫落。經(jīng)結(jié)構(gòu)抗震鑒定，此類問題普遍存在于2000年前建造的多層磚混結(jié)構(gòu)中[5]。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)優(yōu)化對策

3.1 精確結(jié)構(gòu)荷載分析

針對結(jié)構(gòu)荷載計算誤差問題，可從以下幾方面著手優(yōu)化。

1）在風(fēng)荷載取值時，除按規(guī)范采用基本風(fēng)壓和體形系數(shù)外，還應(yīng)結(jié)合工程所在地區(qū)的地形、地貌條件，通過風(fēng)洞試驗或數(shù)值模擬等方法，合理確定風(fēng)荷載分布和脈動特性參數(shù)。以高層建筑為例，當(dāng)其高寬比大于6時，風(fēng)振效應(yīng)不容忽視，需采用時程分析法計算風(fēng)致位移和附加傾覆力矩，并與等效靜力法校核。

2）在樓面活荷載取值時，宜對不同房間實際使用功能進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，根據(jù)居住人數(shù)、家具布置等因素合理確定樓面等效均布荷載，而不應(yīng)籠統(tǒng)采用2.0 kN/㎡的標(biāo)準(zhǔn)值。對于大跨度樓蓋，還需考慮活荷載的動力放大效應(yīng)和橫向分布差異，必要時可通過荷載試驗確定樓面的實際振動特性。

3）在結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時，應(yīng)充分考慮樓板的面內(nèi)剛度和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束作用，宜采用耦合體系或剛性隔板假定，準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)在水平力作用下的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，避免因簡化計算模型而導(dǎo)致框支剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布失衡。同時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場施工工藝，合理評估結(jié)構(gòu)自重、模板荷載等施工階段荷載的不利耦合效應(yīng)，并與結(jié)構(gòu)設(shè)計方案相匹配。

3.2 加強框架節(jié)點連接

為有效強化框架節(jié)點連接，需從設(shè)計和施工兩方面同步發(fā)力。

1）設(shè)計階段應(yīng)優(yōu)選規(guī)則對稱的框架布置形式，避免因偏心導(dǎo)致節(jié)點受力失衡。節(jié)點區(qū)配筋宜采用工字形或十字形，確?？v筋對稱布置，且伸入梁端的長度不小于節(jié)點高度的1/2。箍筋直徑不應(yīng)小于主筋直徑的1/4，間距不大于100 mm，且應(yīng)在節(jié)點邊緣彎折135°。對于跨高比大的框架，梁端需設(shè)置斜向箍筋以增強抗剪性能。

2）施工中應(yīng)選用符合強度等級的鋼筋，并控制接頭位置，嚴(yán)禁在節(jié)點范圍內(nèi)對縱筋進(jìn)行搭接。箍筋與縱筋的綁扎應(yīng)牢固，宜采用直徑較細(xì)的鐵絲并增加綁扎點數(shù)，必要時可對節(jié)點區(qū)鋼筋骨架進(jìn)行整體吊裝。混凝土澆筑時應(yīng)用細(xì)石高強制品，并采用合適的坍落度確保其在鋼筋密集區(qū)的充盈性。同時嚴(yán)格控制分層澆筑的時間間隔，設(shè)置合理的施工縫位置，避免在節(jié)點核心區(qū)留設(shè)施工縫。鋼框架方面，應(yīng)提高螺栓孔的加工精度，并通過超聲波探傷等無損檢測控制焊縫質(zhì)量。高強螺栓安裝時應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)扭矩或示值扳手確保其預(yù)緊力滿足設(shè)計要求。在多高層鋼框架中，梁柱節(jié)點宜采用焊接式外加勁板或角鋼的做法，既可方便現(xiàn)場施工，又可顯著提高節(jié)點剛度，避免因變形協(xié)調(diào)不暢導(dǎo)致的應(yīng)力集中。

3.3 提升結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)以“強柱弱梁，強剪弱彎”為原則，合理選擇結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件材料，優(yōu)化布置抗側(cè)力構(gòu)件，提高結(jié)構(gòu)延性和耗能能力。對于砌體結(jié)構(gòu)，應(yīng)提高砌塊強度等級，改善砂漿配合比，并在水平灰縫內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片或聚丙烯纖維，增強抗剪強度和變形能力。在墻體轉(zhuǎn)角和交接部位設(shè)置構(gòu)造柱，可有效限制裂縫的發(fā)展。對于框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)控制首層柱高寬比不大于4，并在柱端設(shè)置密肋，防止柱端混凝土受剪破壞。梁端需配置彎起筋，箍筋加密區(qū)長度不應(yīng)小于梁高的2倍。在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，應(yīng)合理確定框架柱和剪力墻的剛度比例，并加強二者在水平力作用下的變形協(xié)調(diào)。剪力墻開洞率不宜超過30%，洞口邊緣應(yīng)配置雙向構(gòu)造鋼筋，并在洞口上下邊緣加強配筋。對于高寬比大于3的高墻，墻肢下部應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，并在墻肢交接處設(shè)置暗柱，防止應(yīng)力集中導(dǎo)致的脆性破壞?，F(xiàn)澆樓蓋與墻體應(yīng)可靠連接，并控制樓面開洞尺寸，避免樓蓋剛度削弱。在高烈度設(shè)防區(qū)，還應(yīng)根據(jù)地震影響系數(shù)選用提高一度或二度的設(shè)計類別，采用更高的材料強度等級和更密的箍筋配筋。

4 典型工程案例分析

4.1 工程概況

以某座大型商業(yè)綜合體為例，工程總建筑面積為13.5萬 ㎡，地上24層，地下3層，建筑高度為96 m。主體結(jié)構(gòu)采用框架－核心筒體系，外框梁柱采用鋼骨混凝土構(gòu)件，內(nèi)框梁柱采用型鋼混凝土構(gòu)件，樓板采用鋼筋桁架疊合板，屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)桁架。以樁筏為基礎(chǔ)，采用長75 m、直徑800 mm的大直徑灌注樁。該工程荷載較大，結(jié)構(gòu)高度較高，高寬比達(dá)到5.1，且建筑平面和立面造型不規(guī)則，加之場地土質(zhì)條件復(fù)雜，巖土參數(shù)變化較大，對結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工提出較高要求。根據(jù)場地類別、設(shè)計地震分組和設(shè)防烈度等參數(shù)，該建筑屬于超限高層建筑，抗震設(shè)防類別為一類，建筑場地類別為中軟土，基本風(fēng)壓為0.45 kN/㎡。設(shè)計中采用彈性時程分析和罕遇地震下的彈塑性分析，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的計算分析和構(gòu)件配筋調(diào)整，但受場地和規(guī)劃限制，結(jié)構(gòu)在平面布置和立面造型上仍存在一定不規(guī)則，且部分框架梁柱節(jié)點計算配筋率偏高，跨高比較大，施工中的均勻受力和變形協(xié)調(diào)控制難度較大。

4.2 優(yōu)化方案分析

針對工程結(jié)構(gòu)不規(guī)則、荷載復(fù)雜等特點，設(shè)計團隊在前期方案階段通過BIM技術(shù)建立三維結(jié)構(gòu)模型，利用PKPM、ETABS等軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化，優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)周期和位移角對比如表1所示。在風(fēng)荷載分析時，通過風(fēng)洞試驗獲取實際風(fēng)壓分布系數(shù)，并采用非線性時程分析法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件截面，將頂層最大位移角控制在1/750以內(nèi)。在地震作用下，采用靜力推覆分析法對關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行抗震性能評估，框架梁端均采用“強端弱中”的配筋構(gòu)造，根據(jù)計算配筋率超過3%的梁端區(qū)加密箍筋，保證其延性變形能力。柱的配筋采用八邊形布置，中心受壓區(qū)設(shè)置高強鋼筋，箍筋體積配筋率不小于1.5%。剪力墻開洞部位采用鋼骨加強，洞口邊緣雙向設(shè)置u形箍筋，并在墻肢交接處設(shè)置暗柱，有效提高了剪力墻的延性和抗剪承載力。為協(xié)調(diào)內(nèi)外框架的水平變形，樓板采用工字鋼桁架疊合板，與梁柱可靠連接，受力傳遞路徑明確。在基礎(chǔ)設(shè)計時，采用嵌巖樁優(yōu)化樁身配筋，并通過鋼筋應(yīng)變計分層監(jiān)測混凝土灌注過程，控制樁身混凝土質(zhì)量。

通過上述結(jié)構(gòu)優(yōu)化，該工程的抗震和抗風(fēng)性能均滿足規(guī)范要求。在施工階段，混凝土強度采用C60及以上，并摻加粉煤灰等外加劑，提高工作性和耐久性。鋼筋連接采用直螺紋套筒，施工縫位置避開關(guān)鍵受力區(qū)。模板支撐體系經(jīng)過專項設(shè)計，并嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度和振搗時間，防止模板變形和屈服。關(guān)鍵部位采用自密實混凝土，并通過液壓技術(shù)實現(xiàn)智能化連續(xù)澆筑施工，有效縮短了工期并保證了施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

房屋建筑結(jié)構(gòu)施工優(yōu)化是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要設(shè)計、施工、管理等多方協(xié)同配合。未來還需進(jìn)一步加強BIM、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用，建立科學(xué)完備的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化體系和精細(xì)化施工控制體系，不斷提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的綜合性能，更好地服務(wù)于高品質(zhì)建筑的需求。

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[作者簡介]李偉杰（1995—），男，廣東雷州人，本科，助理工程師，研究方向：建筑施工。