拉结筋在填充墙与框架柱连接中的应用分析①

□□ 马瑞君，汪金满，何伟君

(1.甘肃省建设设计咨询集团有限公司，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省第五建设集团有限责任公司，甘肃 天水 741000)

引言

填充墙作为一种满足建筑功能要求的“非结构构件”，在某些特殊地区，如抗震设防地区，填充墙可以承受部分水平地震力，填充墙之所以能够承受部分水平地震力，且能在大型地震中抵抗部分荷载，除了填充墙的原材料、强度、设置方式等[1-2]原因之外，填充墙与框架柱的连接方式在很大程度上决定了填充墙的稳定性和抵抗水平荷载的能力。因而需要对填充墙与框架柱之间设置可靠且稳定的连接。目前，在工程中填充墙与框架柱主要是通过拉结筋连接。因此，在连接中拉结筋起到的作用至关重要，而如何利用拉结筋实现最佳的连接方式是目前亟待解决的问题。

1 拉结筋的施工方式

布置在填充墙与框架柱之间的拉结筋多数场合只是起到连接作用，但是当地震发生，产生的水平荷载容易使得填充墙与主体结构脱离，此时在填充墙与框架柱之间连接的拉结筋能承受部分水平荷载，保证填充墙安全稳固[3]。因此，拉结筋的设置必须依靠成熟的设计和施工技术。目前常用的拉结筋施工方式有植筋法、预埋钢筋法两种。

1.1 植筋技术

植筋技术因其具有不影响主体结构施工且施工简便等优点，在填充墙拉结筋连接中得到了广泛应用，主要是经过钻孔、植筋、注胶等步骤将钢筋植入填充墙与框架柱中[4]。该技术一方面需要选择合适的植筋胶，应考虑植筋胶的强度、固化时间、环保、植筋施工时植筋胶填充密实度等因素；另一方面，钢筋的锚固深度及承载力应符合要求，JGJ 145—2013《混凝土结构后锚固技术规程》规定植筋锚固深度设计值可按下式进行计算：

ld≥ΨNΨaels

(1)

(2)

fy——植入钢筋的抗拉强度；

As——钢筋截面面积；

ld——植筋锚固深度设计值；

ls——植筋基本锚固深度；

d——钢筋公称直径。

1.2 预埋钢筋技术

预埋钢筋技术与植筋技术的区别在于钢筋是在框架柱混凝土浇筑之前预埋于框架柱中，其后再与填充墙中预留的钢筋相互连接，主要有柱上预留贴膜筋、模板开洞留甩筋、钢模板紧固预埋法等[5-6]施工方法，预埋钢筋技术需考虑预埋方法，保证预留出的钢筋数量与位置准确，且在构件与拉结筋连接处抗拔力能满足设计要求。

2 拉结筋的连接方式

2.1 拉结筋在刚性连接中的应用

工程中应用较为普遍的是采用刚性连接，这是由于刚性连接是通过增加构件刚度或者增强构件之间连接，以此提高结构整体性，加强抗震作用。这种连接方式在填充墙与框架柱连接中比较容易实现，主要是通过填充墙与框架柱顶形成一体，即二者紧密连接。刚性连接应考虑填充墙刚度和强度对结构变形的影响。而拉结筋在该连接上所起的作用较大，将拉结筋采用植筋或者预埋的方式从框架柱留出，再与填充墙连接，中间采用钢筋网片加固，不留缝隙，这种连接使得填充墙与框架柱成为整体，共同受力，但对于填充墙而言，其本身并非受力构件，这就需要填充墙刚度足够大才能抵抗水平地震荷载，否则一旦受力过大，填充墙便容易破坏。

2.2 拉结筋在柔性连接中的应用

柔性连接与刚性连接相比，最大的区别在于柔性连接可忽略或部分考虑填充墙刚度的影响，由于柔性连接工艺还未成熟，至此还未广泛推广。柔性连接方式主要可分三种：

(1)完全脱开。脱开后的缝隙中填满隔热、隔声的柔性材料。此连接利于主体结构形成塑性铰，提升抗震能力，最大限度地保证填充墙不受主体结构抵抗地震的影响。

(2)使用拉结筋相连接。填充墙与框架柱之间的隔开一定缝隙，缝隙宽度以20 mm为宜。

(3)填充墙与框架柱使用耗能减震器相连接。耗能减震器中的弹簧减震器可以耗散地震能量，以减小对填充墙的破坏，但施工难且造价高。

由于成本问题，工程中大多使用拉结筋拉结来实现柔性连接。目前主要采用预埋或者植筋的方式在框架柱中留出一定长度的钢筋，通过与填充墙上的拉结钢筋网片进行焊接，形成拉结或将填充墙预留的钢筋伸入框架柱内，然后在填充墙与框架柱间的留缝处填充柔性材料，形成柔性连接。GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》规定[7]，拉结筋宜为2Φ6并应沿框架柱全高每隔500 mm设置，且非抗震设计时，拉结筋伸入填充墙内的长度≮600 mm；抗震设防烈度为6、7度时，不应小于墙长的1/5且≮700 mm，8度时应沿墙全长贯通。

3 拉结筋不同连接方式的抗震性分析

填充墙与框架柱之间的拉结筋连接以横向拉结筋为主，只有部分试验研究中采用斜向拉结的方式，其主要是承受地震荷载作用。刚性连接的填充墙是与框架柱紧密连接，形成墙-框结构，其初始刚度较大，这不利于结构的耗能，也不易形成延性破坏，在地震作用下，框架柱率先变形导致填充墙过早发生破坏。拉结筋柔性连接因连接处不仅设有拉结筋，而且填充了柔性材料，其初始刚度较低，利于塑性铰的形成和加强耗能，出现延性破坏，因而该连接方式在地震作用中填充墙的抵抗变形能力较强，框架柱也能对其具有约束作用，使得填充墙不会因框架柱变形而过早破坏[8]。拉结筋破坏形式主要有受拉破坏和疲劳破坏两种，在地震作用较大时，拉结筋因无法承受过大的水平地震力而产生受拉破坏，或是其受力次数过多则产生疲劳破坏。

4 结语

拉结筋连接在工程上运用广泛，所带来的经济效益也是其他连接方式不可比拟的，但由于施工与设计时，受到人为和环境因素的影响，拉结筋连接存在的一些问题还未能很好地解决。就施工方式而言，植筋法与预埋钢筋法均存在一定问题。植筋法所使用的化学锚固剂具有一定的时效性，随着时间的推移，其化学性能变化较大，而且植筋法在现场施工时容易因为清孔不彻底或是注胶不密实而出现施工质量问题。预埋钢筋法虽不存在上述问题，但无法保证拉结筋布设于指定位置，移位、漏埋现象时有发生。

对于拉结筋拉结的刚性连接与柔性连接，总体来讲刚性连接比柔性连接做法简单，更容易实现，其成本相对较低，初始刚度也相对较大，这也是刚性连接应用较多的原因，但抗震性能较差，而且地震来临时没有预兆，不适合在抗震设防地区应用。柔性连接抗震性能较强，延性较好，但做法及工艺还未成熟。

拉结筋在填充墙与框架柱连接中应用广泛，但技术还未成熟，拉结筋在连接处的质量问题容易因施工或是材料原因而不满足设计要求，需要在施工过程中加以完善；另一方面，拉结筋柔性连接抗震性能较好，如何实现可靠且经济的柔性做法是目前工程中迫切需要解决的问题。