鋼管混凝土柱上的環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

中建三局集團(tuán)有限公司 北京 100097

1 工程概況

1.1 總體介紹

融科智地聯(lián)想園區(qū)B座綜合辦公樓等4 項(xiàng)工程位于北京市海淀區(qū)科學(xué)院南路6號，是聯(lián)想控股下聯(lián)想園區(qū)的收官之作，本工程建成后將成為中關(guān)村的標(biāo)志性建筑。工程建筑外形呈六邊形，且其中4 個(gè)立面為雙向傾斜面，造型富有建筑美感與特色，施工質(zhì)量要求高。

本工程地下4 層、地上18 層，總建筑面積為96 983 m2，其中包括主塔樓、裙房及純地下車庫，建筑高度80 m。B3、B4層為汽車庫，B1、B2層是集餐飲、影院、購物于一體的高檔商業(yè)區(qū)。地上部分是高端商務(wù)寫字樓。

1.2 環(huán)梁施工概況

塔樓及整體地下車庫B3～B1層包含大量圓形鋼管混凝土柱，為增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在鋼管混凝土柱與混凝土梁（板）連接處增設(shè)了圓形鋼管柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)，每一層設(shè)置38個(gè)圓形鋼管柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)，共計(jì)114 個(gè)。

本節(jié)點(diǎn)（圖1）包括環(huán)筋綁扎、混凝土梁縱筋錨固、環(huán)形支模、自密實(shí)混凝土澆筑等工序，通過受力鋼筋與圓形鋼管柱的焊接以及與框架梁鋼筋的錨固，形成穩(wěn)固的框架結(jié)構(gòu)體系。

圖1 典型節(jié)點(diǎn)大樣

2 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法及難點(diǎn)分析

2.1 梁端剪力傳遞

框架梁梁端剪力傳遞到鋼管混凝土柱，主要通過3 個(gè)途徑[1-4]。途徑之一為通過環(huán)梁混凝土與鋼管柱上抗剪環(huán)之間的局部承壓作用力，將剪力由環(huán)梁傳遞到鋼管柱抗剪環(huán)上；途徑之二為環(huán)梁混凝土與鋼管之間的粘結(jié)作用；途徑之三為梁端彎矩引起環(huán)梁上（或下）端擠壓鋼管混凝土柱而產(chǎn)生的靜摩擦力。

2.2 梁端彎矩傳遞

框架梁端彎矩作用于環(huán)梁上，使環(huán)梁產(chǎn)生扭矩?？蚣芰憾瞬恳话銥樨?fù)彎矩，該負(fù)彎矩分解為環(huán)梁上部和下部的一對拉力和壓力，拉力由環(huán)梁上部環(huán)筋與樓板共同承擔(dān)，壓力由環(huán)梁下部的混凝土承擔(dān)并傳遞擴(kuò)散至鋼管混凝土柱上。

本工程中，采用下述方法設(shè)計(jì)環(huán)梁節(jié)點(diǎn)：

（a）環(huán)梁的上表面與框架梁的上表面平，環(huán)梁比框架梁高50 mm，以便環(huán)筋和框架梁鋼筋在高度方向的布置；

（b）環(huán)梁寬度應(yīng)滿足框架梁縱向鋼筋的錨固要求；

（c）環(huán)梁的環(huán)筋和箍筋數(shù)量根據(jù)框架梁縱筋數(shù)量確定，且箍筋應(yīng)滿足豎向抗剪的要求，環(huán)梁箍筋沿徑向放射布置；

（d）在環(huán)梁底部和中下部至少各設(shè)置1 道抗剪環(huán)，可通過混凝土的局部承壓以及焊縫強(qiáng)度來滿足豎向抗剪要求確定。

2.3 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工重難點(diǎn)

環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工難度較高，重點(diǎn)在于控制環(huán)梁鋼筋綁扎過程中環(huán)筋、箍筋、框架梁縱筋綁扎的先后順序和定位，其次該區(qū)域由于環(huán)梁鋼筋與框架梁鋼筋布置較密，要做好混凝土澆筑時(shí)的振搗工作，保證施工質(zhì)量。

3 環(huán)梁施工工藝流程

環(huán)梁鋼筋加工制作→定位彈線→環(huán)梁及框架梁底模支設(shè)→環(huán)筋套入鋼管柱[5]→安裝環(huán)梁鋼筋骨架→安裝框架梁鋼筋→支框架梁、環(huán)梁側(cè)模→澆筑自密實(shí)混凝土→養(yǎng)護(hù)

3.1 環(huán)梁鋼筋施工

3.1.1 一般情況下的環(huán)梁鋼筋綁扎[6-8]

（a）將環(huán)梁環(huán)狀縱向鋼筋（以下簡稱“環(huán)筋”）全部套進(jìn)鋼管柱，再將所有縱向鋼筋集中在一起，并用鐵絲綁扎。

（b）將箍筋套子在環(huán)筋集中區(qū)域套入進(jìn)環(huán)筋 （以下簡稱“套子”）。箍筋套入環(huán)筋后等角度分散成3 堆。

（c）將環(huán)筋焊接接頭位置分散成3 處，接頭位置分別落在3 堆套子之間，上下相鄰的2 根環(huán)筋接頭相互錯(cuò)開。從里往外，單面焊焊接環(huán)筋接頭，要求焊接長度滿足10d。

（d）環(huán)筋接頭焊完后，經(jīng)驗(yàn)收合格，再調(diào)整環(huán)鐵和套子就位，用扎絲將套子綁緊。整體流程如圖2所示。

3.1.2 有連接器的環(huán)梁鋼筋綁扎

有連接器的環(huán)梁鋼筋綁扎順序?yàn)椋合冗M(jìn)行連接器與鋼管柱的焊接，然后再進(jìn)行環(huán)梁鋼筋的綁扎，待環(huán)梁驗(yàn)收合格后，再進(jìn)行框架梁中與連接器相連的縱向鋼筋綁扎，與連接器連接的框架梁鋼筋就位后，再進(jìn)行該框架梁其他縱向鋼筋綁扎。

為保證鋼筋接駁器與鋼管柱連接可靠，并保證接駁器焊接好之后框架梁的鋼筋能夠擰進(jìn)接駁器且在鋼筋水平方向不產(chǎn)生偏斜，對上述施工順序每一個(gè)步驟作如下要求：

圖2 環(huán)梁鋼筋綁扎流程

（a）接駁器的定位要求準(zhǔn)確，在鋼管柱上用墨線放出交叉十字線。 將接駁器試套進(jìn)鋼筋的絲頭上，完全擰緊之后做個(gè)記號，再旋出來測量Φ32 mm鋼筋的進(jìn)入接駁器的長度δ。

（b）接駁器套在鋼筋上頂住鋼管柱焊接時(shí)，鋼筋必須用2 個(gè)木制支蹬支撐，使接駁器對準(zhǔn)相應(yīng)的十字線交叉點(diǎn)，保證鋼筋水平，用釘子將支蹬固定在模板上、鋼筋固定在支蹬上，再進(jìn)行接駁器與鋼管柱焊接。接駁器焊接順序?yàn)椋认屡?，后上排，從左至右?/p>

（c）焊縫沒冷卻至環(huán)境溫度前，嚴(yán)禁踩踏或擾動鋼筋。

（d）鋼管柱環(huán)梁鋼筋綁扎及下放過程中，不得撞擊或碰到已經(jīng)焊接在鋼管柱上的接駁器。

（e）框架梁與接駁器連接的鋼筋旋轉(zhuǎn)擰進(jìn)接駁器要注意，對準(zhǔn)接駁器后，在鋼筋上劃1 條線，在這條線旁的位置不動的物體（比如鋼筋或模板）對齊劃1 條線，鋼筋擰進(jìn)接駁器長度不許超過δ。

3.1.3 與外墻相連部位的環(huán)梁鋼筋綁扎

與外墻相連部位的環(huán)梁，先進(jìn)行環(huán)梁鋼筋綁扎，再進(jìn)行該處外墻鋼筋綁扎。該部位鋼筋綁扎時(shí)注意，將柱身加勁板自底部向上切割高500 mm×寬200 mm，靠近柱身一側(cè)加勁板留20 mm，環(huán)梁鋼筋綁扎后，切割掉的加勁板縱向需采用坡口對接焊的形式復(fù)原，橫向切口可不焊接。

3.1.4 環(huán)梁鋼筋取樣及驗(yàn)收程序

（a）鋼筋接頭試驗(yàn)：考慮到試驗(yàn)室的試驗(yàn)條件，圓弧狀的試件無法做拉伸試驗(yàn)，采用模擬試驗(yàn)的方式制作環(huán)梁縱筋的連接接頭試件。按照鋼筋的直徑為規(guī)格型號：每300 個(gè)焊接接頭做1 組試件；每500 個(gè)直螺紋連接接頭做1 組試件；鋼筋連接器使用數(shù)量不超過55 個(gè)，做1 組試件。

（b）鋼筋驗(yàn)收程序：鋼管柱環(huán)梁縱向鋼筋焊接時(shí)，現(xiàn)場必須有管理人員旁站監(jiān)督。每個(gè)環(huán)梁鋼筋焊接完成后，勞務(wù)分包質(zhì)量員先自行驗(yàn)收，分包自檢合格后請總包單位驗(yàn)收，最后請監(jiān)理單位驗(yàn)收，按照“完成一道工序驗(yàn)一道工序”的原則逐個(gè)驗(yàn)收鋼柱環(huán)梁。驗(yàn)收合格后，方能將環(huán)梁鋼筋下降到圖紙所標(biāo)示的標(biāo)高的位置。嚴(yán)禁未經(jīng)驗(yàn)收就將環(huán)梁下降至圖紙所標(biāo)示的標(biāo)高位置，進(jìn)行下一道工序施工。

3.2 環(huán)梁模板施工

3.2.1 環(huán)梁模板設(shè)計(jì)

環(huán)梁底模采用厚15 mm木模板，環(huán)梁側(cè)模采用厚5 mm三合板、木方、鍍鋅薄鐵皮加工組成。

3.2.2 環(huán)梁模板施工

在下一層樓板及豎向結(jié)構(gòu)施工完畢后，搭設(shè)滿堂碗扣腳手架，同時(shí)根據(jù)環(huán)梁圖紙的底面標(biāo)高，支設(shè)環(huán)梁底模板，定位放線，確定環(huán)梁鋼筋定位，然后綁扎環(huán)梁鋼筋。

待環(huán)梁鋼筋綁扎完畢并經(jīng)過驗(yàn)收后，將環(huán)梁落至圖紙標(biāo)高位置，將框架梁鋼筋錨入環(huán)梁后，支設(shè)環(huán)梁側(cè)模[9]。環(huán)梁側(cè)模預(yù)先在木工加工房加工成型，加工完成后，須先復(fù)查圓弧的弧度以及對中的準(zhǔn)確度，然后逐塊檢查內(nèi)外模半徑值以及模板高度與設(shè)計(jì)高度的差值。最后用塔吊將環(huán)梁側(cè)模吊運(yùn)至環(huán)梁位置就位安裝。

3.3 環(huán)梁混凝土施工

3.3.1 環(huán)梁混凝土配合比要求

環(huán)梁混凝土為C30微膨脹自密實(shí)混凝土?；炷撂涠瓤刂圃?60～180 mm。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，每立方米各材料用量以千克計(jì)，分別約為水泥262 kg、砂777 kg、石1 030 kg、水173 kg、聚羧酸泵送劑8.61 kg、抗裂防水劑39 kg、粉煤灰40 kg、礦粉50 kg。

3.3.2 環(huán)梁混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)

環(huán)梁鋼筋、模板驗(yàn)收通過后，開始澆筑混凝土。混凝土澆筑分別由汽車泵和混凝土輸送泵進(jìn)行。混凝土到達(dá)現(xiàn)場后，首先由試驗(yàn)員對其進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，符合要求的進(jìn)行環(huán)梁澆筑，不符合要求的堅(jiān)決退場。

由于節(jié)點(diǎn)處鋼筋分布較密，在澆筑混凝土過程中要嚴(yán)格控制振搗施工。為了確?；炷撩軐?shí)，環(huán)梁混凝土分層進(jìn)行澆筑，施工過程中制作分層標(biāo)尺桿用于控制混凝土的分層下料厚度，確?；炷琳駬v密實(shí)，不過振和不漏振，確?；炷恋挠^感質(zhì)量。

混凝土澆筑完畢后，對環(huán)梁上表面及時(shí)進(jìn)行收光處理，及時(shí)采取塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，定時(shí)灑水，保證混凝土表面濕潤。

圖3、圖4為工程實(shí)施效果圖。

4 結(jié)語

鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的抗震設(shè)計(jì)理念，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震能力。該技術(shù)在過程中控制環(huán)筋的弧度，節(jié)約了施工時(shí)間，提升施工效率，為鋼管柱向上及時(shí)安裝提供了有利條件。鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)可供其他類似工程參考借鑒，亦有潛力在同類工程中大力推廣及廣泛應(yīng)用。施工簡便，質(zhì)量易保證，工序控制合理，尤其是環(huán)梁鋼筋綁扎過程中，采用“先加工環(huán)筋、后綁扎落地”的方式，

圖3 將框架梁鋼筋錨入環(huán)梁

圖4 環(huán)梁施工完成