大跨度勁性桁架轉換梁施工關鍵技術研究

□文/王安鑫 劉書羽

大跨度勁性桁架轉換梁施工關鍵技術研究

□文/王安鑫 劉書羽

結合某工程應用，研究了大跨度勁性桁架轉換梁施工過程中的關鍵技術，解決了施工過程中勁性桁架轉換梁鋼筋排布及安裝、鋼筋與勁性結構柱連接節(jié)點處理、中間節(jié)點處理、箍筋與拉結筋處理等四個方面存在的技術難題，確保了施工質量和安全滿足工程要求。

勁性；桁架；轉換梁；大跨度

隨著我國經濟不斷發(fā)展，大跨度、超高層、重荷載的工程越來越多，此類建筑工程中，主體結構通常采用勁性混凝土結構。由于建筑功能要求，主體結構一般均設計轉換層或轉換梁，其中大跨度勁性桁架轉換梁因為不僅可以增大建筑物的使用空間，還可以大幅度提高構件的承載力，所以越來越受設計師的青睞。但是，勁性桁架轉換梁施工也存在諸多難題，如：結構構件的跨度和截面尺寸大，鋼筋含量高并且排布密集、互相穿插，混凝土的強度等級高，構件混凝土澆筑量大，模板支撐要求高等，其施工難度遠遠超過普通的結構形式。

本文針對上述技術難題，依托某工程展開了具有針對性的研究，解決了大跨度勁性桁架轉換梁施工過程中存在的技術難題，收到了良好的經濟和社會效益。

1　工程概況

某工程主體結構A區(qū)13～15軸和N軸各有一榀鋼混勁性桁架轉換梁，桁架梁縱向跨三層和四層，跨度18 m，中間有一根鋼筋混凝土轉換柱支撐上部鋼骨，鋼骨中間斜向布置兩道鋼骨，共有兩道縱向鋼骨，兩道斜向鋼骨，鋼骨外包鋼筋混凝土，兩端分別支撐在兩側鋼混柱上，組成一道大跨度鋼混勁性桁架轉換梁。

該大跨度勁性桁架轉換梁涉及構件多，兩端支座為勁性鋼混柱，上下各一道勁性鋼混梁，兩道斜向勁性鋼混梁，中間一道轉換鋼筋混凝土柱，鋼筋規(guī)格大，數量多。上部鋼骨采用900 mm×300 mm×20 mm×30 mm型鋼，斜向鋼骨采用500 mm×300 mm×20 mm× 30 mm型鋼，下部鋼骨采用900 mm×300 mm×20mm× 30 mm型鋼，鋼梁與鋼柱、斜梁與平梁鋼骨跨中節(jié)點處連接方式為栓接連接；兩道斜向勁性鋼混梁外包鋼筋各36φ25 mm，中間鋼筋混凝土柱鋼筋20φ28 mm+18φ25 mm，上層勁性鋼混梁外包鋼筋42φ25 mm，桁架中間節(jié)點處共有152根主筋，鋼筋在上層梁交接處錨固長度區(qū)域內因空間不足存在碰撞問題，鋼筋無法綁扎，大跨度勁性桁架轉換梁截面尺寸大內有鋼骨，梁箍筋、拉結筋以及模板加固施工難度大，另外鋼筋密集，混凝土澆筑也是施工難題。

2　大跨度勁性桁架轉換梁鋼骨制作安裝技術研究

2.1勁性桁架鋼骨加工制作

現場施工場地狹小，型鋼采取工廠加工、分節(jié)運輸、現場安裝。本工程桁架轉換梁構件為H型鋼柱、H型鋼梁，材質為Q345B。H型鋼均通過H型鋼生產線進行組焊。采用H型鋼生產線進行組焊時，首先在H型鋼自動組立機上將腹板和其中一塊翼緣板組裝成┻型，然后再將┻與另一塊翼緣板組裝成H型鋼。

焊接方法采用龍門式埋弧焊接機進行自動焊接，焊接時嚴格按照圖1焊接順序進行，先焊1、2道焊縫，焊接至設計焊縫高度的一半時翻身焊3、4道焊縫，3、4道焊縫焊前應用碳弧氣刨進行清根，清根后焊縫內不得有夾渣、裂紋存在。3、4道焊縫焊前同樣需要預熱，3、4道焊縫焊至設計焊縫高度的一半時翻身繼續(xù)焊1、2道焊縫，直至1、2道焊縫焊滿，最后再次翻身焊3、4道焊縫，直至焊滿。焊接過程中如發(fā)生斷弧，接頭部位焊縫應打磨出≮1∶4的過渡坡口才能繼續(xù)施焊。

圖1　焊接順序

焊后24 h后進行焊縫無損探傷，探傷合格后進行矯正。其中焊接角變形采用火焰烘烤或用H型鋼翼緣矯正機進行機械矯正，矯正后的鋼材表面不應有明顯的劃痕或損傷，劃痕深度≯0.5 mm。彎曲、扭曲變形采用火焰矯正，矯正溫度控制在800～900℃且不得有過燒現象。

2.2勁性桁架鋼骨安裝

構件由施工現場塔吊（TC7052，臂長70 m）進行卸車并利用塔吊分別轉運至其余塔吊的吊裝范圍內，由于塔吊臂長的限制，鋼構件重量必須滿足塔吊的起重能力范圍之內，因此勁性桁架轉換梁不能一次吊裝到位，先完成桁架轉換梁下層梁的鋼骨安裝，再吊裝轉換梁兩側勁性柱的鋼骨，兩側勁性柱鋼骨吊裝完成后，完成桁架轉換梁上層梁的鋼骨吊裝，最后完成斜梁鋼骨的安裝。

勁性桁架轉換梁型鋼的焊接全部采用CO2氣體保護焊，焊絲型號ER50-3，鋼柱與鋼梁以及斜梁的鋼骨連接采用栓接的方式，高強螺栓采用10.9級扭剪型高強螺栓（摩擦型），鋼梁吊裝到位后，將臨時安置螺栓穿入孔中進行臨時固定，臨時螺栓的數量不得少于本節(jié)點螺栓數量的30%且不得少于2個，然后用扳手擰緊螺栓，使連接面結合緊密。在結構中心位置調整好后進行高強螺栓施工。高強螺栓的穿入方向以施工方便為準，力求一致，安裝時要確保螺母帶圓臺面的一側朝向墊圈與倒角的一側。高強螺栓的緊固分兩次進行，第一次為初擰，第二次為終擰，初擰完畢的螺栓，應做好標記以供確認。初擰、終擰都應從螺栓群中間向四周對稱擴散方式進行緊固。

鋼柱連接采用焊接的方式，單根鋼柱的焊接采用兩個焊工同時對稱進行焊接。焊縫采取薄層、多道進行焊接，單條焊縫＞500 mm采取分段退焊的焊接方法。每層、每道焊縫的焊道接頭錯開50 mm。

2.3實施效果

勁性桁架鋼骨制作選擇合理的焊接順序，有效控制了構件的變形，根據不同的構件特點，制定不同的焊接順序。對于較長焊縫采用“分段退焊法”進行焊接；對于構件焊縫沿中性軸對稱分布構件采用“對稱、均勻法”施焊；對于構件焊縫密集且可以分塊和分段的構件或接點采用“分塊制作，整體裝配”施焊；對于焊接后可以區(qū)分焊縫拘束狀態(tài)大小的接頭采用“先大后小法”，確保了焊接質量。采用先柱后梁，再斜撐，先焊收縮量大的再焊收縮量小的焊接方法，保證焊接質量及安裝精度。

3　勁性桁架梁鋼筋安裝及節(jié)點處理技術

3.1勁性桁架轉換梁鋼筋排布及安裝

應用三維模型對勁性桁架轉換梁的鋼筋分布建模，按照繪制的鋼筋分布詳圖綁扎鋼筋，避免返工。勁性桁架轉換梁鋼筋三維模型見圖2。

圖2　勁性桁架轉換梁鋼筋三維模型

桁架轉換梁的鋼筋安裝順序：底層梁鋼筋安裝→斜梁、轉換柱插筋，澆筑底層梁混凝土→兩端支座柱鋼筋安裝→上層梁鋼筋安裝→斜梁及中間轉換柱鋼筋安裝→加腋部位鋼筋安裝。

3.2勁性桁架梁鋼筋與勁性結構柱連接節(jié)點處理

由于本工程勁性結構配筋直徑較大，鋼筋布置過于密集，鋼骨柱翼緣不允許穿孔，梁鋼筋無法通長布置。為保證此部位的施工質量，需在柱身翼緣外側焊接鋼筋連接板，鋼筋與連接板搭接焊接并保證焊縫長度≮5倍的鋼筋直徑。連接板材質采用Q345B，連接板長度需保證鋼筋焊接5倍的鋼筋直徑。當遇到混凝土梁有兩排鋼筋時，需在鋼柱翼緣對應的梁鋼筋標高位置焊接鋼筋連接板，第二排鋼筋連接板長度比第一排鋼筋連接板長度長100 mm，便于梁鋼筋焊接并開設槽型孔，方便豎向的柱縱筋穿過。

3.3勁性桁架梁中間節(jié)點處理

本工程勁性桁架梁鋼筋規(guī)格大，數量多，中間梁柱交接處鋼筋數量眾多，斜梁鋼筋在與上層梁交接處錨固長度區(qū)域內因空間不足存在碰撞問題，鋼筋無法綁扎。經反復研究經過多次探討，在不影響使用效果的前提下，在梁中間鋼筋交接處采取加腋措施，增大節(jié)點處鋼筋錨固的空間。通過三維模型繪制梁、柱鋼筋分布圖形，在滿足鋼筋綁扎的操作空間和錨固長度的前提下，經設計計算加腋高度為距上層梁底1 275 mm，下底寬4 186 mm，加腋主筋為10φ25 mm，解決鋼筋綁扎難題。

3.4勁性桁架梁箍筋與拉結筋處理

本工程勁性梁結構截面尺寸大，鋼筋直徑大，上層梁尺寸1 000 mm×1 500 mm，下層梁1 000 mm×1 500 mm，斜梁尺寸1 000 mm×1 000 mm，上下層梁鋼骨尺寸300 mm×900 mm，斜梁鋼骨尺寸300 mm×500 mm，上下層梁中兩側鋼筋要求用拉結筋進行拉結，而拉結筋要穿過鋼骨腹板，故施工時在拉結筋要穿過鋼骨腹板上開一個比拉結筋直徑大2 mm的孔，間距200 mm，梅花形布置。拉結筋一端做成彎鉤，另一端平直通過預留孔拉住另一側鋼筋后進行人工彎折。

由于勁性結構梁尺寸大，箍筋無法綁扎，為滿足使用功能和質量要求，方便施工，箍筋采用兩個和箍筋同直徑的直角鋼筋相互焊接的方式并保證焊縫長度≮10倍的鋼筋直徑，見圖3。

圖3　拉筋、箍筋

平梁與斜梁交界處長1 575 mm，內有鋼骨，箍筋安裝采用平梁與斜梁共用箍筋的方法，見圖4。

圖4　共用箍筋

3.5實施效果

應用三維模型，對勁性鋼桁架梁外包密集型鋼筋進行分布建模，找出鋼筋安裝的難點，確定鋼筋安裝方案，按照繪制的鋼筋分布圖詳圖綁扎鋼筋，在工程實施過程中鋼筋綁扎順利。

4　勁性桁架梁模板施工技術

1）柱模板使用15 mm厚的多層板，背枋用40 mm× 80 mm木枋，φ48 mm雙鋼管做支撐加固，加固鋼管距柱底200 mm，上部每300 mm加設一道。為保證模板底部不漏漿、不爛根，模板支設完成后在每個柱子根部四周采用1∶3的水泥砂漿做封堵。

2）桁架梁上層、下層梁側模使用15 mm厚的多層板，背枋用40 mm×80 mm木枋，φ48 mm雙鋼管做支撐加固，為保證側模的穩(wěn)定及位置，梁模板采用側模壓在底模上的方式施工。梁兩側立桿距梁邊300 mm，沿梁跨度方向間距1 000 mm。梁側模加固采用φ16 mm對拉螺栓，沿梁長方向每400 mm一道，由于對拉螺栓無法穿過梁鋼骨，因此，在模板安裝前將對拉螺栓焊接在拉結筋上，焊接滿足5倍的鋼筋直徑。桁架梁上層、下層梁底模使用15 mm厚的多層板，背枋用40 mm× 80 mm木枋，φ48 mm雙鋼管做支撐，上層梁梁底增加兩道立桿，沿梁長方間距600 mm。上層梁的梁底立桿與斜梁上方加固鋼管相互回頂。

3）斜梁模板使用15mm厚的多層板，背枋用40mm× 80 mm木枋，φ48 mm雙鋼管做支撐加固，每300 mm加設一道。斜梁上方模板與上層梁梁底立桿相互回頂，沿梁長間距600 mm，梁底增加兩道承重立桿，沿梁長方向間距600 mm。梁兩側立桿距梁邊300 mm，沿梁跨度方向間距1 000 mm。斜梁側模設斜撐間距900mm，見圖5。

圖5　上層梁與斜梁加固

5　勁性桁架梁混凝土施工技術

1）勁性桁架梁下層梁與三層梁板共同澆筑，上層梁、斜梁及柱與四層梁板共同澆筑。

2）上層梁、斜梁及中間柱交接處鋼筋直徑大，排布密集，又有鋼骨的存在，使得混凝土下料困難，混凝土密實度難以控制。由于一次性澆筑混凝土難以澆筑密實，采取分段澆筑，先在斜梁上部和下部各1/3位置開孔，澆筑斜梁混凝土，混凝土澆筑至開孔處后，封板，再澆筑轉換柱混凝土及斜梁上方剩余1/3的部分。澆筑混凝土后應及時進行振搗，振搗時要快插慢拔。應在鋼骨兩邊均勻進行混凝土澆筑和振搗，避免漏振和不均勻振搗。

3）澆筑中間轉換柱時，在中間柱的斜梁交界處設置φ75 mm的套管，使混凝土下料順利，方便振搗，保證轉換柱及加腋部分混凝土澆筑順利。

4）本工程柱混凝土為C45，梁混凝土為C40，澆筑勁性桁架轉換梁混凝土時混凝土強度不好控制。為方便施工，保證施工質量，勁性桁架轉換梁混凝土全部采用C45混凝土，塌落度為180 mm，石子粒徑在5～12 mm。

5）用插入式振搗器應快插慢拔，插點應均勻排列，逐點移動，順序進行，不得遺漏，做到振搗密實。移動間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍。

6）澆筑混凝土時，應經常注意觀察模板、支架有無走動情況，當發(fā)現有變形或位移時，應立即停止?jié)仓?，并及時修整和加固模板，完全處理好后，再繼續(xù)澆筑混凝土。

7）模板外側指派專人用鐵錘進行敲擊，可有利于混凝土密實及外觀成型質量，通過聲音判斷振搗不到位的部分。

6　結語

本文結合工程實踐，針對大跨度勁性桁架轉換梁施工過程中存在的技術難題提出了切實可行的技術措施，解決了勁性桁架梁鋼筋規(guī)格大、數量多、中間節(jié)點處鋼筋數量眾多、勁性梁鋼筋與勁性柱鋼骨沖突、勁性桁架梁中間節(jié)點錨固長度區(qū)域內因空間不足存在碰撞、勁性桁架梁拉結筋穿過鋼骨困難以及勁性結構梁尺寸大，箍筋無法綁扎等問題，在滿足設計和施工質量要求的同時提高了施工效率、縮短了工期、降低了施工成本，產生了較好的經濟效益。施工完成的勁性桁架轉換梁及相應節(jié)點混凝土成型良好，無脹模、跑模現象；混凝土表面光滑、平整，無蜂窩、麻面。

［1］YB9082—2006，鋼骨混凝土設計規(guī)程［S］.

［2］DL/T5085—1999，鋼-混凝土組合結構設計規(guī)程［S］.

［3］YB9082—2005，鋼骨混凝土結構技術規(guī)程［S］.

［4］GB50755—2012，鋼結構制作安裝施工規(guī)程［S］.

［5］04SG523，型鋼混凝土組合結構構造［S］.

□劉書羽/中國建筑第六工程局橋梁公司。

TU375.5

C

1008-3197（2016）02-04-03

2016-01-25

王安鑫/男，1987年出生，工程師，中國建筑第六工程局有限公司，從事工程技術管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.002