新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法

孫　克　李正陽

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北 邯鄲　056038)

1　新型施工方法的研究背景

現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)需要承受越來越大的荷載，為了確保建筑結(jié)構(gòu)的性能能夠滿足要求，建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)正在朝著承載效果和穩(wěn)定性更強(qiáng)大的方向發(fā)展。而在這一過程中，一些新興的節(jié)點(diǎn)形式應(yīng)運(yùn)而生，其中具有代表性的是鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)，鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)性能上得到了很大程度的提高。

與普通鋼結(jié)構(gòu)柱相比較而言，鋼管混凝土柱具有承載能力高，抗震及抗火性能更好，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑工程中已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際工程應(yīng)用中，鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接是一個(gè)必須著重解決的問題。當(dāng)前用于民用建筑中的鋼管混凝土柱與混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)的形式主要有：上下環(huán)板牛腿式、雙梁式、梁端局部加寬式、對穿暗牛腿式、穿心鋼筋暗牛腿式、鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)等[1]。

本篇文章主要介紹圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的新型施工方法，該種新型的施工方法已經(jīng)在河北省某項(xiàng)目上得以應(yīng)用。而之所以采用新型的施工方法，是因?yàn)楝F(xiàn)場施工出現(xiàn)了復(fù)雜的施工狀況，如果按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工，一些施工作業(yè)項(xiàng)目難以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)。其中在圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工過程中，大型鋼管柱與主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件連接位置的環(huán)梁鋼筋綁扎是重點(diǎn)與難點(diǎn)。在施工中，包裹鋼管混凝土柱四周的環(huán)梁鋼筋的加工、綁扎，以及環(huán)梁與鋼筋混凝土框架梁的綁扎連接，都具有很大的難度。而通過這種新型的圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法，解決了圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在施工中存在的困難，保證了圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量，保證了圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)以及圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的性能要求，滿足了人們對于圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的正常的生產(chǎn)生活使用要求，有效地縮短了工期，節(jié)約了成本，并且其適用性和推廣性極高。本文還將介紹此種新型的圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，以突出其不僅從施工的質(zhì)量上，而且從圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工的經(jīng)濟(jì)效益上，都有不小的貢獻(xiàn)。

2　工程概況

本項(xiàng)目位于邯鄲市中心，是集五星級酒店、商業(yè)零售、休閑餐飲娛樂、辦公等于一體的大型城市建筑綜合體，該項(xiàng)目總建筑面積約58萬m2，地下3層、裙房地上5層～7層、主樓地上最高42層，頂部設(shè)有機(jī)房，總建筑高度最高為188.55 m。該項(xiàng)目于2015年6月1日開工，計(jì)劃竣工日期為2018年6月30日。

3　環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的新型施工方法

本次研究的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)形式，是由圓形鋼管混凝土柱與圓形鋼筋混凝土環(huán)梁組合的形式。鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)具有承載力高，延性性能好，節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)性好，施工較為方便的特點(diǎn)。因?yàn)楸竟こ痰膱A形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在施工過程中，大型鋼管柱與主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件連接位置的環(huán)梁鋼筋綁扎是重點(diǎn)與難點(diǎn)。在施工過程中，包裹鋼管混凝土柱四周的環(huán)梁鋼筋的加工、綁扎，以及環(huán)梁與鋼筋混凝土框架梁的綁扎連接，都具有很大的難度。由于現(xiàn)場施工出現(xiàn)了復(fù)雜的施工狀況，以及現(xiàn)場施工中復(fù)雜的施工條件，使得如果按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求對圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工，一些施工作業(yè)項(xiàng)目將難以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)。所以該工程項(xiàng)目的圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工難度也就可想而知。所以為了保證圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量，確保圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)及使用要求，本項(xiàng)目決定采用新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法，并且經(jīng)工程項(xiàng)目實(shí)踐證明，本項(xiàng)目所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法，不僅僅解決了圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在施工過程中存在的難點(diǎn)，而且保證了圓形鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)、施工以及使用時(shí)的包括承載力、安全性能、適用性能以及耐久性能等各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)性能要求。該項(xiàng)目的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法有效地縮短了工期，節(jié)約了成本，從工程項(xiàng)目施工中的經(jīng)濟(jì)效益上，該種新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法也有很大的貢獻(xiàn)，并且該種施工方法的適用性和推廣性極高。

就鋼管混凝土柱的形式以及材料來說，本工程采用圓形鋼管混凝土柱。在鋼管混凝土柱壁上焊接有吊裝板，用以在吊裝時(shí)施加拉力。在截面處焊接有懸挑式連接板，用以連接兩根鋼管混凝土柱，另外吊裝板也起到一定的連接作用。而本工程項(xiàng)目中的鋼管混凝土柱根據(jù)其在工程當(dāng)中的實(shí)際位置分為地下部分和地上部分，由于其所處工程中的實(shí)際位置不同，因此本工程項(xiàng)目中的鋼管混凝土柱的地上部分和地下部分，采用兩種不同的施工方式澆筑混凝土，以保證本工程項(xiàng)目中的鋼管混凝土柱的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，以及保證鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)、施工以及使用要求。雖然本工程項(xiàng)目中的鋼管混凝土柱的地上部分和地下部分，采用兩種不同的施工方式澆筑混凝土，但是所澆筑的混凝土均是自密實(shí)混凝土。在地下部分的鋼管混凝土柱采用高拋式澆筑自密實(shí)混凝土，這樣澆筑的目的是防止因混凝土振搗過程中對鋼管混凝土柱的位置造成干擾，以確保在自密實(shí)混凝土施工過程中鋼管柱的位置不發(fā)生改變，保證之后的施工作業(yè)可以順利進(jìn)行。地上部分的鋼管混凝土柱中，自密實(shí)混凝土采用從下到上的擠壓方式澆筑，同時(shí)在鋼管混凝土柱的管壁上設(shè)置透氣孔，用以排出混凝土澆筑時(shí)所產(chǎn)生的氣泡。這種鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)形式以及自密實(shí)混凝土的施工方法具有很重要的意義，它不僅可以保證了鋼管混凝土柱在吊裝施工時(shí)的穩(wěn)定性，同時(shí)還保證了鋼管混凝土柱連接的牢固性。其施工方式保證了鋼管混凝土柱在自密實(shí)混凝土施工時(shí)的位置正確，同時(shí)還保證了自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)的密實(shí)度，保證了鋼管混凝土柱的施工質(zhì)量，也保證了鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)以及使用要求。

以上是對鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在施工過程中存在的重點(diǎn)與難點(diǎn)，新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法的意義，以及兩種向鋼管混凝土柱中澆筑自密實(shí)混凝土的方法作了一個(gè)較為簡單的介紹，下面我們將對這一種新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法進(jìn)行較為詳細(xì)地闡述。

1)方案策劃、技術(shù)準(zhǔn)備。

為了保證鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量，在鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工前，需要對鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)鋼筋排布及配筋進(jìn)行充分地分析，并且結(jié)合現(xiàn)場施工的實(shí)際情況分析鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場施工時(shí)存在的施工難點(diǎn)，進(jìn)行鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方案的編制。

2)環(huán)梁鋼筋放樣，數(shù)控機(jī)床場外加工環(huán)梁圓弧鋼筋。

根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖，對環(huán)梁主筋、箍筋進(jìn)行充分地分析，確定各層每個(gè)部位所需環(huán)梁鋼筋型號、數(shù)量，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，按批次對環(huán)梁圓弧鋼筋進(jìn)行場外加工，為了提高特殊節(jié)點(diǎn)鋼筋加工精度，采用數(shù)控機(jī)床在場外對環(huán)梁圓弧鋼筋進(jìn)行加工。

由于環(huán)梁鋼筋施工采用“先綁扎，后吊裝”的施工方法，需要將環(huán)梁內(nèi)弧鋼筋加工為三段式，而其余環(huán)梁圓弧鋼筋加工為整圓，待環(huán)梁鋼筋吊裝完成后，內(nèi)弧鋼筋按規(guī)范要求進(jìn)行焊接連接。

以上所提到的環(huán)梁內(nèi)弧鋼筋均是指環(huán)梁的最內(nèi)側(cè)環(huán)梁縱筋。

3)環(huán)梁模板鋪設(shè)，同時(shí)環(huán)梁鋼筋綁扎。

環(huán)梁及周邊區(qū)域模板支撐體系搭設(shè)的同時(shí)，在現(xiàn)場指定場地，按照各部位環(huán)梁尺寸、鋼筋排布，進(jìn)行環(huán)梁圓弧鋼筋及箍筋的綁扎。在綁扎過程中，環(huán)梁內(nèi)弧鋼筋僅簡單綁扎固定即可，其余圓弧鋼筋均按規(guī)范要求進(jìn)行焊接連接，確保環(huán)梁鋼筋整體吊裝穩(wěn)定性。

此外，由于圓形環(huán)梁縱筋在綁扎的過程中間距較為緊密，如果把環(huán)梁內(nèi)側(cè)箍筋做成整體式，將不方便進(jìn)行對圓形環(huán)梁整體式箍筋的綁扎施工，為了保證鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)及施工性能的要求，鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在施工時(shí)，將環(huán)梁的內(nèi)側(cè)箍筋在成型時(shí)做成兩個(gè)U形箍筋，之后再對兩個(gè)U形箍筋進(jìn)行現(xiàn)場綁扎作業(yè)。這樣既縮短了工期，又保證了環(huán)梁的設(shè)計(jì)以及使用性能，可謂是一舉兩得(見圖1)。

4)環(huán)梁整體吊裝，環(huán)梁內(nèi)弧鋼筋復(fù)位焊接。

待環(huán)梁鋼筋綁扎完成后，需要進(jìn)行的施工作業(yè)是環(huán)梁鋼筋整體吊裝的施工，利用塔吊將環(huán)梁鋼筋整體吊起，置于鋼管柱頂部，并套在鋼管柱上，慢慢下落，直至環(huán)梁鋼筋整體放入模板內(nèi)，然后將環(huán)梁內(nèi)弧鋼筋復(fù)位焊接重新定位至設(shè)計(jì)排布位置，并按照焊接規(guī)范要求對環(huán)梁內(nèi)弧鋼筋進(jìn)行復(fù)位焊接。

5)框架梁縱筋端頭錨固板安裝，錨固板擰緊力矩檢測。

因?yàn)榄h(huán)梁部位鋼筋排布密集，根據(jù)框架梁與環(huán)梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求，需要混凝土框架梁縱向鋼筋伸入環(huán)梁上下縱筋內(nèi)側(cè)并彎錨，但是此種施工方法在現(xiàn)場難以實(shí)現(xiàn)。通過與設(shè)計(jì)部門協(xié)商改進(jìn)之后，在滿足節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)性能以及使用要求的情況下，環(huán)梁與混凝土框架梁連接節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)連接施工方式改為將混凝土框架梁縱筋及構(gòu)造鋼筋直錨入環(huán)梁內(nèi)，端部加螺紋連接錨固板，以起到錨固作用。錨固板的形狀為圓形，但是不等厚，錨固板的材料為QT450-10球墨鑄鐵。錨固板安裝完成后，按規(guī)范要求，對錨固板進(jìn)行力矩檢測(見圖2)。

以上是對本工程項(xiàng)目所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的具體施工方法作了一個(gè)較為詳細(xì)的闡述。這種新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法，不僅解決了現(xiàn)場鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工過程中所遇到的難點(diǎn)，而且還有效地縮短了工期，節(jié)約了成本，從工程項(xiàng)目施工中的經(jīng)濟(jì)效益上，該種新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方法也有很大的貢獻(xiàn)。下面我們將較為詳細(xì)地?cái)⑹龃朔N新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法為工程項(xiàng)目帶來的經(jīng)濟(jì)效益的情況。

4　經(jīng)濟(jì)效益

在本工程鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工過程中，存在著很多重點(diǎn)與難點(diǎn)，其中大型鋼管柱與主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件連接位置的環(huán)梁鋼筋綁扎是重點(diǎn)與難點(diǎn)，包裹鋼管混凝土柱四周的環(huán)梁鋼筋的加工、綁扎，以及環(huán)梁與鋼筋混凝土框架梁的綁扎連接，都具有很大的難度。此種新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法不僅解決了該項(xiàng)目的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在施工過程中的困難，而且還從節(jié)約成本，縮短工期等方面，體現(xiàn)出了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)將經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

1)環(huán)梁鋼筋做法優(yōu)化。

本工程鋼管混凝土柱環(huán)梁鋼筋采用數(shù)控機(jī)床加工，預(yù)制成型，整體吊裝。與常規(guī)現(xiàn)場綁扎施工工藝相比，每個(gè)環(huán)梁施工可節(jié)約15人工，減少現(xiàn)場焊接，保證了鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，極大地提高了鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工效率，保證了鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工工期?，F(xiàn)場環(huán)梁共計(jì)49組，人工費(fèi)按200元/工日計(jì)，僅人工投入所節(jié)約的成本為15×200×49=147 000元。

2)鋼筋錨固板替代貼焊錨筋。

環(huán)梁鋼筋通過外出加工，目前可自行加工，拼裝組成環(huán)梁，整體吊運(yùn)?？蚣芰轰摻钆c環(huán)梁連接節(jié)點(diǎn)需進(jìn)行彎錨，而由于環(huán)梁節(jié)點(diǎn)鋼筋密集，鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)在實(shí)際施工時(shí)彎錨無法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)規(guī)范要求，有兩種形式可以選取，一是貼焊錨筋，二是機(jī)械連接錨固板。通過技術(shù)分析，決定采取鋼筋錨固板，此工法滿足綠色施工要求，污染源少，縮短工期，節(jié)省材料，易于施工。

按照現(xiàn)場約11 000個(gè)錨固頭進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)將兩種施工方法的費(fèi)用總結(jié)如下：

1)鋼筋貼焊錨筋費(fèi)用見表1。

2)錨固板費(fèi)用見表2。

表1　鋼筋貼焊錨筋費(fèi)用

表2　錨固板費(fèi)用

可以節(jié)約成本=185 625+44 000-43 200-88 000=98 425元,合計(jì)總共創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益245 425元。

本工程項(xiàng)目所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法具有施工機(jī)械化程度高，操作簡便的特點(diǎn)，解決了施工過程中存在的大型鋼管柱與主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件連接位置的環(huán)梁鋼筋綁扎，包裹鋼管混凝土柱四周的環(huán)梁鋼筋的加工、綁扎，以及環(huán)梁與鋼筋混凝土框架梁的綁扎連接的難題，并且節(jié)約了大量鋼筋、焊條等材料，節(jié)省了大量人工，還有效地縮短了工期。這一種新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法得到了各方主體單位的一致好評。

5　結(jié)語

1)本工程所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法解決了大型鋼管柱與主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件連接位置的環(huán)梁鋼筋綁扎，包裹鋼管混凝土柱四周的環(huán)梁鋼筋的加工、綁扎，以及環(huán)梁與鋼筋混凝土框架梁的綁扎連接的施工難題，有效地縮短了工期。

2)本工程所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法節(jié)約了成本，創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

3)本工程所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法得到了各方主體單位的一致好評，具有很大的社會效益。

4)本工程所采用的新型的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工方法保證了鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)性能，對鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

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