型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工探討

梁明盛

奧意建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 廣東 深圳 518000

引言

隨著我國各種建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)逐漸成為高層（超高層）建筑設(shè)計(jì)中的重要形式，其應(yīng)用也逐漸趨于廣泛。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，也稱為SRC結(jié)構(gòu)，兼具鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：抗震性能優(yōu)良、耐久性佳、梁柱截面較小、抗火性能好等。然而，型鋼混凝土在施工過程中也具有一些難點(diǎn)，如型鋼與結(jié)構(gòu)縱筋、箍筋等的連接方式較為復(fù)雜，通常有焊接、繞接、搭接等多種處理方式，有時(shí)還需要在型鋼構(gòu)件上打孔穿出之后焊接等，這給施工造成了一定的難度。因此，靈活運(yùn)用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的相關(guān)技術(shù)就需要在設(shè)計(jì)和施工中把握好重點(diǎn)和難點(diǎn)、同時(shí)熟悉型鋼混凝土梁柱施工工藝并控制好施工質(zhì)量。

1 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

相比于鋼筋混凝土，具有的優(yōu)點(diǎn)為：①具有更好的承載力，利用對型鋼應(yīng)用，使得構(gòu)件的強(qiáng)度得到合理提升。②具有更佳的抗震性能，表現(xiàn)出更優(yōu)良的延性；③構(gòu)件截面相對較小，增加建筑使用空間。

相比于鋼結(jié)構(gòu)，具有的優(yōu)點(diǎn)為：①可以在一定程度上縮減鋼材的用量，以保證鋼材的性能為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)50%以上比例的節(jié)省幅度；②構(gòu)件穩(wěn)定性更加符合需求，SEC結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了混凝土、型鋼的雙重受力，整體穩(wěn)定性較好，并且局部穩(wěn)定性也同樣超過純鋼結(jié)構(gòu)；③耐火性更強(qiáng)，同時(shí)具有更佳的抗腐蝕水平，針對型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，混凝土可以對鋼材起到相關(guān)的保護(hù)效果，避免腐蝕等問題的出現(xiàn)[1]。

根據(jù)上面的分析，不管是從構(gòu)件的性能角度分析，還是在設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性等方面的考慮，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)都具備明顯的優(yōu)勢，在高層建筑中特別適用，尤其是對于抗震性能需求較高的條件下尤其適用。

2 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)

不同型鋼混凝土構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中會(huì)有連接節(jié)點(diǎn)，基于“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，這些節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量是保障結(jié)構(gòu)安全可靠的重點(diǎn)。

型鋼混凝土梁、柱節(jié)點(diǎn)，一般會(huì)在鋼骨剪力墻的邊緣構(gòu)件中，或者鋼骨柱中見到。對比一般的鋼筋混凝土工程施工來說，型鋼混凝土工程的施工順序和工序更復(fù)雜，難度更大，對施工的要求更高。既涵蓋鋼構(gòu)件的安裝工程，也涵蓋混凝土結(jié)構(gòu)的模板、鋼筋、現(xiàn)澆等分項(xiàng)工程。如果節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不到位、施工出錯(cuò)，很可能出現(xiàn)梁、柱鋼筋連接不滿足規(guī)范要求的情況。重新施工既增加了成本，又延長了施工周期，拖慢工程進(jìn)度。因此在施工中，準(zhǔn)確定位SRC柱鋼骨位置，把控鋼柱安裝精度，梁、柱鋼筋之間的連接和錨固要求，是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵，也是施工過程中的重點(diǎn)難點(diǎn)[2]。

3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、深化加工

3.1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求

3.1.1 牛腿腹板均需插入套筒內(nèi)，與套筒單面坡口熔透焊接。一側(cè)相對的牛腿腹板宜貫通，另一側(cè)牛腿腹板通過端部T板錨固于套筒內(nèi)。腹板上下，一側(cè)與隔板坡口熔透焊接，另一側(cè)在隔板上開槽穿過并采用單面開坡口焊接。

3.1.2 鋼套筒內(nèi)隔板均貫通，且需與牛腿上下翼緣平齊，避免牛腿翼緣直接撕扯鋼套筒壁。套筒壁板與隔板為T形單面坡口焊縫。

3.1.3 水平隔板上澆筑孔、透氣孔的孔徑大小及定位需在確保結(jié)構(gòu)受力安全的條件下，充分考慮現(xiàn)場施工，避免無法澆筑混凝土或混凝土成形后分塊。

3.2 深化加工要求

3.2.1 深化設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖對鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行完善。分析焊接應(yīng)力及結(jié)構(gòu)變形，提出結(jié)構(gòu)預(yù)變形的處理措施；注明構(gòu)件編號、定位尺寸、質(zhì)量等信息；要有能反映出工程整體三維關(guān)系、主要控制坐標(biāo)等的宏觀信息，以利于安裝時(shí)測量控制。

3.2.2 加工制作時(shí)，在下料制孔、裝配控制、構(gòu)件矯正、成品檢測等環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程跟蹤檢查控制。

3.2.3 焊縫交叉重合易造成應(yīng)力集中，影響焊接質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全，因此在深化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意每條焊縫的位置、施焊空間，并在構(gòu)造上予以處理，盡量避免焊縫交叉重合。

4 型鋼-混凝土組合梁柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

4.1 方案優(yōu)化

4.1.1 在梁、柱的縱向受力鋼筋與型鋼結(jié)構(gòu)連接位置處，利用鋼筋直螺紋套筒的可焊性與型鋼結(jié)構(gòu)焊接固定，并相應(yīng)增設(shè)加勁板加強(qiáng)型鋼結(jié)構(gòu)。

4.1.2 型鋼結(jié)構(gòu)上的鋼筋直螺紋套筒、加勁板，按照深化后的施工圖在工廠定位安裝、焊接，確保焊接質(zhì)量和鋼筋直螺紋套筒的定位精度。

4.1.3 按照深化后的施工圖對型鋼結(jié)構(gòu)的尺寸、安裝施工進(jìn)行精確控制，保證梁、柱的縱向受力鋼筋的順利安裝連接。

4.1.4 具體連接方式如下：設(shè)計(jì)時(shí)需考慮柱內(nèi)鋼骨占位，合理選用鋼筋直徑和數(shù)量。

對于鋼骨柱截面較小，梁寬較大、鋼筋計(jì)算數(shù)量不大的情況，可以讓梁主筋全部繞鋼骨柱兩側(cè)通過，這種布置形式與常規(guī)鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)做法大致一樣。

對于鋼骨柱截面較大，梁寬較小，鋼筋計(jì)算數(shù)量較大的情況，鋼筋往往太密以致大部分無法繞過鋼骨，滿足不了錨固要求。此時(shí)也有不同的應(yīng)對措施：

4.1.4.1 增大梁截面，降低配筋值。

4.1.4.2 不允許增大梁截面時(shí)，可以選用大直徑鋼筋，減少鋼筋條數(shù)，或者采用雙排、三排放置，條件允許情況梁端采用加腋方式，讓鋼筋大部分能避開鋼骨，滿足錨固要求。

4.1.4.3 無法繞開鋼骨柱的鋼筋，一般是梁寬中部的幾根鋼筋，可以在鋼骨柱側(cè)面增加搭接板牛腿，梁主筋與搭接板牛腿焊接，見圖1。此外牛腿腹板需開孔，大小根據(jù)另一垂直方向的縱筋放樣確定，盡量考慮施工方便，開孔需考慮梁二排主筋垂直交叉標(biāo)高錯(cuò)開。

圖1 砼梁與鋼骨柱連接做法

4.1.4.4 也可以在鋼骨柱側(cè)面增設(shè)套筒，與梁主筋進(jìn)行套筒連接。

4.1.4.5 若現(xiàn)場鋼筋安裝過程中局部出現(xiàn)連接套筒失效情況，解決方案：把失效套筒割掉后補(bǔ)焊搭接板處理。

4.2 鋼筋連接套筒

該方法主要是在鋼骨柱翼緣板上，利用連接套筒連接梁主筋的一種方式。采取此種連接方式時(shí)，套筒的鋼材強(qiáng)度務(wù)必符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，通常采取低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)當(dāng)高于Q345B?？刹扇〗墙臃绞剑附犹淄埠弯摴侵砭?，再結(jié)合部分熔透組合焊縫，還應(yīng)當(dāng)符合套筒的強(qiáng)度要求等。采取此種連接，不但可以實(shí)現(xiàn)成本的縮減，增加施工效率，還可以避免用鋼量提升和削弱鋼骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度過重的問題。當(dāng)梁兩端都是鋼骨柱時(shí)，都屬于螺紋連接，應(yīng)當(dāng)精確控制鋼筋的下料長度，在中間位置斷開梁主筋，通過正反絲扣套筒連接。并且，鋼筋連接套筒和鋼骨柱之間應(yīng)當(dāng)采取合理的焊接強(qiáng)度，必要時(shí)實(shí)施探傷檢測試驗(yàn)。

4.3 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度的控制

鋼筋與型鋼柱中的縱筋綁扎應(yīng)保證處于垂直狀態(tài)，柱縱筋和箍筋的彎鉤直接綁扎在一起，呈現(xiàn)出交叉錯(cuò)開的形狀。型鋼柱的鋼筋保護(hù)層厚度，需滿足設(shè)計(jì)要求，施工時(shí)采用保護(hù)層的墊塊厚度來確定保護(hù)層厚度。確保兩者厚度一致。對于主筋的規(guī)格來說，還需要根據(jù)墊層的尺寸和墊塊的材料強(qiáng)度來確定。

4.4 型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)抗剪措施

梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)同時(shí)承受著水平向和豎向的彎矩與剪力，受力復(fù)雜，對抗剪承載力要求較高。節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁、柱箍筋一般按加密設(shè)計(jì)，但往往由于鋼骨占位，柱中箍筋和拉筋無法采用一般的井字復(fù)核箍布置形式。此時(shí)可以采用八字箍形式來布置，箍筋適當(dāng)采用較大直徑鋼筋。但較大直徑箍筋不便施工現(xiàn)場彎折，有時(shí)可以在節(jié)點(diǎn)區(qū)采用鋼板環(huán)帶方式來代替箍筋，以滿足抗剪要求。

4.5 型鋼混凝土梁鋼筋錨固優(yōu)化

型鋼混凝土梁中同排鋼筋應(yīng)按照按一端套筒連接錨固，一端與連接板焊接進(jìn)行錨固，若型鋼混凝土梁為斜梁，則型鋼混凝土梁兩側(cè)鋼筋與型鋼柱連接均采用與連接板焊接錨固。套筒布置時(shí)應(yīng)滿足以下要求。①套筒凈間距不小于套筒直徑；②套筒外表面與型鋼柱翼緣應(yīng)有有效的接觸面積，以保證焊縫質(zhì)量。

若型鋼混凝土梁內(nèi)縱筋穿型鋼柱腹板，腹板處應(yīng)開孔，開孔大小為鋼筋直徑+8mm，若型鋼混凝土梁內(nèi)縱筋與型鋼柱腹板發(fā)生干涉碰撞，無法開孔，則腹板一側(cè)用套筒連接。同一根梁上下排鋼筋牛腿與套筒應(yīng)錯(cuò)向布置。套筒外徑與牛腿板上表面的凈間距應(yīng)不小于D（D為套筒外徑）；若按此方案布置鋼筋后鋼筋與型鋼梁空間位置有干涉，微調(diào)鋼梁空間高度位置，上下調(diào)整距離為0mm～50mm。牛腿板長度L=5d+30mm（鋼筋與連接板雙面焊時(shí)應(yīng)滿足焊縫長度為5d，考慮到連接板與鋼柱的焊腳尺寸及鋼筋現(xiàn)場下料誤差，預(yù)留30mm間隙，方便現(xiàn)場安裝施工），厚度為D=d+4mm，外框柱牛腿寬度按照勁性結(jié)構(gòu)混凝土梁寬-40mm，核心筒牛腿寬度按型鋼柱翼緣寬度設(shè)置，外框柱牛腿與縱筋碰撞的在牛腿豎向開槽，開槽位置緊貼型鋼梁邊，型鋼混凝土柱縱筋外徑距混凝土邊距離為混凝土保護(hù)層厚度，開槽大小為型鋼柱對應(yīng)縱筋直徑d+12mm[3]。

5 結(jié)束語

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力強(qiáng)、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，可滿足大跨度、超高層建筑的承載要求。在實(shí)施型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的過程中，把握節(jié)點(diǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)深度和控制施工質(zhì)量是重點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)處型鋼、鋼筋、混凝土三部分處理得當(dāng)十分必要。