型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量控制

張寧

0 引言

在建筑施工過(guò)程中，混凝土施工環(huán)節(jié)是一項(xiàng)不容忽視的重要內(nèi)容，混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量對(duì)于建筑物的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、安全性等方面有著很大的影響，在一定程度上關(guān)系到廣大人民群眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。學(xué)者林瑤[1]認(rèn)為，梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量的控制在型鋼混凝土施工中占據(jù)重要位置，但是具體的控制方法并不是統(tǒng)一的，需要結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行；學(xué)者崔壯壯[2]認(rèn)為，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)位置和鋼筋形式比較繁瑣，所以交叉作業(yè)難度較大；學(xué)者王大偉[3]認(rèn)為，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要堅(jiān)持“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則。目前國(guó)內(nèi)在這一方面的研究不在少數(shù)，但是在具體的實(shí)施方法上依然不夠完善，容易遇到各種各樣的困難和問(wèn)題，有必要進(jìn)行深入探討和研究。

1 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的介紹

1.1 梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求

在混凝土組合結(jié)構(gòu)中有很多不同的形式，按照“柱”的類(lèi)型分類(lèi)，可以將其分為鋼筋混凝土柱、核心型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱以及配芯筋混凝土柱等幾種不同的形式；按照“梁”的不同分類(lèi)，可以將其分為型鋼混凝土梁、鋼筋混凝土梁以及型鋼梁等幾種類(lèi)型。此外，作為連接“柱”和“梁”的關(guān)鍵媒介，梁柱節(jié)點(diǎn)的形式是多種多樣的，且在具體構(gòu)造上容易受到材料、工藝等不同因素的影響。

型鋼混凝土屬于混凝土組合結(jié)構(gòu)中的一種特殊類(lèi)型，對(duì)于這種混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅要關(guān)注其承載力，也要做好對(duì)于整體構(gòu)造的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，尤其是一些高層建筑，需要始終堅(jiān)持“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則，還要綜合考慮項(xiàng)目的具體施工情況、施工設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)規(guī)章制度，注意業(yè)主的一些特殊要求。

1.2 梁柱節(jié)點(diǎn)形式

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造通常要保證構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確，且能夠?yàn)楹罄m(xù)施工提供方便。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱連接的形式主要包括“鋼筋混凝土梁和型鋼混凝土柱連接”“型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱連接”“型鋼混凝土梁和鋼筋混凝土柱連接”三種不同的類(lèi)型。在本文的研究中主要探討型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱的節(jié)點(diǎn)。

1.3 節(jié)點(diǎn)一般構(gòu)造

在型鋼混凝土“柱”與各種“梁”連接的過(guò)程中，通常會(huì)使用柱鋼骨貫通型，關(guān)于柱內(nèi)型鋼芯柱截面形狀的選擇和應(yīng)用要充分考慮“梁”是否能夠方便貫穿鋼筋節(jié)點(diǎn)區(qū)域，避免出現(xiàn)梁縱筋貫穿型鋼芯柱翼緣的問(wèn)題，同時(shí)要適當(dāng)減少梁縱筋貫穿型鋼腹板的數(shù)量，防止柱形鋼腹板在開(kāi)孔時(shí)造成較大的截面損失率，需要將截面損失率控制在25%以?xún)?nèi)，一旦超出這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)操作。柱內(nèi)型鋼和梁內(nèi)型鋼節(jié)點(diǎn)的連接要應(yīng)用剛性連接，連接過(guò)程中需要將二者的上下翼緣處對(duì)應(yīng)好，厚度要控制在12mm以上，和梁端型鋼翼緣的厚度保持相同，并在角部設(shè)置相應(yīng)的排氣孔，方便混凝土的澆筑操作。

1.4 型鋼連接方式

施工現(xiàn)場(chǎng)常用的梁柱型鋼連接方式主要分為栓焊混合連接和全螺栓連接。栓焊混合連接是應(yīng)用全熔透焊縫連接把梁鋼骨翼緣和柱鋼骨翼緣連接在一起，然后應(yīng)用摩擦型高強(qiáng)度螺栓將焊在柱鋼骨翼緣上的豎版和梁鋼骨腹板連接起來(lái)，目前在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。全螺栓連接法目前在日本地區(qū)應(yīng)用比較多，具體操作過(guò)程中，首先需要將懸臂梁段焊接到柱鋼骨翼緣上，然后應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓將懸臂梁段和梁鋼骨進(jìn)行連接[4]。

2 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能以及其影響因素

相關(guān)調(diào)查研究顯示，在建筑施工過(guò)程中，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)連接操作受力性能會(huì)受到很多因素的影響，具體主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 抗剪承載力

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)中，抗力因素影響較大。同時(shí)，核心區(qū)的混凝土?xí)艿揭砭壙虻募s束，在一定程度上增加了型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)位置的烈度和極限承載力，這些性能參數(shù)相對(duì)明顯高于普通混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)。所以，節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力問(wèn)題通常情況下會(huì)受到軸壓比、型鋼腹板、型鋼含鋼率、型鋼形式、箍筋位置配筋率、混凝土強(qiáng)度等因素的影響。

2.2 延性及耗能

在研究節(jié)點(diǎn)荷載的相關(guān)試驗(yàn)曲線(xiàn)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的耗能和延性明顯優(yōu)于鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)。通常情況下，鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的承載力上升到一定的點(diǎn)后，會(huì)出現(xiàn)急劇下降的情況，但型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)不同，在塑化作用的影響下，當(dāng)其承載力達(dá)到極限值后，下降的速度會(huì)變得十分緩慢，能夠形成一個(gè)比較豐滿(mǎn)的滯回環(huán)。所以，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的延性與耗能主要受到軸壓比、含鋼率、配箍率和節(jié)點(diǎn)形式等因素的影響。

2.3 核心區(qū)剛度退化以及剪切變形

通過(guò)分析相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果可以得知，依照（GB50010-2010）《混凝士結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》配有最小配箍量的型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)和普通混凝土節(jié)點(diǎn)處于一個(gè)相同條件下，剛度退化速度較慢，剪切變形問(wèn)題明顯較輕[5]。以此可以得知，核心區(qū)約束程度、節(jié)點(diǎn)內(nèi)梁的錨固情況是影響型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)剪切變形問(wèn)題和核心區(qū)剛度退化問(wèn)題的主要因素。

3 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量控制

以某高校圖書(shū)館為例，其主樓平面呈碗狀圓弧形，由內(nèi)至外分別為A軸（半徑14m）、1/A軸（半徑17.2m）、B軸（半徑22.184m）、D軸（半徑25.6m）、F軸（半徑31.1m）和G軸（半徑34m）[6]。其中混凝土組合結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，鋼柱的截面型式為雙翼緣十字柱，鋼梁、橫梁、聯(lián)系梁均為H型鋼。在具體施工過(guò)程中，要想從根本上保證型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量，施工隊(duì)伍必須結(jié)合實(shí)際情況做好多方面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，采取針對(duì)性的方法和手段加強(qiáng)對(duì)于每一個(gè)施工環(huán)節(jié)的管理和控制，施工過(guò)程中具體可實(shí)施的策略如下。

3.1 梁柱節(jié)點(diǎn)處理方法

對(duì)于混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的處理，主要采用“柱筋通，梁筋斷”的方式，主梁中型鋼與柱中型鋼的十字型雙翼相互連接，梁的鋼筋貫穿梁柱連接節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用連接板焊接于鋼柱的鋼筋相貫位置。通過(guò)將鋼筋和連接板焊接在一起，實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳力的效果。

在該項(xiàng)目具體施工過(guò)程中，型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量會(huì)受到很多因素的影響，屬于一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工程。要想在施工過(guò)程中更好地保證型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，施工技術(shù)人員必須予以高度重視，并結(jié)合實(shí)際情況應(yīng)用針對(duì)性的措施加以監(jiān)督和控制。

3.2 加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制

在項(xiàng)目施工過(guò)程中，要加強(qiáng)施工材料的質(zhì)量控制。過(guò)程中需要用到的主要施工材料有栓釘、鋼板、混凝土、鋼筋、套筒等，要確保所有材料均有檢測(cè)合格證明，如果材料性能復(fù)試檢測(cè)不合格則不能投入使用[7]。與此同時(shí)，還要對(duì)鋼構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收和出廠檢查等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保鋼構(gòu)件的焊接質(zhì)量和外觀狀態(tài)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且符合進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收和出廠檢查的要求，否則立即退貨處理或不予出廠。

3.3 做好施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

利用全站儀完成精準(zhǔn)測(cè)量和放樣操作，明確設(shè)定圖紙上的型鋼構(gòu)件坐標(biāo)點(diǎn)，并構(gòu)建一個(gè)完整的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)。在應(yīng)用鋼尺測(cè)量位置點(diǎn)時(shí)需要用水準(zhǔn)儀進(jìn)行輔助測(cè)量，保證鋼尺兩端處于一個(gè)水平的狀態(tài)，在拉尺的過(guò)程中要保證用力均勻，先后來(lái)回拉尺兩次，然后將混凝土柱等周邊構(gòu)件高度標(biāo)明，在吊運(yùn)構(gòu)件時(shí)用鋼卷尺直接從該點(diǎn)向上測(cè)量，并使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返測(cè)量，然后做好基準(zhǔn)標(biāo)高校核。除此之外，對(duì)于垂直度的測(cè)量，技術(shù)人員需要用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測(cè)，并參照型鋼棱角來(lái)控制垂直度。

3.4 安裝型鋼構(gòu)件

對(duì)型鋼梁、柱等構(gòu)件進(jìn)行分件吊裝，安裝完成后要對(duì)其位置進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和矯正，并加以固定，確保安裝完的鋼構(gòu)件彼此之間可以形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的空間體系。在吊裝過(guò)程中，需要在鋼構(gòu)件起吊和就位處鋪設(shè)相應(yīng)的木板，起到保護(hù)構(gòu)件邊角的作用，避免構(gòu)件受到外力撞擊導(dǎo)致破壞；當(dāng)鋼構(gòu)件達(dá)到就位處上方200mm位置時(shí)，先暫停吊裝，使其處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這一過(guò)程注意小心操作，避免出現(xiàn)任何磕碰問(wèn)題，在降落到相應(yīng)的位置后，對(duì)其標(biāo)高、垂直度和軸線(xiàn)位置進(jìn)行及時(shí)調(diào)整[8]。完成后用螺栓將其加固，同時(shí)完成臨時(shí)構(gòu)件的安裝和固定；在用螺栓加固時(shí)，應(yīng)該先用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行初擰，合格后做好相應(yīng)的標(biāo)記，然后按照“先中間，后兩端”的順序依次擰緊螺栓。對(duì)于螺栓出現(xiàn)的偏孔問(wèn)題，要及時(shí)應(yīng)用微型砂輪磨光機(jī)或人工銼削進(jìn)行處理和調(diào)整，保證其處于一個(gè)平衡、穩(wěn)定、牢固的狀態(tài)。

3.5 綁扎鋼筋

在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁施工過(guò)程中，關(guān)于鋼筋梁的綁扎操作，首先要明確位置、安裝主筋，然后再套牢箍筋、鋼筋等，確保全面完成準(zhǔn)備工作后再開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)的合模；在連接柱主筋時(shí)，需要貫穿柱外連續(xù)對(duì)鋼筋進(jìn)行連接和綁扎，采取由上向下的方式插入主筋，并與下部接頭連接；隨后按照由內(nèi)到外的順序綁扎鋼筋，先是內(nèi)層鋼筋，然后是外層鋼筋，保證鋼筋綁扎效果。

3.6 搭設(shè)模板

通常情況下，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁截面尺寸較大，需要對(duì)模板支撐體系進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算，明確支撐架體的橫向和縱向間距和梁側(cè)對(duì)拉螺栓的排距，并結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范優(yōu)化其構(gòu)造。通常情況下，對(duì)拉螺栓不能直接貫穿型鋼梁，需要在相關(guān)部門(mén)和單位允許的前提下才能將對(duì)拉螺栓分成兩部分，然后采取對(duì)稱(chēng)焊接的方式將其焊接到型鋼梁腹板上，完成對(duì)于梁模板的固定操作。由于一些型鋼梁的跨度較大，如果沒(méi)有具體的參數(shù)要求，通常情況下需要將起拱高度控制在跨度的1/1000～3/1000。這一過(guò)程中，由于型鋼梁下支撐腳手架容易產(chǎn)生撓度，因此可以將起拱高度適當(dāng)增加。

3.7 梁柱節(jié)點(diǎn)施工

在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)處，梁為鋼筋混凝土梁，鋼為型鋼，因此在實(shí)際施工過(guò)程中節(jié)點(diǎn)處梁縱向受力筋的安裝十分關(guān)鍵。對(duì)此，可以在施工設(shè)計(jì)圖紙中在梁柱節(jié)點(diǎn)處增加焊接牛腿，將一部分梁筋與牛腿焊接在一起，其余梁筋穿過(guò)型鋼。具體技術(shù)措施如下：

在腹板上鉆孔，將型鋼內(nèi)與翼緣板外的梁受力筋從此處穿過(guò)，型鋼之外的梁受力筋正常通過(guò)；對(duì)于此處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二次優(yōu)化處理，結(jié)合縱橫梁筋的排布位置來(lái)確定牛腿的尺寸、標(biāo)高和高度方向，標(biāo)記好腹板需要鉆孔的位置；在加工型鋼的過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行處理，不能在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行其他的加工作業(yè)；對(duì)于鋼構(gòu)件的加工精度予以嚴(yán)格控制，確保其達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，避免給現(xiàn)場(chǎng)的施工操作增加任何的困難和風(fēng)險(xiǎn)，有效減少返工問(wèn)題的出現(xiàn)；除此之外，梁二排筋的焊接過(guò)程中很容易受到外界因素的不良影響，導(dǎo)致出現(xiàn)施工進(jìn)度減慢的問(wèn)題，所以需要做好多方的協(xié)商與溝通，適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。首先將直螺紋套筒焊接在型鋼上，然后再與鋼筋進(jìn)行連接。這一過(guò)程中必須先進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，在試驗(yàn)結(jié)果符合實(shí)際要求后方可展開(kāi)大面積操作，從而更好地保證施工進(jìn)度，提升施工質(zhì)量。

3.8 混凝土施工

在混凝土施工過(guò)程中，關(guān)于混凝土振搗要盡量減少與鋼筋、型鋼、模板之間的碰撞，不能出現(xiàn)過(guò)振和漏振的情況。首先，將振搗棒垂直插入混凝土中，深度控制在50～100mm之間，直到下層尚未初凝的混凝土中；一邊澆筑、一邊振搗，振搗棒快插慢拔，避免出現(xiàn)空洞和分層的情況，確保上層混凝土和下層混凝土互相融合；可以選擇交錯(cuò)排列和行列式排列兩種方式，振搗器的插點(diǎn)排列均勻；在應(yīng)用振搗器時(shí)，要控制好振搗器和模板之間的距離，保持在20cm之上，振搗器插點(diǎn)之間的距離控制在400mm之內(nèi)。

要想進(jìn)一步提升混凝土的澆筑強(qiáng)度，需要確保在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定的耐久性，避免裂縫或者收縮問(wèn)題的出現(xiàn)，同時(shí)重視混凝土后期的養(yǎng)護(hù)工作。除此之外，在拆模的時(shí)候要重視細(xì)節(jié)的把控，確保完成拆模的部分設(shè)計(jì)強(qiáng)度和荷載力能夠滿(mǎn)足相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，而且在具體施工過(guò)程中禁止出現(xiàn)超載使用的情況，以此更好地保證混凝土施工質(zhì)量。

4 結(jié)論

相較于普通混凝土結(jié)構(gòu)，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋鋪設(shè)相對(duì)比較密集，而且由于鋼骨柱的阻礙，為梁柱節(jié)點(diǎn)處的施工造成了較大的困難。對(duì)此，要想在施工過(guò)程中保證型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量，必須做好多方面的優(yōu)化：

（1）首先做好梁柱節(jié)點(diǎn)處理，然后加強(qiáng)施工材料質(zhì)量控制，并做好施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；

（2）隨后進(jìn)行型鋼構(gòu)件安裝、綁扎鋼筋、搭設(shè)模板、梁柱節(jié)點(diǎn)施工、混凝土施工等一系列的施工操作，確保按照一定的順序進(jìn)行。

（3）施工過(guò)程中從材料到工藝，再到具體的施工操作，每一個(gè)細(xì)節(jié)都要做好優(yōu)化與設(shè)計(jì)，加強(qiáng)監(jiān)督與管控。

通過(guò)以上操作，才能強(qiáng)化型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上提升項(xiàng)目工程的經(jīng)濟(jì)效益。