□文/張秀川 丁全民 鄭雅靜 沈振川 初煥冰

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

□文/張秀川 丁全民 鄭雅靜 沈振川 初煥冰

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土內(nèi)部配置型鋼和鋼筋的結(jié)構(gòu)，是鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的一種主要形式。針對(duì)施工中常涉及到的五種梁柱節(jié)點(diǎn)形式，文章從節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工做了簡要的分析和總結(jié)，提出了幾點(diǎn)在后續(xù)研究中需要注重的幾個(gè)問題。

型鋼混凝土，梁柱節(jié)點(diǎn)，施工

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土內(nèi)部配置型鋼和鋼筋的結(jié)構(gòu)，是鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的一種主要形式。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)由型鋼、縱筋、箍筋和混凝土組成。這種結(jié)構(gòu)由于具有承載能力高、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸相對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較小、剛度大、延性好、耐火性好及抗震性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來越廣泛的應(yīng)用在高層、超高層及大跨度結(jié)構(gòu)中。

1　工程概況

某超高層建筑位于天津市濱海新區(qū)，為兩棟綜合樓，其中A座高度177.3 m、B座高度99.6 m，兩棟樓在地面以上完全分開，地下室連在一起。其中A座塔樓采用鋼管組合柱框架-核心筒結(jié)構(gòu)，框架柱內(nèi)鋼管、剪力墻及核心筒邊緣構(gòu)件內(nèi)設(shè)置工字鋼，關(guān)鏈樓層重要位置連梁設(shè)置型鋼，其余框架梁及連梁采用普通鋼筋混凝土梁。

在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)及施工對(duì)于保障結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全起著非常重要的作用。

2　梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式主要有4種：

1）型鋼混凝土柱-鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接；

2）型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接；

3）鋼筋混凝土柱-型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接；

4）型鋼混凝土柱-型鋼梁的節(jié)點(diǎn)連接。

2.1型鋼混凝土柱-鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接

型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)采用剛性連接，梁的縱筋應(yīng)伸入柱節(jié)點(diǎn)并應(yīng)滿足鋼筋錨固要求。這種連接主要包括鋼管柱、矩形柱與鋼筋混凝土梁的連接和十字柱、工字柱與鋼筋混凝土梁的連接。節(jié)點(diǎn)形式主要有2種。

1）鋼柱壁上開設(shè)預(yù)留鋼筋孔，梁縱筋穿過預(yù)留孔進(jìn)行連接，見圖1。為保證節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件承載力，型鋼腹板不宜多開孔，梁縱筋不宜設(shè)計(jì)成全部穿腹板形式，能繞行就繞行，見圖3和圖5，可以彎錨就彎錨，見圖4和圖6。若梁寬與鋼柱直徑相當(dāng)或鋼柱與梁偏心，則梁邊緣鋼筋可以采用繞行鋼柱的方式進(jìn)行連接，見圖2。

圖1　梁縱筋穿過鋼管柱

圖2　梁縱筋繞行鋼管柱

圖3　梁縱筋穿十字型鋼柱

圖4　梁縱筋在腹板處彎錨

圖5　縱筋穿過十字柱翼緣

圖6　縱筋在腹板處彎錨

鋼柱上預(yù)留的鋼筋孔孔徑大小D =d+10 mm（D為開孔孔徑，d為鋼筋直徑）并且要保證最邊緣的預(yù)留孔與最外鋼柱壁的距離≮70 mm。鋼柱開孔要進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放樣，定好梁縱筋的位置。在深化設(shè)計(jì)過程中，要注思以下幾點(diǎn)。

（1）梁縱筋開孔位置避開柱子的縱筋（若鋼柱不設(shè)置縱筋，則不必考慮這一點(diǎn)）。

（2）確定主梁與次梁的方向，要求主梁縱筋在下，次梁縱筋在上或者根據(jù)設(shè)計(jì)人員的要求來確定鋼柱開孔的位置和高度。

（3）縱向與橫向的梁縱筋開孔位置要高低錯(cuò)開，避免兩個(gè)方向的梁縱筋出現(xiàn)沖突，給施工帶來困難。

由于鋼柱存在的緣故，進(jìn)行完鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)后，鋼筋混凝土梁的縱筋排布與無鋼柱時(shí)會(huì)存在差異，所以箍筋放樣要在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)后進(jìn)行，避免箍筋無法安裝，造成浪費(fèi)。若節(jié)點(diǎn)處梁縱筋數(shù)量較多，需要在鋼柱上開較多數(shù)量的孔時(shí)，宜對(duì)開孔后的鋼柱承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算需要設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)鋼板的，宜設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)鋼板。

2）在鋼柱或型鋼外焊接翼緣鋼板，梁縱筋端部設(shè)置鋼套筒，將鋼套筒焊接在已施工完畢的翼緣鋼板上，焊接方式為雙面焊，見圖7。對(duì)于十字柱和工字柱來講，邊緣鋼筋能繞行仍然采用繞行連接，不能繞行的則利用套筒焊接在翼緣鋼板上，見圖8和圖9。這種連接方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）利用鋼套筒與焊接在鋼柱上的鋼板進(jìn)行焊接，在一定程度上節(jié)約了鋼筋用量；

（2）簡化了鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，不再對(duì)鋼柱進(jìn)行開孔放樣；

（3）施工簡便、節(jié)約工期；

（4）縱向與橫向梁縱筋在同一水平高度進(jìn)入柱內(nèi)，無需交叉避讓，不必對(duì)箍筋進(jìn)行專門放樣。

此種連接方式的不利之處在于增加了鋼套筒的使用數(shù)量，對(duì)于工期要求特別緊張的工程，利用鋼套筒進(jìn)行連接還是比較便捷的。

圖7　利用鋼套筒將梁縱筋與鋼管柱連接

圖8　梁縱筋通過鋼套筒與型鋼柱連接

圖9　縱筋焊接在接長板上

2.2型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接

型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼柱與型鋼混凝土梁內(nèi)型鋼梁的節(jié)點(diǎn)連接常見的形式為通過加強(qiáng)環(huán)梁或牛腿進(jìn)行連接。在某些工程設(shè)計(jì)中，也會(huì)采用全熔透坡口焊，見圖10；質(zhì)量等級(jí)滿足一級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)要求，將鋼梁直接焊接在型鋼柱上，見圖11和圖12。無論采用何種形式，在施工前均需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，深化設(shè)計(jì)要對(duì)梁縱筋穿型鋼柱、柱縱筋穿型鋼梁進(jìn)行放樣，型鋼柱預(yù)留穿筋孔孔徑大小為D=d+8 mm，型鋼梁預(yù)留穿筋孔孔徑大小為D=d+10 mm，還要在梁腹板上設(shè)置柱箍筋預(yù)留孔，箍筋預(yù)留孔徑大小為D=d+5 mm。同時(shí)，柱中型鋼沿高度方向，在對(duì)應(yīng)型鋼梁上下翼緣位置設(shè)置水平加勁肋，為便于澆筑混凝土，加勁肋不宜通長設(shè)置，僅設(shè)置在型鋼柱翼緣，為混凝土下料留置空間。

圖1O　型鋼梁與型鋼柱的節(jié)點(diǎn)連接

圖11　鋼梁與十字型鋼柱連接

圖12　鋼梁與H型鋼柱連接

2.3鋼筋混凝土柱-型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接

鋼筋混凝土柱與型鋼混凝土梁的結(jié)構(gòu)形式一般用于跨度較大的框架結(jié)構(gòu)中，梁內(nèi)的型鋼在柱端不斷開，直接通過。梁內(nèi)的縱筋保持貴通，柱縱筋從型鋼梁翼緣兩側(cè)和型鋼梁翼緣預(yù)留孔中通過，見圖13。在施工前，需要對(duì)型鋼梁進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙中的混凝土柱縱筋設(shè)計(jì)形式在梁翼緣預(yù)留好穿筋孔，孔徑大小D=d+10 mm并需根據(jù)計(jì)算設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)板。同時(shí)，在型鋼梁腹板上預(yù)留柱箍筋孔，孔徑大小D=d+5 mm。

圖13　型鋼梁與混凝土柱節(jié)點(diǎn)連接立面

2.4型鋼混凝土柱-型鋼梁的節(jié)點(diǎn)連接

這種結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接形式相似，區(qū)別就在于這種結(jié)構(gòu)型鋼梁外不做混凝土和梁縱筋結(jié)構(gòu)，見圖14。型鋼梁焊接在型鋼柱翼緣上，梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫形式應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，焊縫質(zhì)量等級(jí)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。在施工前需要對(duì)這種形式的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，深化設(shè)計(jì)要對(duì)柱縱筋穿型鋼梁翼緣進(jìn)行放樣并定好預(yù)留孔的位置，縱筋預(yù)留孔孔徑大小為D=d+10 mm，還要在型鋼梁上相應(yīng)位置設(shè)置柱箍筋預(yù)留孔，孔徑大小為D=d+5 mm。同時(shí)，柱中型鋼沿高度方向，在對(duì)應(yīng)型鋼梁上下翼緣位置要設(shè)置水平加勁肋，為便于澆筑混凝土，加勁肋不宜通長設(shè)置，僅設(shè)置在型鋼柱翼緣。

圖14　型鋼梁與型鋼混凝土柱的節(jié)點(diǎn)連接

3　幾個(gè)探討問題

1）在安裝型鋼柱時(shí)，型鋼柱出樓板面預(yù)留高度與柱縱筋預(yù)留高度位置相當(dāng)，在焊接柱連接節(jié)點(diǎn)時(shí)需要扒開柱縱筋，焊接后再將柱縱筋恢復(fù)至原狀，鋼筋反復(fù)彎曲后會(huì)有損傷。在質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)的焊縫強(qiáng)度條件下，鋼柱的連接節(jié)點(diǎn)位置應(yīng)可以自由設(shè)置，從而與預(yù)留柱縱筋的高度錯(cuò)開，便于鋼柱的焊接。

2）在施工中，涉及柱縱筋穿型鋼梁翼緣，柱箍筋穿型鋼梁腹板，梁縱筋穿型鋼柱及剪力墻水平筋錨固等工序。此種形式的節(jié)點(diǎn)施工交叉難度大、工序繁多。梁柱連接節(jié)點(diǎn)形式應(yīng)力求簡便，既能保證施工質(zhì)量，又不影響施工進(jìn)度，如可以采用梁縱筋焊接在加強(qiáng)環(huán)梁或牛腿上，箍筋采用U型箍等形式。

4　結(jié)語

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛的用于高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)中，這種結(jié)構(gòu)相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，如承載能力高、抗震性能好、耐火性好等優(yōu)點(diǎn)。本文僅就在施工中常涉及到的幾種型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)形式做了簡要分析總結(jié)，在實(shí)際施工中，型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)的研究還有待繼續(xù)完善，比如節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)研究、不同節(jié)點(diǎn)形式的內(nèi)力傳遞機(jī)理、型鋼柱開孔后承載能力的變化等。所以，應(yīng)該繼續(xù)從理論和實(shí)際施工中加強(qiáng)對(duì)于型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的深入研究。

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□鄭雅靜、沈振川、初煥冰/中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司。

TU398.9

C

1OO8-3197（2O16）O1-13-O3

2O15-12-21

張秀川/男，1985年出生，工程師，中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司，從事工程技術(shù)營理工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.OO5