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4 混凝土结构工程
本章掌握内容:
1、 掌握钢筋与混凝土共同工作原理;
2、 掌握钢筋连接及配料、 代换的计算方法和植筋方法;
3、 掌握模板设计、 安装、 拆除的方法;
4、 掌握混凝土施工工艺的原理、 施工配料、 质量检查和评定。
本章了解内容:
1、 了解混凝土结构工程的特点及施工过程;
2、 了解钢筋种类、 性能及加工工艺;
3、 了解模板的构造要求、 受力特点;
4、 了解混凝土原材料、 施工设备和机具的性能;
5、 了解混凝土冬期施工工艺要求和常见措施。
4.1 混凝土结构工程概述
概述:
1、 定义: 混凝土结构工程是指按设计要求将钢筋和混凝土两种材料利用模板浇筑而成的各种形状和大小的构件或结构。
2、 钢筋混凝土共同工作: 主要是混凝土硬化后紧紧握裹钢筋, 钢筋又受混凝土保护而不致锈蚀, 当外界温度变化时, 不会因膨胀不均而破坏两者间的粘结。
3、 混凝土结构工程组成: 钢筋工程、 模板工程和混凝土工程。
4、 施工工艺流程: 见下图
浇筑混凝土
养护
模钣修理
水泥
骨料筛分、 冲洗
拌制混凝土
拆模
水
外加剂
钢筋加工与安装
模板制作与安装

配 料

4.2 钢筋工程
4.2.1 钢筋的种类及性能
1、 分类:
1) 按生产工艺分类: 热轧钢筋和冷拉钢筋。
( 1) 热轧钢筋: 热轧光圆钢筋( HPB) 、 热轧带肋钢筋( HRB) 和余热处理钢筋( RRB) 。
( 2) 钢筋强度等级代号及力学性能: 见下表
热轧钢筋的力学性能
表面形状
强度等级代号
直径
( ㎜)
屈服强度
MPa
抗拉强度
MPa
伸长率
%
冷弯
符号

不小于
弯曲角度
弯心直径
光圆
HPB235
8～20
235
370
25
1800
D

月牙肋
HRB335
6～25
28～50
335
490
16
1800
1800
2d
4d
Φ
HRB400
6～25
28～50
400
570
14
1800
1800
4d
5d

HRB500
6～25
28～50
500
630
12
1800
1800
6d
7d

余热处理钢筋的力学性能
表面形状
强度等级代号
直径
( ㎜)
屈服强度
MPa
抗拉强度
MPa
伸长率
%
冷弯
符号

弯曲角度
弯心直径
月牙肋
RRB400
8～25
28～40
440
600
14
900
900
3d
4d

2) 按化学成分分类: 碳素钢钢筋和普通低合金钢钢筋
碳素钢钢筋: 低碳钢钢筋、 中碳钢钢筋和高碳钢钢筋
3) 按热轧外形分类: 光圆钢筋和变形钢筋( 月牙形、 螺旋形、 人字形钢筋)
4) 按供应形式分类: 盘圆钢筋( 直径不大于10㎜) 和直条钢筋( 长度6～12m)
5) 按直径大小分类: 钢丝( 直径3～5㎜) 、 细钢筋( 直径6～10㎜) 、 中粗钢筋( 直径12～20㎜) 和粗钢筋( 直径大于20㎜)
6) 按在结构中作用不同分类: 受力钢筋、 架立钢筋和分布钢筋
2、 钢筋检查与复试:
1) 检查:
( 1) 外观检查: 热轧钢筋表面不得有裂缝、 结疤和折叠, 表面凸块不得超过横肋的最大高度, 外姓尺寸应符合规定要求。
( 2) 资料检查: 钢筋运至工地应有出厂质量证明书或试验报告单, 并按品种、 批号及直径分批验收, 验收内容包括钢筋标牌和外观检查, 并按有关规定进行机械性能试验。
( 3) 验收和试验批次: 每批质量热轧钢筋比超过60t, 冷轧带肋钢筋为50t, 冷轧扭钢筋为10t。
2) 批次实验: 批次同上
试验内容: 应从每批外观尺寸检查合格的钢筋中任选2, 每根取两个试件分别进行拉力试验和冷弯次数试验。如有一项试验结果不符合规定, 则应从同一批钢筋另取双倍数量的试件重做各项试验, 如果仍有一个试件不合格, 则该批钢筋为不合格品。
3) 试验项目: ( 建筑钢筋的取样方法)
(1) 一般验收项目
拉伸试验( 屈服强度、 抗拉强度、 伸长率) 和冷弯试验
(2) 验收批及取样方法和取样数量
序号
钢材品种
验收批重量
取样数量
取样方法
1
低碳热扎圆盘条
60t
拉伸: 一根, 长500mm
冷弯: 二根, 长300mm
任取二盘钢筋, 端头截去500mm后, 一盘切取一根拉伸, 一根冷弯试件, 另一盘切取一根冷弯试验
2
热扎光圆
60t
拉伸: 二根, 长500mm
冷弯: 二根, 长300mm
任取二盘钢筋, 端头截去500mm后, 每根各切取一根拉伸、 一根冷弯试件
3
热扎带肋
60t
4
低合金盘圆
60t
5
冷扎带肋
60t
拉伸: 每盘一根, 长500mm
弯曲: 每批二根, 长300mm
验收批每一盘( 捆) 一端截去500mm, 各截取一根拉伸试件; 再任取二盘各截取一根弯曲试件
6
冷扎扭钢筋
10t
拉伸: 二根, 长500mm
冷弯: 一根, 长300mm
任取二根钢筋, 端头截去500mm后, 每根各切取一根拉伸、 一根冷弯试件
7
预应力砼钢棒
( 公称≤13mm
100条
拉伸: 一根, 长500mm
任取一条钢筋, 端头截去500mm, 切取一根拉伸试验

3、 钢筋堆放: 钢筋在运输和储存时, 不得损坏标志, 并应根据品种、 规格按每批分别挂牌堆放, 并标明数量, 不得露天堆放, 防止锈蚀。
4.2.2 钢筋焊接
1、 钢筋焊接方式分类及适用范围: 见下表

2、 对焊:
1) 定义: 是钢筋接触对焊的简称。
2) 原理: 见右图
是利用对焊机使两段钢筋接触, 经过低压强电流, 把电能转化为热能, 使钢筋加热到一定温度后, 即施以轴向压力顶锻, 使两根钢筋焊合在一起。钢筋焊接常见闪光焊。
3) 种类: 连续闪光焊、 预热闪光焊、 闪光 预热
闪光焊
4) 适用: 梁的纵向受力钢筋。
5) 外观检查与试验:
外观检查要求: 接头表面无裂纹和明显烧伤; 接头应有适当镦粗的均匀毛刺; 接头如有弯折, 其角度不大于40; 接头轴线的偏移不应大于0.1d, 亦不应大于2㎜。如外观检查不合格的接头, 可将距接头左右个15㎜处切除重焊。
试验: 按同一类型分批进行, 每批切取6%, 但不少于6个试件, 其中三个做抗拉试件, 三个做冷弯试件。
3、 点焊:
1) 定义: 在各种预制构件中, 利用点焊机进行交叉钢筋焊接, 使单根钢筋成型为各种网片、 骨架, 以代替人工绑扎。
2) 适用: 钢丝和部分细钢筋
3) 外观检查: 无脱落、 漏焊、 气孔、 裂缝、 空洞以及明显烧伤现象。
4、 电弧焊:
1) 定义: 电焊时, 电焊机送出低压强电流, 使焊条与焊件之间产生高温电流, 将焊条与焊件金属溶化, 凝固后形成一条焊缝。
2) 适用: 钢筋接长, 钢筋接头, 钢筋骨架焊接和钢筋与钢板焊接。
3) 接头形式: 搭接接头、 帮条接头、 剖口接头、 钢筋与预埋件接头
( 1) 搭接接头: 焊接时将主钢筋的端部按搭接长度顶弯, 使被焊钢筋与其在同一轴线上, 并采用两端点焊定位, 焊缝宜采用双面焊, 当双面焊有困难时, 亦可采用单面焊。
适用于直径10～40㎜的Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ钢筋。
( 2) 帮条接头: 适用于直径10～40㎜的Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ钢筋, 能够双面和单面焊接。

钢筋搭接与帮条接头焊接时, 焊缝厚度应不小于0.3d, 且大于4㎜; 焊缝宽度不小于0.7d, 且不小于10㎜。
钢筋搭接长度与帮条长度见下表:

钢筋搭接长度或帮条长度
钢筋级别
焊缝形式
搭接长度或帮条长度
Ⅰ级
单面焊
≥8d
双面焊
≥4d
Ⅱ、 Ⅲ级
单面焊
≥10d
双面焊
≥5d

( 3) 坡口( 剖口) 接头: 分为平焊和立焊, 适用于直径16～40㎜的Ⅰ～Ⅳ钢筋。

( 4) 钢筋与预埋件接头: 分为对接接头和搭接接头。

4) 接头的质量检查: 主要为外观检查
要求: 焊缝要平顺, 不得有裂纹; 没有明显咬边、 凹陷、 焊瘤、 夹渣及气孔; 用小锤敲击焊缝时, 应发出与其本金属同样的清脆声; 焊缝尺寸与缺陷的偏差不得大于下表:
项次
偏差名称
单位
允许偏差
项次
偏差名称
单位
允许偏差
1
帮条对焊接头中心纵向偏移
㎜
0.5d
6
焊缝长度
㎜
—0.5d
2
接头处钢筋轴线的曲折
度
4
7
咬肉深度
㎜
0.05d或1
3
接头处钢筋轴线的偏移
㎜
0.1d或3

8
焊缝表面气孔和夹渣( 1) 在2d长度上不得多于
( 2) 直径不得大于
个
2
4
焊缝高度
㎜
—0.05d
5
焊缝宽度
㎜
—0.1d
㎜
3

5) 焊条选用:
钢筋电弧焊焊条型号
钢筋级别
电弧焊接头形式
帮条焊
搭接焊
坡口焊
熔槽帮条焊
预埋件穿孔塞焊
钢筋与钢板搭接焊
预埋件T形角焊
HPB235
E4303
E4303
E4303
HRB335
E4303
E5003
E4303
HRB400
E5003
E5503

5、 电渣压力焊
1) 定义: 是利用电流经过渣池产生的电阻热将钢筋端熔化, 然后施加压力使钢筋焊合。
2) 适用: 现浇结构中钢筋直径差在9㎜内Φ10～Φ40的竖向或斜向( 倾斜度在4: 1内) 钢筋接长。
3) 施工方法: 施焊前将钢筋端部120㎜范围内的铁锈、 污物等杂质清除干净; 将夹具的下夹头夹牢下钢筋, 再将上钢筋扶直并夹牢于活动电极中, 使上下钢筋在同一轴线; 然后在上下钢筋间安装引弧导电铁丝圈( 可采用12～14号无铁火烧丝, 圈高为10～12㎜) ; 再安放焊剂盒, 用石棉塞封焊剂盒下口, 同时装满焊剂。通电后, 将上钢筋上提2～4㎜引弧, 用人工引弧继续上提5～7㎜, 使电弧稳定燃烧; 随着钢筋熔化, 上钢筋逐渐插入渣池中, 此时电弧熄灭, 转为电渣过程, 焊接电流经过渣池而产生大量的电阻热, 使钢筋端部继续熔化; 待钢筋端部熔化到一定程度后, 在切断电流的同时, 迅速进行预压并持续几秒钟, 以免接头偏斜或结合不良。
4) 检查验收: 接头逐个检查, 要求接头焊包均匀, 突出部分至少高出钢筋表面4㎜, 不得有裂纹和明显的烧伤缺陷; 接头处钢筋轴线的偏移不超过0.1d, 且不得大于2㎜; 接头弯折不得超过40。凡不符合外观要求的钢筋接头, 应将及切除重焊。
强度检验时, 在现浇混凝土结构中, 每一楼层以300个同钢筋级别和直径的接头为一批( 不足300个接头也可作为一批) , 切取3个接头作为试件, 进行静力拉伸试验, 其抗拉强度实测值均不得低于该级强度的抗拉强度标准值。
5) 接头缺陷及防止措施:
钢筋电渣压力焊接头缺陷及防止措施
焊接缺陷
防止措施
偏心
矫直钢筋接头, 放正钢筋并夹紧、 预压力适当、 保证夹具完好无伤
弯折
矫直钢筋接头, 放正钢筋, 延缓松开钢筋夹具时间
咬边
调小电流、 缩短焊接时间、 适当加大预压力、 及时停机
未熔合
提高下送钢筋速度、 延迟断电时间、 适当加大焊接电流
焊包不匀
磨平钢筋端头、 放正铁丝圈、 适当加大熔化量
气孔
按要求烘烤焊剂、 清除铁锈
烧伤
钢筋端部彻底除锈、 夹紧钢筋
焊包下流
塞好石棉布

4.2.3 钢筋机械连接
定义: 经过机械手段将两根钢筋进行对接。
种类: 钢筋冷挤压连接和锥形螺纹钢筋连接
1、 钢筋冷挤压连接:
1) 定义: 将两根待连接钢筋插入一个金属套管, 然后采用挤压机和压模在常温下对金属套管加压, 使两根钢筋紧固成一体。
2) 种类: 径向挤压套管连接和轴向挤压套管连接
( 1) 径向挤压套管连接: 是沿套管直径方向从套管中间依次两端挤压套管使之冷塑性变形把插在套管里的两根钢筋紧紧咬合成一体。
适用于带肋钢筋连接, 可连接～钢筋
( 2) 轴向挤压套管连接: 是沿钢筋轴线冷挤压金属套管, 把插入套管里的两根待连接热轧带肋钢筋紧固成一体。
适用于连接～的竖向、 斜向和水平钢筋
3) 套管材料和几何尺寸要求: 应符合接头规格的技术要求, 并应有出厂合格证。套管的标准屈服承载力和极限承载力应比钢筋大10%, 套管的保护层厚度不宜小于15㎜, 净距不宜小于25㎜。当所有套管外径相同时, 钢筋直径相差不宜大于两个级别。

4) 冷挤压接头的外观检查: 应符合下列要求:
( 1) 钢筋连接端花纹要完好无损, 不准打磨花纹, 连接处不准有油污、 水泥等杂物;
( 2) 钢筋端头离套管中线不应超过10㎜;
( 3) 压痕间距宜为1～6㎜, 挤压后的套管接头长度为原长度的1.10～1.15倍, 挤压后套管接头外径用量规测量应能经过( 量规不能从挤压套管接头外径经过的。可更换挤压模重新挤压一次即可) , 压痕处最小外径为套管原外径的0.85～0.90倍。
( 4) 挤压接头处不得有裂纹, 接头弯折角度不得大于40。

2、 锥形螺纹钢筋连接
1) 定义: 锥形螺纹钢筋连接是将两根待接钢筋的端部和套管预先加工成锥形螺纹, 然后用手和力矩扳手将两根钢筋端部旋入套管形成机械式钢筋接头。

2) 适用: 施工现场连接～的同径或异径的竖向、 水平或任何倾角的钢筋, 不受钢筋有无花纹及含碳量的限制。
当连接异径钢筋时, 所连接钢筋直径之差不应超过9㎜。
适用于按一、 二级抗震设防的建筑物的现浇钢筋混凝土结构的梁、 板、 柱、 墙、 基础的钢筋连接施工。不得用于预应力钢筋或经常承受重复动荷载及承受高应力疲劳荷载的结构。
3) 钢筋接头拧紧力矩值:

钢筋直径( ㎜)

20
22
25～28
32
36
40
拧紧力矩值( N
118
145
177
216
275
314
343
343

4.2.4 钢筋的配料及加工
1、 配料: 是根据构件配筋图, 先绘出各种形状和规格的单根钢筋简图, 并加以编号, 然后分别计算钢筋的下料长度和根数, 填写配料单, 申请加工。
1) 下料长度计算:
由于结构受力上的要求, 大多数钢筋需在中间弯曲和两端弯成弯钩。钢筋弯曲时, 其外壁伸长, 内壁缩短, 而中线长度不变。
量度差值: 钢筋的外包尺寸与中心线长度之间的差值, 称之为量度差值。
钢筋的外包尺寸要大于钢筋中心线的长度。
设计图中标明的钢筋尺寸为:
根据构件尺寸、 钢筋形状和钢筋保护层的厚度等按外包尺寸进行计算。不包括钢筋端头弯钩长度。
钢筋下料长度:
钢筋下料长度=外包尺寸+端头弯钩长度—量度差值
箍筋下料长度=箍筋周长+箍筋调整值
( 1) 端头半圆弯钩增加长度: ( 图4-17a) 简化计算
弯钩全长: 3
弯钩增加长度( 包括量度差值) :
端头半圆弯钩增加长度( 精确计算) :
半圆弯钩增加长度值:
钢筋直径( ㎜)
≤6
8～10
12～18
20～28
32～36
弯钩长度( ㎜)
40
6d
5.5d
5d
4.5d

( 2) 量度差值:
①弯900的量度差值: ( 图4-17b)
外包尺寸:
中心线弧长:
量度差值:
②弯450的量度差值: ( 图4-17c)
外包尺寸:
中心线弧长:
量度差值:
③同理, 可得其它常见弯曲角度的量度差值:
钢筋弯曲角度
300
450
600
900
1350
量度差值
0.35d
0.5d
0.85d
2d
2.5d

( 3) 箍筋调整值: 弯钩增加长度与弯曲量度差值两项之和。
箍筋调整值
箍筋量度方法
箍筋直径( ㎜)
4～5
6
8
10～12
量外包尺寸
40
50
60
70
两内包尺寸
80
100
120
150～170

2) 钢筋的代换
( 1) 定义: 施工中如供应的钢筋的品种和规格与设计图纸要求不符时, 能够进行代换。
( 2) 规定:
①对拉裂性要求高的构件, 不宜用光面钢筋代换变形钢筋;
②钢筋代换不宜改变构件中的有效高度;
③凡属重要的结构和预应力钢筋, 在代换时应征得设计单位的同意;
④代换后的钢筋用量不宜大于原设计用量的5%, 亦不低于2%, 且应满足规范规定的最小钢筋直径、 根数、 钢筋间距、 锚固长度等要求。
( 3) 代换方法:
①等强度代换: 构件是按强度控制的;
②等面积代换: 构件是按最小配筋率控制的。
2、 钢筋加工
钢筋加工包括: 调直、 除锈、 下料剪切、 接长、 弯曲
1) 钢筋调直: 利用冷拉进行。用调直冷拉率控制。
调直冷拉率:
HPB235级钢筋的调直冷拉率控制不宜大于4%; HRB335、 HRB400级的钢筋的调直冷拉率不宜大于1%。
2) 钢筋除锈: 将其表面的油渍、 漆污、 铁锈等清除干净。
3) 钢筋切断: 按下料长度切断。
4) 钢筋弯曲:
要求:
( 1) 钢筋弯曲成型后, 形状、 尺寸必须符合设计要求, 平面上没有翘曲、 不平现象。
( 2) 钢筋末端弯钩, HPB235级钢筋为1800, HRB335、 HRB400级钢筋为900或1350。
( 3) 弯钩的弯曲直径不应小于2.5d( d为钢筋直径) , 轻骨料混凝土结构时为3.5d。
( 4) 弯曲直长HRB235级不宜小于3d, HRB335级不宜小于4d, HRB400级不宜小于5d。
( 5) 箍筋末端做成弯钩, 如设计无具体要求时, 弯钩形式为: 对一般结构, 箍筋两端能够做成900或一端做成900, 另一端做成1800。对有抗震要求和受扭的结构, 箍筋两端做成1350。
( 6) 钢筋弯曲成型允许偏差:
钢筋弯曲成型允许偏差
项次
项目
允许偏差( ㎜)
1
顺长度方向全长
±10
2
弯起点位移
±20
3
弯起高度
±5
4
箍筋边长
±5

3、 钢筋的绑扎与安装
1) 施工准备: 钢筋绑扎与安装前, 应先熟悉图纸, 核对钢筋配料, 研究与有关工种的配合, 确定施工方法。
2) 施工方法:
( 1) 钢筋绑扎一般采用20～22号铁丝, 要求绑扎牢固位置正确; 在同一截面内, 绑扎接头的钢筋面积在受压区不得超过50%, 在受拉区中不得超过25%; 不在同一截面的绑扎接头, 中距不得小于搭接长度。
( 2) 搭接长度和绑扎点位置应符合下列规定:
①同一纵向受力钢筋不宜设置两个或两个以上接头, 接头末端至钢筋弯起点处的距离不得小于钢筋直径的19倍, 也不宜位于构件最大弯矩处。
②受拉区域内, HPB235级钢筋绑扎接头的末端应做弯钩, HRB335、 HRB400级钢筋可不做弯钩; 受压区域内, HPB235级钢筋不做弯钩。
③直径等于或小于12㎜的受压HPB235级钢筋末端, 以及轴心受压构件中, 任意直径的受力钢筋末端, 可不做弯钩, 但搭接长度不应小于钢筋直径的35倍。
④钢筋搭接处, 应在中心和两端用铁丝扎牢。
⑤绑扎接头的搭接长度应符合下表要求:
纵向受拉钢筋的最小搭接长度
钢筋种类
混凝土强度等级
C15
C20～C25
C30～C35
≥C40
HPB235级光圆钢筋
45d
35d
30d
25d
HRB335级带肋钢筋
55d
45d
35d
30d
HRB400级带肋钢筋
—
55d
40d
35d
注: 1、 受压钢筋绑扎接头的搭接长度应为表中数值的0.7倍;
2、 在任何情况下, 纵向受拉钢筋的搭接长度不应小于300㎜, 受压钢筋搭接长度不应小于200㎜;
3、 两根直径不同的钢筋其搭接长度以较细钢筋直径计算。
3) 钢筋保护层:
钢筋在混凝土中保护层的厚度, 应根据不同构件确定, 可用水泥砂浆垫块, 垫在钢筋与模板之间, 垫块应设置成梅花形, 其相互间距不大于1m。上下双层钢筋之间的尺寸可用绑扎短钢筋来控制。
4、 钢筋检查:
检查内容: 钢号、 直径、 根数、 间距、 负筋的位置、 钢筋接头位置、 搭接长度、 混凝土保护层厚度和位置、 钢筋绑扎的牢固程度、 钢筋表面有无油渍、 漆污、 铁锈等和钢筋的位置偏差应符合要求。
钢筋应属于隐蔽工程验收、 记录以备查证。

4.2.5 植筋施工
1、 定义: 在钢筋混凝土结构上钻出孔洞, 注入胶粘剂, 植入钢筋, 待其固化后即完成植筋施工。
2、 钢筋胶粘剂: 有两种不同化学组分在未混合前, 不会固化, 一旦混合后, 就会发生化学反应, 出现凝胶现象, 并很快固化。
胶凝剂凝固愈合时间随材料的温度而变化, 见下表:
胶凝剂凝固愈合时间
材料温度( ℃)
凝固时间( min)
愈合时间( min)
—5
25
360
0
18
180
5
13
90
20
5
45
30
4
25
40
2
15

胶粘剂的施工温度为—5℃～40℃
3、 植筋用孔径与孔深
参见表4.15
4、 植筋施工方法:
植筋施工过程: 钻孔、 清孔、 填胶粘剂、 植筋、 凝胶
1) 钻孔使用配套的冲击电钻。钻孔时, 孔洞间距和孔洞深度应满足设计要求。
2) 清孔时, 先用吹风泵清除孔洞内粉尘等, 再用清水冲孔。
3) 使用植筋注射器从孔底向外均匀地把适量胶粘剂填注孔内。注意勿将空气封入孔内。
4) 按顺时针方向把钢筋平行于孔洞走向轻轻植入孔中, 直至插入孔底, 胶粘剂溢出。
5) 将钢筋外露端固定在模架上, 使其不受外力作用, 直至凝结, 并派专人现场保护。
6) 凝结的化学反应时间一般为15min, 固化时间一般为1h。

4.3 模板工程
4.3.1 定型模板与工具式支模
定义: