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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

混凝土空心柱結構體系生產應用研究

朱祥，徐埝勤，薛凱旋

［摘要］隨著預制裝配建筑的發展，對于裝配式體系的研究越來越多。本文研究了新型裝配體系疊合混凝土空心柱的應用，主要從設計方案、模具方案、生產過程控制、堆放運輸和現場安裝等方面進行研究和應用，空心柱生產工藝簡單、快速，構件外觀整潔、鋼筋定位準、強度可靠，現場安裝時，大空腔安裝快速、免支撐、免灌漿、機械連接可靠且空心現澆后節點連接部分及空心部分澆筑能夠密實填充，疊合混凝土空心柱體系在框架體系中具有一定的應用前景。

［關鍵詞］空心柱；生產；應用

前言

裝配式建筑是預制部品部件在工地裝配而成的建筑，有利于節約資源能源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平，有利于促進建筑業與信息化工業深度融合。裝配式建筑發展已是大勢所趨。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構體系。預制柱主要以實心柱灌漿套筒連接為主，但是實心柱存在重量大、套筒灌漿安裝要求高、灌漿質量不可控等風險。目前關于空心柱的研究多種多樣，李勝強^[1]等介紹了一種鋼管空腔柱體系，構件預制時預留空腔或凹槽，大幅減輕了預制構件的重量，明顯降低了運輸及吊裝成本，降低了對吊裝設備的要求；楊參天^[2]提出了一種新型角部螺旋箍筋約束預制空腔式鋼筋混凝土柱，并研究其抗震性能，旨在實現結構構件和管線的全裝配施工，進一步提升結構施工效率；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算公式；陳陽^[4]等研究了型鋼混凝土實心柱、空心柱中心現澆性能對比實驗，超高層空心柱可以應用在軸壓比較小的上部樓層；預制疊合空心柱采取科學合理的安裝工藝流程，成功實現裝配式混凝土預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，在提升工程效率的同時也為綠色環保的施工提供了保障^[5]。但是關于空心柱生產過程介紹未見詳細報道，本文主要研究預制空心柱的設計、生產及項目中的應用分析。

空心柱設計方案

項目空心柱平面布置圖見圖。由圖1可見方案設計時建筑是不規則結構，結構外圍一圈采用現澆結構，內部柱采用空心柱，單層空心柱構件數量為22塊。空心柱效果圖見圖。由圖2可見預制柱采用空心混凝土結構，構件采用方形柱及方形孔洞，中間部分用現澆混凝土閉合，本項目預制裝配率達46.1%，符合裝配式發展要求。項目還應用了桁架樓層板和空心樓蓋板。

空心柱上下連接節點圖見圖，頂層柱節點圖見圖。由圖可知，上下柱之間縱向鋼筋通過一級接頭連接后現澆空腔混凝土時封閉，免去傳統預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，當鋼筋長度不滿足直錨要求時可以通過錨固板連接。無論何種連接方式都需要滿足各自鋼筋錨固長度要求。

生產方案

2.1項目分析

項目構件信息統計表見表。由表可知，空心柱長寬均相同，柱高有種分別為2500mm2600mm2650mm，每層構件數量為22根。模具方案設計時主要根據柱長寬、構件數量和工期確定。由于柱長寬都一致，層構件數量可以合并考慮，共計66塊構件，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，單層生產周期為11天，空心柱在項目安裝日期提前15天生產即可滿足項目安裝工期要求。

2.2生產過程

空心柱生產工藝一般有兩種，分別是離心法和抽芯法。離心法生產具有快速、高效、節約混凝土等優點，但是生產設備費用較高。因為該項目空心柱數量較少，考慮成本優先采用了抽芯法，生產效率能夠滿足工期要求。

空心柱生產過程主要包括：鋼筋下料→模具清理→鋼筋綁扎→氣囊安裝→模具合模與檢測→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要采用無齒鋸下料，嚴禁采用鈍割切斷，以免造成鋼筋端頭出現變形、彎曲；直螺紋開絲要注意不能大面積出現無效絲或斷絲，鋼筋絲頭長度應滿足設計要求，極限偏差應為2.0p，宜滿足6f級精度要求，應采用直螺紋量規檢驗，止規旋入不得超過3p；箍筋采用智能化鋼筋機器人自動下料，箍筋在下料時要按圖檢測箍筋彎錨長度和角度，箍筋彎鉤的彎折角度，一般結構不應小于90，有抗震等要求的結構應為135；箍筋彎折后的平直部分長度，一般結構不宜小于箍筋直徑的倍，對有抗震等要求的結構不應小于箍筋直徑的10倍，確保不影響結構性能。

模具清理見圖。拼模模具打磨時模具表面要光滑、干凈、無混凝土殘留物。鋼筋綁扎見圖。鋼筋綁扎按照圖紙出筋位置放置柱箍筋，按照出筋位置放置主筋，需通過模具定位控制板嚴格控制主筋出筋定位控制在5mm，同時需嚴格控制兩端的出筋長度誤差在-31mm。箍筋綁扎要注意兩邊加密區箍筋數量，在綁扎時要將扎絲朝內扣，對外露鋼筋要進行保護防止混凝土污染。

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

模具合模與檢測見圖。模具要按照圖紙尺寸進行拼模，由于柱高度方向共模，端模固定時需注意構件尺寸準確，并使用電動扳手上緊螺栓。要注意模具完成后要對尺寸進行復核，對模具的尺寸要求見表

混凝土澆筑見圖10。空腔柱混凝土原材料石子粒徑要控制在20mm以內，防止澆筑時出現石子卡在鋼筋上，導致混凝土漿無法落下出現蜂窩麻面。混凝土澆筑從兩側倒入，兩側澆至一半使用振動棒振搗，保證底部和兩側混凝土振搗密實，在二次澆筑振搗時要注意兩側接縫處混凝土振搗密實，兩側、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，構件收光要達到表面光滑、平整，收光次數要達到次。

抽氣囊見圖11。當混凝土初凝后、終凝前方可拔出氣囊。若在混凝土未有一定強度時拔出氣囊會出現混凝土坍塌、裂縫等現象。抽出氣囊前先放氣，減少抽出阻力。

拆模、起吊見圖12。空腔柱拆模要注意檢查螺絲是否拆除干凈，不可遺漏，先拆除側模，起吊后再拆除端模。起吊采用鏈條吊具鉤住兩端內腔箍筋，起吊時要觀察吊鉤是否鉤牢，防止脫鉤導致構件破壞。

工程應用

空心柱堆放、養護、檢測和運輸見圖13，構件出廠前在堆場進行堆放和養護，預制柱采用平放方式堆放，構件出廠前需對構件外觀、出筋、尺寸、強度等進行檢測，合格后方可出廠運輸至工地。

現場施工見圖14。由圖14可見空心柱運至現場后采用專用工裝固定在空心柱底部進行起吊，樓面在柱豎向鋼筋上安放連接套筒。柱角采用可調式冷擠壓鋼筋連接套筒，柱吊至安裝位置后，通過柱角可調式套筒調整柱的定位，通過液壓工具緊固連接件。安裝完后空心柱無需斜支撐。完工后與樓面混凝土與梁柱共同澆筑，澆筑時采用鋼筋專用固定鋼板固定鋼筋位置，防止澆筑過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。

結論

預制裝配式發展促進裝配式體系多樣化發展，空心柱疊合體系作為其中的一種，可以通過離心法和抽芯法兩種工藝生產。本文從設計方案、項目分析與模具方案、鋼筋下料、模具拼裝、鋼筋綁扎、氣囊安裝與拆除、混凝土澆筑、脫模等方面詳細介紹了空心柱抽芯法生產全過程。空心柱模具共模效果好、工藝簡單、快速、構件外觀整潔、鋼筋定位準、強度可靠。同時空心柱構件在現場安裝時，大空腔安裝快速、免支撐、免灌漿、機械連接可靠且空心現澆后節點連接部分及空心部分澆筑能夠密實填充，疊合混凝土空心柱體系在框架體系中具有一定的應用前景。

參考文獻

[1] 李勝強，楊博，金煥，等．裝配式混凝土結構體系研究及探討[J]．建筑結構，2021,48(19): 3-6

[2] 楊參天．預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，2018

[3] 張霓，鄭晨陽，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]．材料科學與工程學報，2021,39(6): 968-974

[4] 陳陽，楊勇．部分預制裝配型鋼混凝土柱軸壓性能試驗研究[J]．建筑結構學報，2021,42(2): 220-227

[5] 曹計栓，馬榮全．裝配式混凝土預制空心柱快速安裝施工技術[J]．施工技術，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

【標準規范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業創新發展與廢棄物資源再生技術交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續發展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

【咨詢服務】

科技成果評價

預拌混凝土質量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術咨詢

課題研究

研發中心建設

產品檢測

綠色建材產品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等

【建材“雙碳”業務】

低碳膠凝材料研發與制備

復合摻合料和再生復合摻合料研發與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應用技術

建筑垃圾再生輕粗骨料技術

碳化再生骨料制備技術

【期刊著作】

《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業標準化試驗室建設指南》圖書

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