阳台构造柱施工顺序对结构设计的影响分析

阳台构造柱施工顺序对结构设计的影响分析[摘要] 针对某些建筑阳台带构造柱做法在施工中未按照设计要求“先砌墙

后浇筑”可能带来的安全隐患，采用PKPM软件建立分析模型，进行详尽对比，得出阳台构造柱施工顺序对于工程结构受力的影响，提醒设计及施工应该做到紧密配合。

[关键词] 建筑阳台，构造柱，先砌墙后浇筑，安全隐患，施工顺序

1 问题提出

《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001 规定“钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架-抗震墙砖房中砖抗震墙的施工，应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架梁柱。”规范如此规定的目的是为确保砌体抗震墙与构造柱、底层框架柱的连接，以提高抗侧力砌体墙的变形能力，要求施工时先砌墙后浇注。

然而，时下对于很多高层剪力墙结构，建筑设计为了造型的要求在悬挑阳台的端头设置两根通高构造柱【图一】，从结构设计的角度，这两根造型柱不易按照框架柱做整体分析，所以往往是当做荷载考虑，配筋构造按照构造柱，设计说明中一般会注明：阳台构造柱须在悬挑梁拆模后进行浇注。这对于施工来说无疑增加了工序，有些施工单位不清楚这样要求的原因，往往违反设计要求，将悬挑梁和构造柱一次性进行支模浇注，导致施工与设计意图不符，给工程留下安全隐患，轻则底层悬挑梁开裂，影响正常使用，重则有可能悬挑阳台受力超越承载力极限状态到导致安全事故。

本文就阳台构造柱施工顺序的不同而可能导致结构受力变化的问题进行阐述，以提高施工单位对于设计中对于施工顺序的要求的合理性有正确的理解，避免施工与设计不符导致的结构安全隐患，以期避免如此工程问题的再度出现。

图1 某带悬挑阳台（阳台端造型柱）住宅平面图

2 模型建立及计算

为了说明问题，今仅以某五层纯剪力墙结构的悬挑阳台为例，采用PKPM 软件建立两套模型，两套模型采用完全一致的结构体系，纯剪力墙结构，悬挑阳

台出挑 1.5m，开间 3.6m，阳台恒载 1.5kN/m2（不包括阳台板自重），活荷载2.5kN/m2，剪力墙厚度200mm，阳台梁截面为200X400，建筑层高2.9m。

模型一

阳台上挡水翻板及栏杆重量当做线重量以梁上线荷载3.5kN/m输入，悬挑梁端头构造柱重量当做集中于端头的集中荷载2.5kN输入。

模型二

阳台上挡水翻板及栏杆重量当做线重量以梁上线荷载3.5kN/m输入，悬挑梁端头构造柱按照实际构造柱截面200X200输入，软件自动计算其重量。

工程抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第二组，地震加速度为0.05g，建筑场地类别为Ⅱ类。悬挑阳台的局部平面布置见图2，三维整体效果图见图3。

图2 带造型柱的悬挑阳台局部详图

图3 模型效果图（左：无造型柱；右：有造型柱）

3 结果分析

采用PKPM软件中SATWE高层墙元模型对两套模型分别进行计算分析，为了进行对比，仅提取恒载工况下的悬挑梁的变形图【图4，图6】及弯矩图【图5，图7】分别说明。

变形云图

从图中可以看到，带构造柱模型中悬挑梁的变形从顶层向下逐步增大【表一】，构造柱的内力也从顶层向下有增大的趋势；相反，不带构造柱模型中悬挑梁的变形每一层均相当。同时带构造柱模型悬挑梁端头的竖向绝对位移最大达到-2.0040mm（“-”表示沿着Z轴负方向），相比不带构造柱模型悬挑梁端头的竖向绝对最大位移-0.0091要大很多。

悬挑梁端部竖向位移表一

模型一模型二

Node2 Z-Disp Node2 Z-Disp

61 -2.388 61 -0.553

62 -2.388 62 -0.553

50 -2.153 50 -0.983

51 -2.153 51 -0.983

39 -2.369 39 -1.34

40 -2.369 40 -1.34

28 -2.218 28 -1.672

29 -2.218 29 -1.672

17 -1.67 17 -2.004

18 -1.67 18 -2.004

注：表格中从下往上的竖向位移节点编号与模型中悬挑梁端头从下往上的节点编号一致。

内力

带构造柱模型在恒载工况下的悬挑梁根部最大弯矩达到50 kN·m，不带构造柱模型在恒载工况下的悬挑梁根部最大弯矩为38.7 kN·m，内力差距接近30%，远远超过工程允许误差5%的限值，这无疑对于结构是一个不容忽视的问题。

从分析的结果看，悬挑梁变形和内力是对应的，带构造柱模型悬挑梁变形大，内力也大，不带构造柱模型悬挑梁变形小，内力也小，说明分析结果正确可靠。

悬挑梁的变形是自由的，这种内力特征与先施工每一层悬挑梁，而后待拆除模板等悬挑梁发生相应刚度下的挠度变形以后再浇筑其上的构造柱的施工顺序是相对应的；而如果把构造柱当做柱子输入悬挑梁的端部，这样软件分析的时候除了自动计算悬挑梁上构造柱的荷载，同时将会考虑构造柱作为竖向受力构件对于整体结构的刚度贡献，如果我们假设实际施工的顺序是一次性支模后整体

浇注本层悬挑梁及其上的构造柱，即使考虑了模型施工工况，由于构造柱在悬挑梁拆模之前就存在，在拆模后悬挑梁的变形将会受到构造柱的竖向约束而不能自由下挠，于是悬挑梁将这个下挠的竖向作用传递给构造柱，通过构造柱向下一层的悬挑梁传递，导致越是向下的悬挑梁承担了过多的上部悬挑梁由于不能自由变形而传递下来的荷载，相当于上部悬挑梁通过构造柱卸荷给每一层下的悬挑梁，同时悬挑梁也不在成为完全意义上的悬挑梁了，而是支撑在主体根部和构造柱之间的一根框架梁了，而且越往上这个内力特征越明显，这个变形特征可以通过内力图清楚的看出来，这样的构造柱施工顺序和带构造柱模型是一致的。

图4 带构造柱模型悬挑梁变形图

图5 带构造柱模型悬挑梁内力图

4 应对措施

从建立的两套单独模型的分析结果来看，施工顺序对于结构设计有非常大的影响，施工单位在进行施工时一定要仔细阅读设计图纸的各项要求，切勿为了图省方便或者按照自己的个人理解私自对设计图纸的要求进行更改而导致结构安全隐患。另外，作为设计院，有必要在交付图纸的时候对设计中如此和施工顺序有关的问题进行必要的重点交底，做必要的解释，以利于施工单位的密切配合，做到设计施工的完全一致。

5 结语

（1）工程设计往往需要施工单位的密切配合，对于规范明确而且施工技术成熟的技术配合较好，但是对于实际工程实际可能遇到的有些规范并无明确的地方，设计图纸上必须明确注明其适用范围及施工措施，以免造成安全隐患。

（2）作为设计院应该对于设计时做的假设条件有明确的认识和把握，应该指导和控制施工的顺序和质量。

（3）作为施工单位除了应该对设计图纸进行必要的识读和把握外，应该有必要的施工验算，对于设计未尽事宜应该通过分析判断做出相应正确的应对措施。

参考文献