勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化施工技術(shù)研究

吳 云

無錫市五洲建設(shè)工程監(jiān)理有限責(zé)任公司 江蘇 無錫 214000

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)的施工，不斷應(yīng)用于高層、超高層建筑中。同時，與其相關(guān)的理論研究也在不斷深入，勁性混凝土施工技術(shù)在日益完善。勁性混凝土在施工過程中，能夠支撐整個建筑的框架，實現(xiàn)鋼架剪力墻、核心筒等形式的混凝土鋼結(jié)構(gòu)。在勁性混凝土建筑中，縱向鋼筋、型鋼組成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)混凝土相比，具有更強(qiáng)的強(qiáng)度性能，同時構(gòu)件的截面尺寸更小，能夠提升建筑總體的抗震性。勁性混凝土結(jié)構(gòu)，用型鋼代替了傳統(tǒng)的鋼筋骨架，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。正因如此，勁性混凝土結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)一步完成優(yōu)化設(shè)計，從而避免異形結(jié)構(gòu)過多、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)過多、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，造成的建筑穩(wěn)定性下降。

一、勁性混凝土施工方法的特點(diǎn)

勁性混凝土建筑采用的主要結(jié)構(gòu)形式，一般為鋼筋混凝土框架、剪力墻及核心筒結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)形式，包含了勁性鋼骨以及型鋼、混凝土梁內(nèi)勁性鋼骨、勁性柱內(nèi)鋼骨、鋼梁、鋼支撐、地下夾層轉(zhuǎn)換桁架、平面鋼桁架等。此外，建筑外框包含柱內(nèi)勁性鋼骨型鋼、混凝土梁內(nèi)勁性鋼骨、鋼框架梁、鋼次梁、核心筒內(nèi)勁性鋼柱及鋼梁。鋼材料的應(yīng)用，提升了整個建筑的可塑性、穩(wěn)定性，同時能夠發(fā)揮巨大的高強(qiáng)度性能，提升勁性混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。勁性鋼結(jié)構(gòu)骨架，可以在整個施工過程中，作為建筑的支架及主承載結(jié)構(gòu)，減少了設(shè)置支架等施工環(huán)節(jié)，節(jié)約了施工成本，節(jié)省了施工時間。整個建筑的結(jié)構(gòu)截面積相對較小，鋼筋及鋼柱的布置較密，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)型鋼混凝土的有效組合，提升建筑物整體抗震性能。但與此同時，型鋼對于傳統(tǒng)鋼筋骨架的替代，造成了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。實際施工時，鋼梁柱在節(jié)點(diǎn)處，需要完成穿進(jìn)施工，鋼柱與鋼筋之間，會出現(xiàn)一部分交叉作業(yè)，這就使節(jié)點(diǎn)的銜接易出現(xiàn)多種問題。對鋼筋的排布需要進(jìn)行優(yōu)化、鋼筋與鋼骨的連接，需要采取多種方式進(jìn)行優(yōu)化。針對箍筋、鋼筋腹板穿進(jìn)孔的設(shè)置，同樣需要提升質(zhì)量控制。由此可見，勁性混凝土施工方法具有成本低、工期短、可塑性好、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但同時具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)控制難度大等特性。

二、對勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化的重要性和必要性

節(jié)點(diǎn)控制是勁性混凝土施工技術(shù)發(fā)展主要的制約因素。盡管勁性混凝土施工具有多重優(yōu)點(diǎn)，但在建造和施工時，由于節(jié)點(diǎn)控制問題，造成的難度差異非常大。因此，只有將勁性混凝土節(jié)點(diǎn)施工的問題予以解決，才能夠充分的發(fā)揮勁性混凝土施工技術(shù)的優(yōu)勢。對勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，能夠考慮各個節(jié)點(diǎn)的施工狀態(tài)、對最差穩(wěn)定條件予以考慮，并對可能出現(xiàn)的各類問題進(jìn)行優(yōu)化。同時，節(jié)點(diǎn)優(yōu)化能夠確保施工過程的緊密聯(lián)系，確保建筑整體結(jié)構(gòu)的有效分析，提升建設(shè)穩(wěn)定性。節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，就是勁性混凝土建筑施工過程中的有效控制，能夠提高施工質(zhì)量、確保施工安全。同時，通過節(jié)點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)化，能夠進(jìn)一步滿足建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)的需要，達(dá)到勁性混凝土建筑施工安全與質(zhì)量的目標(biāo)。

三、勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計原則

節(jié)點(diǎn)優(yōu)化施工技術(shù)涉及到多個施工細(xì)節(jié)，因此需要注意其中的基本設(shè)計原則。（1）鋼柱遇到梁縱筋時，要利用搭接板，將鋼骨與縱筋焊接在一起。（2）當(dāng)鋼梁翼緣遇到柱縱筋時，鋼梁翼緣需要利用套筒焊接，再將套筒與縱筋連接在一起。（3）鋼梁腹板遇到混凝土次梁縱筋時，需要進(jìn)行腹板開孔，促使次梁縱筋能夠在鋼梁腹板上穿過。（4）鋼梁腹板遇到梁拉筋時，同樣需要在腹板上開孔，且開孔孔間距為非加密區(qū)箍筋間距的兩倍。當(dāng)開孔超過一排時，上下孔位要錯開。（5）鋼梁腹板遇到刀片柱箍筋時，可選擇開孔，使柱箍筋穿過，也可在鋼梁內(nèi)加勁板與箍筋焊接。（6）柱縱筋遇到梁筋搭筋板時，可選擇在搭筋板上開槽，讓柱縱筋穿過。（7）梁柱鋼筋保護(hù)層的設(shè)計要考慮箍筋直徑，一般來說，保護(hù)層厚度要比箍筋直徑大20毫米。（8）梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)排筋時，要遵循重要性原則。最重要的是懸挑梁的有效截面尺寸，其次是勁性框架梁有效截面尺寸、混凝土框架梁有效截面尺寸。更為重要的尺寸，要優(yōu)先考慮、優(yōu)先安排。（9）當(dāng)鋼筋遇到圓形鋼管柱時，可選擇繞過鋼骨，如無法繞過，需將梁筋上筋上排和下筋下排，用搭筋板與鋼骨焊接在一起。（10）型鋼柱遇到無梁樓板時，可利用連接板將鋼柱與鋼筋焊接在一起。

四、勁性混凝土施工存在的技術(shù)問題及節(jié)點(diǎn)優(yōu)化施工技術(shù)

1.鋼柱焊接收縮變形

勁性混凝土施工涉及到混凝土與鋼材兩種材料。兩種材料之間存在較大的彈性模量差異。隨著建筑結(jié)構(gòu)的升高，兩者之間會出現(xiàn)壓縮變形。建筑結(jié)構(gòu)不斷變化，混凝土與鋼柱結(jié)構(gòu)之間的變形量，就在不斷增大。同時，混凝土材料自身存在著干縮變形、鋼柱存在著焊接變形，這更加劇了兩者之間產(chǎn)生的變形問題，會影響建筑結(jié)構(gòu)的安全及建筑的使用功能。因此，勁性混凝土鋼柱焊接收縮變形問題，是最為主要的節(jié)點(diǎn)問題，需要采用BIM技術(shù)，模擬施工過程，對鋼柱壓縮焊接收縮的變形值，進(jìn)行深化考慮。計算需要協(xié)調(diào)的壓縮及焊接收縮變形值，在施工過程中，進(jìn)一步對變形值進(jìn)行校核，通過計算結(jié)果及偏差校核，確定變形協(xié)調(diào)措施，對施工的鋼柱進(jìn)行變形量的調(diào)整。模擬計算內(nèi)容，包含焊接變形值以及需要協(xié)調(diào)的壓縮量，重點(diǎn)考慮在勁性混凝土結(jié)構(gòu)焊接過程中，涉及的設(shè)計變形值。此外，要對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ANSYS制作模擬。通過軟件模擬，對節(jié)點(diǎn)的制作結(jié)果進(jìn)行分析、調(diào)整。調(diào)整需要參考，建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，對鋼結(jié)構(gòu)施工涉及的鋼柱及鋼梁焊接收縮進(jìn)行預(yù)防。注意焊接變形涉及的大位移、應(yīng)力鋼化以及大應(yīng)變。針對單位選擇、單位形狀、網(wǎng)格密度、荷載以及邊界條件，引入臨界公式，進(jìn)行變形計算，最終獲得變形量的分析判斷結(jié)果，據(jù)此完成預(yù)調(diào)整過程。

2.型鋼柱與鋼筋之間的處理

針對型鋼柱與鋼筋之間的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需要完成深化設(shè)計，一方面要滿足現(xiàn)場施工的實際需要，另一方面要逐一的對鋼筋與型鋼柱的連接點(diǎn)進(jìn)行檢查，并完成鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋排布位置的現(xiàn)場放樣。只有對節(jié)點(diǎn)復(fù)雜位置1:1的放樣，才能夠完善節(jié)點(diǎn)的檢查與審核，針對可能出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)問題，進(jìn)行細(xì)化的分析與處理。

2.1 箍筋形式的改變

以柱結(jié)構(gòu)為例，每一個柱子，都需要設(shè)置箍筋，箍筋穿過腹板，穩(wěn)定整個柱結(jié)構(gòu)。這就涉及到兩個問題：一是，箍筋穿過腹板時需要斷開，一分為二；二是每根柱子累積的焊接箍筋量，是十分巨大的。這種箍筋形式。既不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又導(dǎo)致工程量的增加。由此，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，可將原有的箍筋形式進(jìn)行改變。將非節(jié)點(diǎn)區(qū)域的閉合箍筋，調(diào)整為兩根單支箍筋，單支箍筋穿過腹板后，再進(jìn)行焊接，能夠在保證施工質(zhì)量的同時，降低施工難度，減少焊接工程量。

2.2 鋼筋接駁器與搭筋牛腿配合使用

勁性混凝土建筑結(jié)構(gòu)在柱底部剪力較大，因此，梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋非常密集。密集的鋼筋，導(dǎo)致穿孔的結(jié)構(gòu)空間非常有限，梁柱均無法直接采用穿孔的形式，從鋼柱的腹板穿過。由此接駁器被廣泛使用。通過直螺紋套筒與鋼柱翼緣板的焊接，接駁器能夠有效的，滿足箱型柱、十字柱與梁主筋的連接需要。同時，接駁器的穩(wěn)定性更高，能夠滿足拉拔實驗要求。配合使用搭筋牛腿在鋼梁與鋼柱連接處，可采用三層的連接方式。鋼梁與鋼柱設(shè)置為三層，上兩層采用接駁器連接，第三層采用搭筋牛腿與搭接板連接。這種連接方式能夠進(jìn)一步提升節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性，有效解決，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)鋼筋交叉密集的問題。

2.3 統(tǒng)一開孔直徑

針對型鋼腹板開孔，要嚴(yán)格按照設(shè)計要求，設(shè)置兩種規(guī)格的統(tǒng)一開孔直徑。依照梁筋直徑，對開孔直徑進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)梁筋直徑超過32毫米時，設(shè)置型鋼腹板開孔直徑45毫米；當(dāng)梁筋直徑小于32毫米時，設(shè)置型鋼腹板開孔直徑為35毫米。開孔直徑的統(tǒng)一，有助于減少差錯，避免鋼筋種類繁多，造成施工差異、影響施工效率。

3.型鋼柱混凝土澆筑問題

型鋼柱澆筑的過程中，要在第一節(jié)澆筑與制作平面接觸時，留50毫米左右的間隙。在鋼柱腳底鋼板處開4個小洞，將無收縮灌漿料從間隙的一層，逐步灌入間隙的側(cè)面，采用模板進(jìn)行格擋。注意澆注的連貫性?；炷翝仓螅捎盟芰媳∧みM(jìn)行覆蓋，對混凝土灌漿進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。針對外框柱及核心筒中的鋼結(jié)構(gòu)，可采用自密實混凝土澆筑，既保證混凝土的質(zhì)量，又避免普通混凝土澆筑難度較大的問題。針對剪力墻鋼梁及暗柱之間的鋼結(jié)構(gòu)，混凝土振搗棒無法正常振搗澆筑，可采用彎錨入墻措施，促使振搗棒進(jìn)入，完成振搗。此外，可增大加勁板上的開孔直徑，以便振搗棒能夠進(jìn)入到箱型柱內(nèi)，完成振搗，提高混凝土密實度。

結(jié)語：勁性混凝土施工技術(shù)具有成本低、工期短、可塑性好、穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高等特性，但施工結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)控制難度大。因此，完善勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化施工技術(shù)，至關(guān)重要。通過勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)施工有效控制，確保施工安全，提升施工質(zhì)量。勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，要考慮鋼柱焊接收縮變形型、鋼柱與鋼筋之間的處理，同時注意型鋼柱混凝土澆筑問題，把握節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計原則。通過計算機(jī)模擬、箍筋形式改變、鋼筋接駁器與搭筋牛腿配合使用、統(tǒng)一開孔直徑、混凝土澆筑優(yōu)化等措施，能夠進(jìn)一步提升勁性混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量。