鋼管柱混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在超高層施工中的應(yīng)用

楊增鈺 南文斌 王星亮 李慧偉

(中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074)

?

鋼管柱混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在超高層施工中的應(yīng)用

楊增鈺 南文斌 王星亮 李慧偉

(中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074)

以太原迎澤項(xiàng)目1號樓、2號樓、北區(qū)裙房及北區(qū)地下車庫工程為實(shí)際案例，從鋼管柱、環(huán)梁、圓模板、混凝土澆筑等方面，闡述了環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法和控制要點(diǎn)，并分析了鋼管混凝土施工的重難點(diǎn)，為鋼管柱混凝土環(huán)梁在超高層建筑中的應(yīng)用提供參考。

鋼管混凝土柱，環(huán)梁節(jié)點(diǎn)，圓模板，超高層建筑

鋼管柱混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，用于多道鋼筋混凝土梁與鋼管柱的連接節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)，用于增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，能整體提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性?？辜舡h(huán)設(shè)置在環(huán)梁高度范圍內(nèi)，一般通過閉合鋼筋環(huán)或閉合帶鋼筋環(huán)采用雙面焊縫焊接于鋼管柱外壁上，增強(qiáng)了環(huán)梁節(jié)點(diǎn)處鋼筋與混凝土的握裹力。鋼筋直徑d一般在20 mm～30 mm左右?？辜舡h(huán)與環(huán)形牛腿一樣，實(shí)為鋼管柱的環(huán)形凸緣。基于與環(huán)形牛腿同樣的考慮，沿抗剪環(huán)需設(shè)置閉合的混凝土環(huán)梁或與之相當(dāng)?shù)幕炷镣斜P，與鋼管柱緊密箍抱，樓蓋梁的縱筋則錨固于環(huán)梁內(nèi)，借助環(huán)梁傳遞彎矩。

1 工程概況

太原迎澤橋西項(xiàng)目1號樓、2號樓、北區(qū)裙房及北區(qū)地下車庫工程位于太原市迎澤大街以南，新晉祠路以東，濱河西路西側(cè)?？偨ㄖ娣e271 288.96 m2，其中地上建筑面積228 524.30 m2，地下建筑面積42 764.66 m2，總建筑高度229.05 m。1號、2號塔樓依托于下部的北區(qū)裙房，呈中軸線對稱布局，自然形成具有時(shí)代氣息和品質(zhì)感的超高層綜合體，兩座塔樓均為超高層建筑。地上53層，北區(qū)裙房地上5層，6層及以上為1號、2號塔樓部分，地下為5層的地下空間。鋼管混凝土框架——鋼筋混凝土核心筒+環(huán)帶桁架混合結(jié)構(gòu)體系為兩座主塔樓的結(jié)構(gòu)形式。

2 鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工

2.1 鋼管混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)形式

鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)是一種新型的鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土框架梁連接方式，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要保證在地震作用等水平低周往復(fù)作用下實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的延性設(shè)計(jì)概念。鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)是由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

1)鋼筋混凝土環(huán)梁。鋼筋混凝土環(huán)梁的作用是傳遞與環(huán)梁節(jié)點(diǎn)連接的框架梁端彎矩，與普通混凝土梁一樣，鋼筋混凝土環(huán)梁內(nèi)配置縱向鋼筋、腰筋及箍筋；框架梁內(nèi)的縱向鋼筋一般采取末端彎折后在環(huán)梁內(nèi)錨固；混凝土環(huán)梁寬400 mm～550 mm，環(huán)梁高度為所連接框架梁中最高梁高+50 mm。

2)鋼管內(nèi)側(cè)柔性抗剪件。鋼管內(nèi)側(cè)柔性抗剪件主要作用是在鋼管混凝土柱的外側(cè)鋼管與內(nèi)部混凝土之間傳遞環(huán)梁節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的豎向荷載。

3)鋼管外側(cè)抗剪環(huán)。鋼管外側(cè)抗剪環(huán)的主要作用是傳遞與環(huán)梁節(jié)點(diǎn)連接的框架梁端剪力。

環(huán)梁節(jié)點(diǎn)見圖1。

2.2 環(huán)梁施工要點(diǎn)

每棟主樓外框架設(shè)計(jì)有16根外框圓鋼管混凝土柱，柱徑從地上首節(jié)到頂部共發(fā)生6次變化，截面由φ1 400×35 mm～φ800×16 mm。由混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)形式可見，混凝土環(huán)梁的施工質(zhì)量好壞是節(jié)點(diǎn)能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵?；炷镰h(huán)梁的施工質(zhì)量大致有三個(gè)方面：

1)混凝土的澆筑質(zhì)量?；炷翝仓駬v密實(shí)是保證環(huán)梁抗剪及環(huán)向鋼筋與混凝土共同工作的關(guān)鍵。故在施工中應(yīng)加強(qiáng)環(huán)梁的振搗，同時(shí)應(yīng)減少環(huán)梁內(nèi)環(huán)向鋼筋接頭占用的空間及合理排列梁縱向鋼筋在環(huán)梁內(nèi)的彎錨，以便為混凝土的澆筑提供進(jìn)一步的保障。

2)環(huán)形鋼筋的連接質(zhì)量。鋼筋混凝土環(huán)梁正常工作中，環(huán)向鋼筋應(yīng)力較大，故應(yīng)重視環(huán)形鋼筋的連接，由于環(huán)形鋼筋的具體特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場施工要求，采用搭接長度、綁扎要求及搭接接頭面積百分率滿足規(guī)范要求的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

3)抗剪環(huán)的焊接質(zhì)量。環(huán)梁部位緊貼鋼管外表面焊接有2根φ25抗剪環(huán)，抗剪環(huán)的焊接固定采用預(yù)先焊接方式固定，與現(xiàn)場焊接相比不僅降低了施工難度而且更容易保證焊接質(zhì)量。

3 梁端剪力、彎矩傳遞

在鋼管柱外側(cè)周圈環(huán)梁高度范圍內(nèi)，貼焊兩道鋼筋作為抗剪環(huán)，通過抗剪環(huán)，環(huán)梁將框架梁端剪力傳至鋼管，環(huán)梁圍繞鋼管，與鋼管緊密箍抱，將梁端彎矩傳遞給框架柱，且環(huán)梁承載力符合“強(qiáng)連接、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)概念。

框架梁端彎矩作用于環(huán)梁上，使環(huán)梁產(chǎn)生扭矩。當(dāng)框架梁端為負(fù)彎矩時(shí)，環(huán)梁下端擠壓鋼管混凝土柱，其反作用力將產(chǎn)生對環(huán)梁的抵抗扭矩，這將大大降低對環(huán)梁的抗扭要求。樓板在平面內(nèi)對環(huán)梁上部有很大的約束作用，減小了扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的環(huán)梁與柱之間的相對脫離，由變形與內(nèi)力關(guān)系可知，環(huán)梁的扭矩也會(huì)進(jìn)一步減小。框架梁端為正彎矩時(shí)，略為不利，因?yàn)闆]有樓板的約束作用。

對環(huán)梁傳遞彎矩的機(jī)理更為簡明的解釋是：將框架梁端負(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)梁下部的商品混凝土承擔(dān)并傳遞擴(kuò)散至鋼管商品混凝土柱上。這一設(shè)想與實(shí)際受力情況基本吻合。

4 環(huán)梁施工重難點(diǎn)分析

4.1 環(huán)梁鋼筋加工與綁扎

環(huán)梁節(jié)點(diǎn)處主梁與環(huán)梁縱橫交錯(cuò)，梁斷面尺寸相應(yīng)較大，工序繁雜，交叉作業(yè)，工序之間造成互相制約。環(huán)梁鋼筋需穿過框柱鋼筋且與環(huán)梁相交處框架梁鋼筋主筋多，要全部錨入環(huán)梁內(nèi)，但是框柱鋼筋間距較小，環(huán)梁節(jié)點(diǎn)鋼筋密集及鋼管柱柱身栓釘密集，箍筋間距小，因此環(huán)梁鋼筋綁扎過程中環(huán)筋、框架梁縱筋綁扎的先后順序和定位是本工程控制的重難點(diǎn)。環(huán)梁鋼筋多為弧形，鋼筋無法在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)高效率弧形加工，現(xiàn)場環(huán)梁鋼筋放樣和加工制作難度大。

4.2 環(huán)梁模板施工

框架柱的四個(gè)角均在環(huán)梁的外側(cè)，環(huán)梁與柱相交位置模板的支設(shè)不易施工；環(huán)梁圓形混凝土結(jié)構(gòu)弧度要求較高，模板的加工及模板系統(tǒng)的加固難度大。

4.3 環(huán)梁混凝土施工

混凝土的施工自重較為集中，因此對承重架的豎向抵抗力要求較高，環(huán)梁部位鋼筋密集，混凝土澆筑質(zhì)量的控制是本工程控制的重點(diǎn)。

5 環(huán)梁施工流程

環(huán)梁鋼筋放樣及加工→定位放線→模板支撐架及底模安裝→梁底模板安裝→環(huán)梁鋼筋綁扎→框架梁鋼筋綁扎→框架梁側(cè)模安裝→環(huán)梁圓模板安裝→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)。

5.1 環(huán)梁鋼筋安裝

1)環(huán)梁加工采用場外數(shù)控技術(shù)進(jìn)行環(huán)梁圓弧鋼筋的加工，采用新型鋼筋彎弧機(jī)調(diào)整曲率半徑制作環(huán)梁鋼筋，較好的控制了環(huán)筋的弧度，保證圓弧鋼筋的加工速度與質(zhì)量，同時(shí)提高了施工進(jìn)度。2)環(huán)梁鋼筋采用搭接連接，搭接接頭面積百分率為50%；將環(huán)梁截面加大，環(huán)梁外徑同框架柱對角線的長度；征得設(shè)計(jì)同意并辦理設(shè)計(jì)變更手續(xù)。3)將所有制作好的環(huán)形主筋全部套入鋼管柱后，再將所有箍筋套入環(huán)筋。4)綁扎與環(huán)梁相連的框架梁鋼筋。

環(huán)梁鋼筋施工見圖2。

5.2 環(huán)梁模板安裝

根據(jù)環(huán)梁圓弧尺寸定制圓模板，自帶企口，并根據(jù)鋼管柱尺寸大小在現(xiàn)場預(yù)拼裝，模擬模板安裝，保證圓模板安裝質(zhì)量。圓模板重量輕于一般楊木，強(qiáng)度大、韌性好，一般2個(gè)～3個(gè)工人即可操作安裝，手工批量化安裝拆卸；拼縫少，內(nèi)外環(huán)氧樹脂覆膜光滑防水且具有透氣性；保證了環(huán)梁混凝土的成型效果。側(cè)模加固采用40×90木方，后背弧形鋼管加固。環(huán)梁底模采用15 mm厚多層板放樣制作而成。

環(huán)梁模板施工見圖3。

5.3 環(huán)梁混凝土澆筑

鋼管混凝土柱內(nèi)部和地下車庫鋼管混凝土柱及外圍方形柱采用自密實(shí)混凝土。環(huán)梁節(jié)點(diǎn)部位的鋼筋密集，混凝土下料困難，澆筑時(shí)控制好混凝土下料的速度，混凝土振搗時(shí)根據(jù)環(huán)梁鋼筋間隙選擇合適的振搗棒，必要時(shí)此部分可采用同等強(qiáng)度同等配合比的細(xì)石混凝土進(jìn)行澆筑，此外振搗棒頭可改用片式并輔以人工搗固配合。環(huán)梁部位必須連續(xù)分層澆筑，必須在前層混凝土初凝前將此層混凝土澆筑完畢，澆筑時(shí)采用二次振搗工藝。混凝土澆筑過程中，嚴(yán)格跟蹤檢查模板及其支撐的穩(wěn)固等情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)加固?；炷翝仓瓿珊蠹皶r(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

環(huán)梁混凝土成型效果見圖4。

6 結(jié)語

在超高層建筑工程施工過程中，鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)由于其理想的受力性能和良好的經(jīng)濟(jì)效益，已越來越多的用于超高層建筑。在施工過程中加強(qiáng)質(zhì)量控制，使其符合工程設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。通過環(huán)梁鋼筋場外加工和環(huán)梁定制圓模板，施工方便，加快了施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量，提升了施工效率，為鋼管向上安裝提供了有利條件。

[1] 李引勝，劉 福，王曉偉，等.鋼管混凝土柱大截面環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2015(10):25-27.

[2] 李 穎.鋼筋混凝土環(huán)梁及梁帽施工技術(shù)研究[J].工程科技，2014(3):186-187.

[3] 劉 洋，宋 波，孔 亮.鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版)，2013(36)：78-79.

[4] 楊春宇,張秀榮.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程施工的質(zhì)量問題及處理措施[J].黑龍江科技信息，2008(4)：231-233.

Application of concrete filled steel tubular column ring beam joint in super high rise construction

Yang Zengyu Nan Wenbin Wang Xingliang Li Huiwei

(TheSecondConstructionCo.,LtdofChinaConstructionThirdEngineerigBureau,Wuhan430074,China)

In this paper, Taiyuan Yingze No.1 building, No.2, and north Qunfang and underground garage project as a case of ring beam construction methods and control points are described from steel tube column and ring beam, circular template, concrete pouring and other aspects, analyzes the difficulties and key points in the construction of concrete filled steel tube. The construction characteristics of concrete filled steel tubular column and its application in super high rise buildings are introduced in this paper.

concrete filled steel tubular column, ring beam joint, circular template, super high rise building

1009-6825(2016)31-0107-03

2016-08-21

楊增鈺(1987- )，男，工程師； 南文斌(1986- )，男，助理工程師； 王星亮(1989- )，男，助理工程師； 李慧偉(1991- )，男，助理工程師

TU974

A