【实践技术】混凝土空心柱结构体系生产应用研究

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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第4期

混凝土空心柱结构体系生产应用研究

朱祥，徐埝勤，薛凯旋

［摘要］随着预制装配建筑的发展，对于装配式体系的研究越来越多。本文研究了新型装配体系叠合混凝土空心柱的应用，主要从设计方案、模具方案、生产过程控制、堆放运输和现场安装等方面进行研究和应用，空心柱生产工艺简单、快速，构件外观整洁、钢筋定位准、强度可靠，现场安装时，大空腔安装快速、免支撑、免灌浆、机械连接可靠且空心现浇后节点连接部分及空心部分浇筑能够密实填充，叠合混凝土空心柱体系在框架体系中具有一定的应用前景。

［关键词］空心柱；生产；应用

前言

装配式建筑是预制部品部件在工地装配而成的建筑，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业深度融合。装配式建筑发展已是大势所趋。大力推广装配式混凝土建筑，需要完善适用于不同建筑类型的装配式混凝土建筑结构体系。预制柱主要以实心柱灌浆套筒连接为主，但是实心柱存在重量大、套筒灌浆安装要求高、灌浆质量不可控等风险。目前关于空心柱的研究多种多样，李胜强^[1]等介绍了一种钢管空腔柱体系，构件预制时预留空腔或凹槽，大幅减轻了预制构件的重量，明显降低了运输及吊装成本，降低了对吊装设备的要求；杨参天^[2]提出了一种新型角部螺旋箍筋约束预制空腔式钢筋混凝土柱，并研究其抗震性能，旨在实现结构构件和管线的全装配施工，进一步提升结构施工效率；张霓^[3]等研究了玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴心受压性能，建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴压承载力计算公式；陈阳^[4]等研究了型钢混凝土实心柱、空心柱中心现浇性能对比实验，超高层空心柱可以应用在轴压比较小的上部楼层；预制叠合空心柱采取科学合理的安装工艺流程，成功实现装配式混凝土预制空心柱的快速安装，施工效果良好，大大降低了建筑资源的耗费，在提升工程效率的同时也为绿色环保的施工提供了保障^[5]。但是关于空心柱生产过程介绍未见详细报道，本文主要研究预制空心柱的设计、生产及项目中的应用分析。

空心柱设计方案

项目空心柱平面布置图见图。由图1可见方案设计时建筑是不规则结构，结构外围一圈采用现浇结构，内部柱采用空心柱，单层空心柱构件数量为22块。空心柱效果图见图。由图2可见预制柱采用空心混凝土结构，构件采用方形柱及方形孔洞，中间部分用现浇混凝土闭合，本项目预制装配率达46.1%，符合装配式发展要求。项目还应用了桁架楼层板和空心楼盖板。

空心柱上下连接节点图见图，顶层柱节点图见图。由图可知，上下柱之间纵向钢筋通过一级接头连接后现浇空腔混凝土时封闭，免去传统预制混凝土柱钢筋套筒连接后灌浆封闭；由图可知，顶层柱纵向钢筋采用直锚连接，当钢筋长度不满足直锚要求时可以通过锚固板连接。无论何种连接方式都需要满足各自钢筋锚固长度要求。

生产方案

2.1项目分析

项目构件信息统计表见表。由表可知，空心柱长宽均相同，柱高有种分别为2500mm2600mm2650mm，每层构件数量为22根。模具方案设计时主要根据柱长宽、构件数量和工期确定。由于柱长宽都一致，层构件数量可以合并考虑，共计66块构件，本工程每层工期约10天，综合考虑该模具共需两套，柱在高度方向上共模，单层生产周期为11天，空心柱在项目安装日期提前15天生产即可满足项目安装工期要求。

2.2生产过程

空心柱生产工艺一般有两种，分别是离心法和抽芯法。离心法生产具有快速、高效、节约混凝土等优点，但是生产设备费用较高。因为该项目空心柱数量较少，考虑成本优先采用了抽芯法，生产效率能够满足工期要求。

空心柱生产过程主要包括：钢筋下料→模具清理→钢筋绑扎→气囊安装→模具合模与检测→混凝土浇筑→抽气囊→拆模、起吊。

钢筋下料见图。由图可知直螺纹钢筋在切割时要采用无齿锯下料，严禁采用钝割切断，以免造成钢筋端头出现变形、弯曲；直螺纹开丝要注意不能大面积出现无效丝或断丝，钢筋丝头长度应满足设计要求，极限偏差应为2.0p，宜满足6f级精度要求，应采用直螺纹量规检验，止规旋入不得超过3p；箍筋采用智能化钢筋机器人自动下料，箍筋在下料时要按图检测箍筋弯锚长度和角度，箍筋弯钩的弯折角度，一般结构不应小于90，有抗震等要求的结构应为135；箍筋弯折后的平直部分长度，一般结构不宜小于箍筋直径的倍，对有抗震等要求的结构不应小于箍筋直径的10倍，确保不影响结构性能。

模具清理见图。拼模模具打磨时模具表面要光滑、干净、无混凝土残留物。钢筋绑扎见图。钢筋绑扎按照图纸出筋位置放置柱箍筋，按照出筋位置放置主筋，需通过模具定位控制板严格控制主筋出筋定位控制在5mm，同时需严格控制两端的出筋长度误差在-31mm。箍筋绑扎要注意两边加密区箍筋数量，在绑扎时要将扎丝朝内扣，对外露钢筋要进行保护防止混凝土污染。

气囊安装见图。钢筋在绑扎完成后，要在钢筋笼内焊接固定气囊的钢筋，防止混凝土浇筑时气囊跑模。在穿气囊时要注意箍筋弯锚的位置，此位置的气囊在穿时要使用保护套将气囊包裹。穿进钢筋笼后对气囊进行充气。浇筑前要检查气囊是否有漏气，要保证气囊气体充足，避免混凝土浇筑时渗漏。

模具合模与检测见图。模具要按照图纸尺寸进行拼模，由于柱高度方向共模，端模固定时需注意构件尺寸准确，并使用电动扳手上紧螺栓。要注意模具完成后要对尺寸进行复核，对模具的尺寸要求见表

混凝土浇筑见图10。空腔柱混凝土原材料石子粒径要控制在20mm以内，防止浇筑时出现石子卡在钢筋上，导致混凝土浆无法落下出现蜂窝麻面。混凝土浇筑从两侧倒入，两侧浇至一半使用振动棒振捣，保证底部和两侧混凝土振捣密实，在二次浇筑振捣时要注意两侧接缝处混凝土振捣密实，两侧、底部混凝土浇筑完成后穿顶部气囊并充气，完成后浇筑顶部混凝土，构件收光要达到表面光滑、平整，收光次数要达到次。

抽气囊见图11。当混凝土初凝后、终凝前方可拔出气囊。若在混凝土未有一定强度时拔出气囊会出现混凝土坍塌、裂缝等现象。抽出气囊前先放气，减少抽出阻力。

拆模、起吊见图12。空腔柱拆模要注意检查螺丝是否拆除干净，不可遗漏，先拆除侧模，起吊后再拆除端模。起吊采用链条吊具钩住两端内腔箍筋，起吊时要观察吊钩是否钩牢，防止脱钩导致构件破坏。

工程应用

空心柱堆放、养护、检测和运输见图13，构件出厂前在堆场进行堆放和养护，预制柱采用平放方式堆放，构件出厂前需对构件外观、出筋、尺寸、强度等进行检测，合格后方可出厂运输至工地。

现场施工见图14。由图14可见空心柱运至现场后采用专用工装固定在空心柱底部进行起吊，楼面在柱竖向钢筋上安放连接套筒。柱角采用可调式冷挤压钢筋连接套筒，柱吊至安装位置后，通过柱角可调式套筒调整柱的定位，通过液压工具紧固连接件。安装完后空心柱无需斜支撑。完工后与楼面混凝土与梁柱共同浇筑，浇筑时采用钢筋专用固定钢板固定钢筋位置，防止浇筑过程中钢筋偏位影响下一层空心柱安装，浇筑完毕后柱底以及空心部分混凝土浇筑密实。

结论

预制装配式发展促进装配式体系多样化发展，空心柱叠合体系作为其中的一种，可以通过离心法和抽芯法两种工艺生产。本文从设计方案、项目分析与模具方案、钢筋下料、模具拼装、钢筋绑扎、气囊安装与拆除、混凝土浇筑、脱模等方面详细介绍了空心柱抽芯法生产全过程。空心柱模具共模效果好、工艺简单、快速、构件外观整洁、钢筋定位准、强度可靠。同时空心柱构件在现场安装时，大空腔安装快速、免支撑、免灌浆、机械连接可靠且空心现浇后节点连接部分及空心部分浇筑能够密实填充，叠合混凝土空心柱体系在框架体系中具有一定的应用前景。

参考文献

[1] 李胜强，杨博，金焕，等．装配式混凝土结构体系研究及探讨[J]．建筑结构，2021,48(19): 3-6

[2] 杨参天．预制空腔式钢筋混凝土柱抗震性能研究[D].北京：北京建筑大学，2018

[3] 张霓，郑晨阳，羡丽娜，等．玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心的受压性能[J]．材料科学与工程学报，2021,39(6): 968-974

[4] 陈阳，杨勇．部分预制装配型钢混凝土柱轴压性能试验研究[J]．建筑结构学报，2021,42(2): 220-227

[5] 曹计栓，马荣全．装配式混凝土预制空心柱快速安装施工技术[J]．施工技术，2019,48(15): 45-49

供稿人：朱祥，徐埝勤

编辑员：李海亮

审核人：孙继成，宁夏

【标准规范】

《建筑固废再生砂粉应用技术规范》行标

《建筑物绿色拆除与建筑垃圾综合利用技术规程》CECS

《预拌混凝土使用说明书》团标

《砂浆和混凝土用石屑》团标

《预拌混凝土产品质量追溯规范》团标

【会议培训】

2025全国混凝土行业创新发展与废弃物资源再生技术交流大会

第十届全国建筑固废和余泥渣土处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会

2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会

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【咨询服务】

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建筑垃圾再生砂粉应用技术

建筑垃圾再生轻粗骨料技术

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【期刊著作】

《新技术在混凝土中的应用》图书

《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书

《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书

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