型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的鋼筋節(jié)點設(shè)計深化與施工

高 強 魯紅喜 馮 波 呂兆健 黃 成

1. 中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024；2. 義烏世茂中心發(fā)展有限公司 義烏 322001

1 工程概況

義烏世貿(mào)中心位于義烏市金融商業(yè)區(qū)，緊鄰國際商貿(mào)城，基地位于城北路與福田路之間，項目周邊有市海關(guān)、國際商貿(mào)城等重要設(shè)施，整體區(qū)位突出。本工程地上總建筑面積約52萬 m2，包括260 m超高層酒店、150 m高級住宅2棟、150 m公寓式酒店以及大型綜合商業(yè)與配套設(shè)施。超高層酒店核心筒為鋼筋混凝土墻、板，核心筒外圍為十字形鋼組合柱、型鋼梁、桁架板組合樓板，屋面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)停機坪。在22層、35層、47層設(shè)置3道BRB屈曲約束支撐。裙房部分梁為預(yù)應(yīng)力鋼骨組合梁。高級住宅及公寓式酒店1～5層部分為型鋼混凝土柱。工程效果如圖1所示。

圖1 工程效果圖

2 涉及穿筋的主要特殊節(jié)點形式

本工程中涉及到構(gòu)造復(fù)雜的節(jié)點類型較多，涉及到的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面類型主要有L形角鋼、H型鋼梁、十字形鋼柱、H型鋼柱。其中需要穿筋的鋼結(jié)構(gòu)組合節(jié)點類型包括：柱腳節(jié)點、H型鋼梁與十字形鋼柱連接節(jié)點、H型鋼梁與H型鋼柱連接節(jié)點、H型主鋼梁與H型次鋼梁連接節(jié)點、H型鋼梁與剪力墻連接節(jié)點、L形角鋼與剪力墻連接節(jié)點、BRB屈曲約束支撐與鋼柱、鋼梁連接節(jié)點等[1,2]。

2.1 柱腳節(jié)點

柱腳節(jié)點包含2種形式：H型鋼柱柱腳節(jié)點、十字形鋼柱柱腳節(jié)點。

1）H型鋼柱主要用于高檔住宅及公寓式酒店1～5層。通過在下層框架柱頂或者轉(zhuǎn)換梁頂設(shè)置預(yù)埋件，H型鋼柱與錨板通過連接板穿高強螺栓連接。其中預(yù)埋件錨栓錨入框架柱或轉(zhuǎn)換梁內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁高無法滿足錨栓錨固長度la要求時，將錨栓設(shè)計成帶彎勾形式。如圖2所示。

圖2 H型鋼柱柱腳與預(yù)埋件連接示意

2）十字形鋼柱主要用于超高層酒店外圍結(jié)構(gòu)。通過在基礎(chǔ)筏板頂預(yù)埋底座，十字形鋼柱與底座用高強螺栓連接。其中鋼柱外包鋼筋緊靠柱腳外側(cè)按要求錨入筏板中。同時，若有鋼筋必須穿過底座的錨板時，應(yīng)在底座錨板上預(yù)先留設(shè)滿足穿筋要求大小的孔洞，以確保鋼筋能按設(shè)計要求錨入到底板當(dāng)中，嚴禁現(xiàn)場在底座錨板上鉆孔。此外，柱腳與底座高強螺栓連接完畢后，柱腳板底處用C60早強、自流淌、無收縮、高強灌漿料進行高壓二次灌漿，確保板底平整、密實。

2.2 H型鋼梁與十字形鋼柱連接節(jié)點

H型鋼梁與十字形鋼柱連接是通過鋼柱上預(yù)先留設(shè)的耳板與H型鋼梁的腹板用摩擦型高強螺栓連接，同時H型鋼梁的翼緣與鋼柱上預(yù)留的耳板采用全熔透的坡口對接焊縫連接。此外，H型鋼梁與H型鋼柱的連接同H型鋼梁與十字形鋼柱的連接（圖3）。

圖3 H型鋼梁與十字形鋼柱連接節(jié)點示意

2.3 H型鋼梁與剪力墻連接節(jié)點

根據(jù)圖紙要求，在剪力墻側(cè)面埋設(shè)截面與H型鋼梁截面相對應(yīng)的埋件（圖4）。待剪力墻結(jié)構(gòu)澆筑完混凝土之后，清理干凈埋件表面的泥漿，采用全熔透的坡口對接焊縫在埋件上焊接連接板，然后利用摩擦型高強螺栓將H型鋼梁與連接板連接（圖5）。

圖4 剪力墻側(cè)面埋件示意

圖5 H型鋼梁與剪力墻側(cè)面埋件 連接效果圖

2.4 L形角鋼與剪力墻連接節(jié)點

本工程中的超高層酒店的外圍型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的樓板采用的是現(xiàn)澆混凝土桁架板。由于超高層酒店的內(nèi)部框架剪力墻核心筒結(jié)構(gòu)和外圍型鋼混凝土結(jié)構(gòu)分2次施工，外圍現(xiàn)澆混凝土桁架板結(jié)構(gòu)需要通過L形角鋼作為過渡來與內(nèi)部核心筒結(jié)構(gòu)連接。當(dāng)L形角鋼與剪力墻連接時，需要在剪力墻側(cè)面埋設(shè)截面與L形角鋼截面相對應(yīng)的埋件。待剪力墻結(jié)構(gòu)澆筑完混凝土之后，先清理干凈埋件表面的混凝土，之后再采用全熔透的坡口對接焊縫將L形角鋼與埋件連接起來，如圖6所示。

圖6 L形角鋼與剪力墻連接示意

2.5 BRB屈曲約束支撐與鋼柱、鋼梁連接節(jié)點

為了提高超高層酒店的整體受力性能以及抗震性能，本工程中采用了BRB屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計。BRB屈曲約束支撐與鋼柱、鋼梁的連接也是采用全熔透的坡口對接焊縫連接[3,4]。

3 鋼筋穿鋼骨的種類

對于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼骨的翼緣、腹板、牛腿等往往會不可避免地阻礙鋼筋的穿插。在此種情況下，如果鋼筋不貫通勢必不能滿足設(shè)計和規(guī)范要求，影響結(jié)構(gòu)受力。因此，必須做好深化設(shè)計，確保鋼筋與鋼骨的合理穿插與順利施工。

3.1 柱、梁的主筋穿型鋼

對于柱的主筋而言，當(dāng)型鋼柱阻礙了鋼筋的貫通時，往往會在型鋼柱的牛腿或者翼緣板上開與主筋相對應(yīng)大小的孔以確保鋼筋的順利貫通。而對于梁的主筋而言，阻礙鋼筋貫通的往往都是型鋼柱的腹板，此時則需要在型鋼柱腹板上開與梁主筋相對應(yīng)大小的孔以確保鋼筋的順利通過。此外，在成型的型鋼上開孔往往會對型鋼產(chǎn)生一些不利的影響。因此，在型鋼上開孔需要預(yù)先與鋼構(gòu)件加工廠溝通好，保證型鋼在加工的過程中預(yù)先留好孔洞（圖7）。

圖7 柱、梁主筋穿型鋼

3.2 柱、梁箍筋及拉筋穿型鋼

對于柱、梁箍筋及拉筋而言，阻礙鋼筋穿插的一般有：型鋼柱的牛腿及翼緣、型鋼梁的腹板、型鋼柱腹板等。當(dāng)柱、梁箍筋及拉筋必須穿過型鋼時，需要在型鋼的部位按照設(shè)計開與箍筋的直徑、間距以及數(shù)量相對應(yīng)的孔[5,6]。

3.3 其他需要在型鋼上開孔

在實際施工過程中需要在型鋼上開孔穿插的除了柱梁的主筋、箍筋、腰筋、拉結(jié)筋以及構(gòu)造筋外，還有一些其他需要開孔貫通的，如支模時需要用的對拉螺栓孔、機電等相關(guān)專業(yè)預(yù)留埋件所需的孔眼以及型鋼柱與底座連接時需要預(yù)留的高強螺栓孔等等。型鋼在加工的過程中要認真進行深化設(shè)計，避免現(xiàn)場在型鋼上開孔。

4 節(jié)點處鋼筋穿插原則

4.1 鋼骨梁、混凝土梁縱筋遇型鋼柱做法

由于鋼骨梁與型鋼柱連接時鋼骨梁鋼筋的穿插較為復(fù)雜，因此將連接形式分為5種類型。

1）梁上鐵或者下鐵鋼筋多于2排時，第1排縱筋中間3根通過套筒與鋼骨柱翼緣連接，第1排其余縱筋腹板穿孔錨固（連續(xù)梁則連續(xù)布置）；第2排縱筋在腹板中穿孔錨固（連續(xù)梁則連續(xù)布置）；第3排鋼筋遇腹板處鋼筋端部上彎或者下彎，滿足錨固要求（錨固水平段和總長均需滿足規(guī)范要求）。

2）梁上鐵或者下鐵鋼筋為1排或2排時，第1排縱筋中40%～50%與鋼骨橫隔板焊接（圖8），焊接長度需滿足鋼筋連接長度要求（單面焊為10d，雙面焊為5d，其中d為鋼筋直徑）；其余縱筋遇腹板處鋼筋端部上彎或下彎，滿足錨固要求。

圖8 第1排縱筋中40%～50%與鋼骨橫隔板焊接

3）梁上鐵或者下鐵鋼筋為1排或2排時，第1排縱筋中間3根或者2根通過套筒與鋼骨柱翼緣連接，其余縱筋遇腹板處鋼筋端部上彎或者下彎，滿足錨固要求。

4）梁上鐵或者下鐵鋼筋為1排且較少時，縱筋遇翼緣或腹板處鋼筋端部上彎或者下彎，滿足錨固要求。

5）當(dāng)角部斜梁與型鋼柱連接時，根據(jù)梁寬及鋼筋排布情況，可將梁端適當(dāng)加寬形成水平加腋形式。梁上鐵或下鐵的中部縱筋遇翼緣或腹板處鋼筋端部上彎或下彎，滿足錨固要求。梁上鐵或下鐵的兩側(cè)縱筋則按照1∶6的角度錨入型鋼柱中，其中梁水平腋的寬度根據(jù)縱筋彎錨的角度來調(diào)整（圖9）。

4.2 柱、梁箍筋及構(gòu)造筋遇鋼骨做法

柱、梁箍筋遇到鋼骨梁時，需要根據(jù)不同情況來決定相應(yīng)的做法。本工程中對于柱、梁箍筋遇到鋼骨梁時，主

圖9 角部斜梁與型鋼柱連接

要采取了以下幾種做法：

1）對配筋較多的鋼骨柱箍筋進行了一些調(diào)整從而避免了在鋼骨柱上開孔，同時也方便了現(xiàn)場施工。其中主要的調(diào)整為：將部分原本封閉的內(nèi)箍變?yōu)樵獙毠拷?，同時在鋼骨柱內(nèi)增加構(gòu)造筋，將部分原來的大內(nèi)箍調(diào)整為多個小的內(nèi)箍（圖10），增加的構(gòu)造筋為φ14 mm三級螺紋鋼筋，采用搭接連接，搭接長度按規(guī)范的規(guī)定。

圖10 調(diào)整后的鋼骨柱及箍筋示意

2）對配筋較為簡單的型鋼混凝土柱的箍筋做法也進行了一些調(diào)整?，F(xiàn)場實際施工過程中發(fā)現(xiàn)，在混凝土柱中存在鋼骨的情況下，一個完整的內(nèi)箍是無法穿過鋼骨的，因此，必須得將完整的內(nèi)箍分解成2個部分來進行施工，即將完整的內(nèi)箍分解為2 個U形箍（圖11），其中U形箍相互搭接部分的搭接長度要滿足規(guī)范要求，若搭接長度達不到規(guī)范要求，則要進行焊接，焊接時須滿足單面焊10d（d為箍筋直徑）的要求。

圖11 鋼骨柱內(nèi)箍調(diào)整做法示意

3）柱外圍箍筋遇梁鋼骨或柱牛腿時均穿孔通過，箍筋采用U形箍搭接或焊接（圖12）。

4）對于鋼骨梁而言，梁的拉筋往往要穿過鋼骨梁。本工程鋼骨梁的拉筋為φ8 mm圓鋼。為了順利將拉筋穿過鋼骨，拉筋在加工時，將一端按要求加工成135°，另外一端則不進行彎折，待現(xiàn)場將拉筋穿過鋼骨之后，再人工將未彎折端按要求彎成135°。

圖12 柱箍筋穿鋼骨

5）梁的腰筋遇鋼骨時，若能從鋼骨外側(cè)通過，則直接通過；若不能通過，則根據(jù)腰筋類型分2種做法：腰筋為構(gòu)造筋時，直接伸至鋼骨柱腹板處彎錨（若直錨長度滿足要求則不需要彎錨）；腰筋為抗扭筋時，按照梁縱筋的做法穿過鋼骨柱（若直錨長度滿足要求則不需要彎錨）。

4.3 剪力墻遇型鋼柱做法

1）剪力墻連梁縱筋遇鋼骨柱時，做法同鋼骨梁、混凝土梁遇鋼柱做法。

2）剪力墻水平筋遇鋼骨柱時，與十字鋼骨柱腹板相交可采用穿孔通過，其余情況均采用繞開通過；與矩形鋼骨柱相交，能直接通過時直接通過，其余均穿過鋼骨柱；當(dāng)剪力墻為3排筋時，中間一排頂住鋼骨柱后彎錨。

4.4 剪力墻暗柱遇鋼骨做法

當(dāng)剪力墻暗柱遇鋼骨時，縱筋從鋼骨側(cè)邊通過，箍筋伸入鋼骨柱內(nèi)長度必須滿足規(guī)范要求的長度，箍筋遇翼緣的焊接長度應(yīng)滿足雙面焊5d（d為箍筋直徑）的要求，如圖13所示。

圖13 剪力墻暗柱箍筋遇鋼骨柱做法示意

5 型鋼開孔原則

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是型鋼和混凝土共同受力的構(gòu)件，在型鋼上開孔必然會對型鋼造成一定的損傷，對型鋼受力造成一些不利的影響。綜合以上考慮，施工之前，設(shè)計人員、土建分包以及鋼結(jié)構(gòu)分包必須要相互溝通，相互交底，確定好開孔的位置、間距以及大小。因此型鋼在加工制作時就應(yīng)當(dāng)預(yù)先留好鋼筋穿插需要的孔眼，嚴禁現(xiàn)場施工過程中在型鋼上開孔。現(xiàn)場必須要開孔時，需經(jīng)設(shè)計人員的同意[7,8]。

5.1 留孔尺寸

在型鋼上開孔既要保證方便現(xiàn)場鋼筋穿插，同時要兼顧減少型鋼有效截面的損失。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，型鋼上開孔的直徑一般要比鋼筋直徑大5～8 mm。為了便于現(xiàn)場施工，經(jīng)與設(shè)計人員溝通，將開孔的大小統(tǒng)一設(shè)定為比鋼筋直徑大8 mm。

5.2 開孔位置

1）梁縱筋開孔位置的確定。根據(jù)規(guī)范要求，鋼筋開孔中心點距梁頂?shù)母叨葹椤氨Ｗo層厚度+箍筋直徑+1/2梁縱筋直徑”。梁縱筋為多排時，上下排孔的間距按照一個鋼筋的直徑，同時為了便于施工，取25 mm。當(dāng)有垂直相交的雙向梁需要穿過同一型鋼柱時，按照截面大的梁鋼筋在下的原則開孔。

2）箍筋及拉筋開孔位置的確定。箍筋開孔時要注意加密區(qū)和非加密區(qū)間距的不同、抗震等級不同對加密區(qū)長度的影響以及層高和跨度的不同。為方便鋼骨的加工，經(jīng)與設(shè)計商量，開孔時孔的間距統(tǒng)一按照加密區(qū)的間距，在現(xiàn)場施工的過程中，加密區(qū)按照加密區(qū)間距穿筋，非加密區(qū)按照非加密區(qū)間距穿筋。

6 結(jié)語

本工程在深化設(shè)計的過程中，深化設(shè)計人員及時與各分包的管理人員進行溝通，確保了深化設(shè)計的方案滿足現(xiàn)場施工的要求，避免了一些不必要的損失，同時也積累了彌足珍貴的施工經(jīng)驗，可供相關(guān)工程參考。