超高層結(jié)構(gòu)型鋼混凝土復(fù)雜節(jié)點(diǎn)高效施工技術(shù)

張良 劉洋 雷導(dǎo)航

[摘? 要]：文章結(jié)合深圳市某部分框支-剪力墻超高層結(jié)構(gòu)工程實(shí)例，圍繞如何提高結(jié)構(gòu)中型鋼混凝土復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位的施工效率和質(zhì)量，應(yīng)用了BIM三維建模的融合設(shè)計(jì)方法，對(duì)節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行模擬施工?；诖?，采用全工廠化預(yù)制的方式，制作了節(jié)點(diǎn)型鋼部件?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，提出了型鋼焊接T形對(duì)拉螺栓的方式固定模板，混凝土分層連續(xù)澆筑等施工方案和技術(shù)。根據(jù)工程實(shí)踐效果反饋，上述施工技術(shù)的綜合應(yīng)用既保證了施工質(zhì)量，又節(jié)省了工期和成本。

[關(guān)鍵詞]：建筑施工; 型鋼混凝土; 復(fù)雜節(jié)點(diǎn); BIM技術(shù)

TU974A

近年來(lái)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在高層、超高層以及大跨度、大空間建筑中得到了廣泛應(yīng)用。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，型鋼、鋼筋、混凝土三位一體地工作，使型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具備了比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力大、剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)較多，但型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的“梁-柱”“墻-梁”等復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位，存在多向桿件相交、鋼筋穿越腹板、混凝土板面不宜控制標(biāo)高、模板難以固定、混凝土澆筑不易密實(shí)等傳統(tǒng)施工難點(diǎn)[1]。

為更加高效地解決上述技術(shù)難點(diǎn)，本文結(jié)合深圳某部分框支-剪力墻超限高層結(jié)構(gòu)工程實(shí)例，針對(duì)某棟塔樓的地下負(fù)一層至地上轉(zhuǎn)換層間，共計(jì)19個(gè)樓層中的型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)復(fù)雜梁-柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)用了BIM三維建模技術(shù)[2]、構(gòu)件工廠化制作、模板采用套箍或T形對(duì)拉螺栓加固、鋼筋采用預(yù)留穿筋孔、混凝土分層連續(xù)澆筑等施工做法，并針對(duì)性的開(kāi)發(fā)了專用的型鋼構(gòu)件吊裝裝置，經(jīng)施工檢驗(yàn)，取得了較好的效果。

1 工程背景與施工難點(diǎn)

本文工程為深圳市人才安居老坑01-21地塊項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于深圳市坪山區(qū)龍?zhí)锝值酪?guī)劃老坑路以南，松子坑路以北，為超高層裝配式住宅樓項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)形式為部分框支-剪力墻結(jié)構(gòu);總建筑面積250 309.92 m2，其中地上建筑面積183 516.36 m2，地下建筑面積66 793.56 m2。項(xiàng)目地塊采用裙塔布局，由6棟塔樓及相應(yīng)的裙樓（3層）地下室（3層）組成，塔樓建筑高度最高為155.80 m。

其中A棟建筑的地下室負(fù)一層至轉(zhuǎn)換層間，局部采用了型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的型鋼混凝土柱、梁及鋼板混凝土剪力墻等構(gòu)件相交的節(jié)點(diǎn)部位，存在多向構(gòu)件相交，其鋼筋與型鋼連接、鋼筋與鋼筋穿插關(guān)系異常復(fù)雜。同時(shí)，部分節(jié)點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)的框支轉(zhuǎn)換層，又屬于“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)-弱構(gòu)件”的關(guān)鍵部位，其施工質(zhì)量要求遠(yuǎn)高于普通鋼筋混凝土構(gòu)件。工程抗震設(shè)計(jì)要求該類構(gòu)件（節(jié)點(diǎn)）為大震不屈服，因此保證節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，是保障結(jié)構(gòu)整體安全的關(guān)鍵。

大震不屈服的抗震設(shè)計(jì)使得各構(gòu)件內(nèi)鋼筋直徑大、數(shù)量多，節(jié)點(diǎn)區(qū)存在多向型鋼、鋼筋縱橫交錯(cuò)，若采用傳統(tǒng)的施工方法，存在模板難以固定、混凝土澆筑不易密實(shí)等技術(shù)難題[3]。

2 解決思路

為解決傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)存在的上述技術(shù)難題，同時(shí)為了提高該類復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位的施工效率，保障施工質(zhì)量，需要在傳統(tǒng)的施工技術(shù)基礎(chǔ)上加以專門研究。解決問(wèn)題的主要思路在深化設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性的特點(diǎn)[4]，對(duì)型鋼安裝、鋼筋安裝進(jìn)行模擬施工，提前解決節(jié)點(diǎn)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)施工中可能發(fā)生的碰撞、補(bǔ)開(kāi)孔等問(wèn)題[5]。模板的加固采用在腹板兩側(cè)焊接T型螺栓對(duì)拉，解決了腹板區(qū)域模板對(duì)拉螺栓的問(wèn)題，且可平衡腹板兩側(cè)受力，保證了型鋼構(gòu)件的水平穩(wěn)定性不受影響;混凝土澆筑中，在柱頂加勁板上設(shè)置澆筑孔與排氣孔共用，使用小型振動(dòng)棒、加密振搗等方式可保證柱頂加勁板下部區(qū)域混凝土澆筑飽滿、振搗密實(shí)。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

基于上述解決思路，設(shè)計(jì)了針對(duì)性的施工工藝流程，如圖1所示。

3.2 施工操作要點(diǎn)

以型鋼梁-柱節(jié)點(diǎn)的施工為例，來(lái)說(shuō)明上述施工工藝流程的相應(yīng)施工操作要點(diǎn)。

3.2.1 深化設(shè)計(jì)

通過(guò)應(yīng)用BIM三維建模技術(shù)，將土建配筋模型與型鋼模型進(jìn)行融合（圖2），按規(guī)范及施工要求進(jìn)行檢查，優(yōu)化鋼筋排布，明確型鋼穿筋孔、澆筑孔、排氣孔等孔洞的尺寸及位置，生成下料圖，指導(dǎo)鋼構(gòu)件加工和現(xiàn)場(chǎng)施工[6]。

在節(jié)點(diǎn)深化時(shí)，鋼筋應(yīng)盡量避開(kāi)型鋼，當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)可在型鋼上預(yù)留穿筋孔，且應(yīng)避開(kāi)翼緣板，在腹板截面損失率小于25%的前提下穿過(guò)腹板[7]。根據(jù)優(yōu)化后配筋圖，鋼構(gòu)件加工時(shí)預(yù)先開(kāi)孔;為保證鋼筋順利穿過(guò)，穿筋孔直徑要比實(shí)際鋼筋直徑大6～10 mm。鋼梁與柱牛腿間的連接，通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行模擬拼裝，使連接板與牛腿腹板、鋼梁腹板開(kāi)孔吻合，避免現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)孔位錯(cuò)亂導(dǎo)致無(wú)法正常連接。

3.2.2 型鋼加工

型鋼構(gòu)件采用工廠內(nèi)集中制作，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及二次深化圖紙，按1∶1比例翻樣后下料。鋼柱必須根據(jù)深化圖紙畫(huà)出準(zhǔn)確的鋼筋穿孔定位，鋼梁、柱牛腿準(zhǔn)確加工螺栓孔位。需要注意的是，施工深化設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并在施工圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行，深化設(shè)計(jì)圖完成后，還需要會(huì)同設(shè)計(jì)單位進(jìn)行二次復(fù)核，保證不削弱原有的設(shè)計(jì)。

3.2.3 地腳螺栓預(yù)埋

節(jié)點(diǎn)部位的地腳螺栓安裝精度直接關(guān)系到整個(gè)型鋼構(gòu)件安裝的精度，是型鋼構(gòu)件安裝的關(guān)鍵一步;為保證安裝精度，根據(jù)相關(guān)研究和工程經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)根據(jù)軸線控制點(diǎn)及標(biāo)高控制點(diǎn)測(cè)放出每一個(gè)埋件的中心十字交叉線和至少2個(gè)標(biāo)高控制點(diǎn)[8]。同時(shí)，還應(yīng)將每一根柱下的地腳螺栓用定位鋼板制作成一個(gè)整體框架（錨入下層部分選用設(shè)置箍筋）;在下層柱筋綁扎完、梁面主筋綁扎前將定位框架進(jìn)行整體就位并臨時(shí)固定，然后綁扎梁面主筋。在梁鋼筋綁扎完畢后，對(duì)預(yù)埋螺栓進(jìn)行第二次校正定位，然后與梁柱鋼筋進(jìn)行焊接牢固，如圖3所示。

3.2.4 型鋼柱的安裝

型鋼柱安裝步驟及操作要點(diǎn)可總結(jié)為6步：

（1）鋼柱吊裝前對(duì)地腳螺栓復(fù)核定位、及時(shí)糾偏，合格后方可吊裝。

（2）吊點(diǎn)采用工廠制作時(shí)設(shè)置的專用鋼板制吊耳，每根鋼柱設(shè)置2個(gè)吊耳，直接焊在鋼柱的頂部?jī)蓚?cè)，吊耳頂部距離頂面10 cm[9] 。

（3）柱子起吊前為保證柱子穩(wěn)定性，采用2根Ф14 mm鋼絲繩作為纜風(fēng)繩，分別拴在柱子頂部，作為找正、臨時(shí)固定使用。

（4）型鋼柱吊裝方法采用直吊法，鋼柱起吊時(shí)鋼絲繩固定在起重機(jī)吊鉤上，起重機(jī)收鉤，直到柱身呈直立狀態(tài)，然后將柱身吊離地面50 cm時(shí)停機(jī)檢查吊索吊具是否安全可靠，確認(rèn)無(wú)誤后移到柱上方就位，緩慢下降，對(duì)正位置后，安裝螺栓進(jìn)行固定，并進(jìn)行垂直度復(fù)核，然后取掉鋼絲繩。

（5）采用H60型高強(qiáng)灌漿料對(duì)柱腳空隙部分進(jìn)行灌漿，該灌漿料為自密實(shí)漿料可自行流淌密實(shí)，施工完成后須做好成品保護(hù)。如圖4所示。

（6）型鋼柱每次加節(jié)時(shí)，上、下柱連接采用吊耳加連接板先做臨時(shí)連接，待調(diào)整好垂直度，對(duì)柱對(duì)接處進(jìn)行焊接，待焊縫養(yǎng)護(hù)完成、探傷檢測(cè)合格后割掉連接吊耳。如圖5所示。

3.2.5 梁底模安裝

在鋼梁吊裝前，進(jìn)行模板支撐系統(tǒng)及底模安裝，同時(shí)梁底模也可作為型鋼梁吊裝時(shí)的操作平臺(tái)。模板支撐體系應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、變形等驗(yàn)算，并嚴(yán)格按照方案設(shè)計(jì)要求進(jìn)行搭設(shè)。

3.2.6 型鋼梁的安裝

型鋼梁吊裝時(shí)為保證吊裝安全及提高吊裝速度，由加工廠制作鋼梁時(shí)設(shè)置吊裝孔，作為吊點(diǎn);鋼梁吊裝前，應(yīng)清理鋼梁表面污物，有浮銹的連接板和摩擦面在吊裝前進(jìn)行除銹;吊裝前對(duì)型鋼梁的安放點(diǎn)（柱牛腿）進(jìn)行校正。用塔吊將鋼梁吊運(yùn)至鋼柱的牛腿間，使鋼梁翼緣中心線應(yīng)對(duì)正牛腿中心線，以保證鋼梁軸線位置[10]。將腹板的連接板用臨時(shí)螺栓進(jìn)行臨時(shí)固定，待調(diào)校完畢后，更換為高強(qiáng)度螺栓并按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的初擰及終擰以及鋼梁焊接。如圖6、圖7所示。

3.2.7 鋼筋綁扎

由于柱、梁鋼筋在節(jié)點(diǎn)處是相互交錯(cuò)的，可根據(jù)BIM三維建模分析結(jié)果，確定各種鋼筋穿插先后順序及安裝標(biāo)高，以便更好快速施工。

型鋼梁鋼筋在綁扎前須做好梁底模板的搭設(shè)，然后再按圖紙要求畫(huà)好箍筋的間距，綁扎梁鋼筋并入模就位。主筋穿好箍筋，按已畫(huà)好的間距逐個(gè)分開(kāi)，固定彎起筋和主筋并套好箍筋，然后隔固定間距將梁底主筋與箍筋綁住。彎起筋和負(fù)彎矩鋼筋位置要準(zhǔn)確，梁與柱交接處，梁鋼筋錨入柱內(nèi)長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，梁內(nèi)主筋要按設(shè)計(jì)要求布置。

型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)處，柱箍筋由于受到型鋼梁腹板的影響只能加工成U形開(kāi)口箍，柱箍筋穿過(guò)型鋼梁上預(yù)留的孔洞，然后采用焊接形成閉合箍，焊接需滿足規(guī)范要求（單面焊10d，雙面焊5d）。

3.2.8 模板安裝

柱中型鋼會(huì)影響對(duì)拉螺栓的貫通，為解決上述問(wèn)題采取了兩種特殊的處理方式：

（1）當(dāng)柱截面長(zhǎng)度小于1 200 mm時(shí)，采取槽鋼+普通對(duì)拉螺栓的方式進(jìn)行模板加固，如圖8所示。

（2）當(dāng)柱截面長(zhǎng)度不小于1 200 mm時(shí)，采取在型鋼上焊接T形對(duì)拉螺栓的方式固定模板，如圖9所示。

由于梁模板受型鋼影響，對(duì)拉螺栓同樣不能貫通，也采取在型鋼上焊接T形對(duì)拉螺栓的方式固定模板，如圖10所示。

梁模支柱的設(shè)置，應(yīng)經(jīng)模板設(shè)計(jì)計(jì)算確定;模板支柱縱橫方向的水平桿、剪刀撐等，均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求布置。模板安裝完畢后，應(yīng)使用海綿條對(duì)模板與型鋼接觸部位密封，防止混凝土澆筑過(guò)程中漏漿。

3.2.9 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎過(guò)程中提前做好澆筑點(diǎn)標(biāo)記，避免漏振;節(jié)點(diǎn)區(qū)域采用型鋼上預(yù)留的澆筑孔進(jìn)行澆筑，澆筑孔同時(shí)起到排氣的作用，如圖11所示。澆筑過(guò)程應(yīng)使用小振動(dòng)棒進(jìn)行振搗、加密振搗點(diǎn)，確保混凝土澆筑質(zhì)量。

混凝土采用分層振搗，振動(dòng)棒前端插入前一層混凝土中，出入深度不應(yīng)小于500 mm;振動(dòng)棒應(yīng)垂直于混凝土表面并快插慢拔均勻振搗;當(dāng)混凝土表面無(wú)明顯缺陷、有水泥漿出現(xiàn)、不再冒氣泡時(shí)，應(yīng)結(jié)束該部位振搗。振搗棒不得觸及模板鋼筋，澆筑時(shí)應(yīng)設(shè)專人看護(hù)，觀察模板鋼筋有無(wú)位移、變形，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

澆筑型鋼梁混凝土?xí)r，工字鋼梁下翼緣板以下混凝土應(yīng)從鋼梁一側(cè)下料;待混凝土高度超過(guò)鋼梁下翼緣板100 mm以上時(shí)，改為從梁的兩側(cè)同時(shí)下料、振搗，待澆至距上翼緣100 mm時(shí)再?gòu)牧嚎缰虚_(kāi)始下料澆筑，從梁的中部開(kāi)始振搗，逐漸向兩端延伸澆筑。

3.2.10 模板拆除

梁底、板底模板根據(jù)同條件試塊混凝土強(qiáng)度報(bào)告，強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后方可拆模;梁板支撐屬高支模區(qū)域，需強(qiáng)度達(dá)到100%后才能拆除。T形對(duì)拉螺桿采用角磨機(jī)割除，待柱面、梁側(cè)打磨后，采用專用砂漿抹平及防銹。

3.2.11 混凝土養(yǎng)護(hù)

板面及墻柱混凝土采用灑水養(yǎng)護(hù)，底部加強(qiáng)區(qū)域型鋼混凝土結(jié)構(gòu)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)小于14天。

4 施工質(zhì)量保證措施

4.1 鋼構(gòu)件加工及安裝

（1）施工所用的型鋼、鋼板、鋼管、鋼筋、鋼筋連接套筒、焊接填充材料、連接與緊固標(biāo)準(zhǔn)件等材料的選用應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件的要求和國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)具有廠家出具的質(zhì)量證明書(shū)、中文標(biāo)志及檢驗(yàn)報(bào)告、抽樣復(fù)檢試驗(yàn)報(bào)告。

（2）鋼構(gòu)件需經(jīng)鋼結(jié)構(gòu)制作工廠驗(yàn)收合格，并應(yīng)出具出廠合格證、構(gòu)件清單后方可進(jìn)場(chǎng)。

（3）鋼構(gòu)件運(yùn)輸?shù)桨惭b工地后，安裝單位應(yīng)組織進(jìn)行構(gòu)件變形、損傷等觀感質(zhì)量及構(gòu)件標(biāo)識(shí)、主要尺寸等復(fù)核驗(yàn)收。當(dāng)有變形和損傷，應(yīng)矯正和修復(fù)合格后方可進(jìn)行安裝。

4.2 鋼筋加工及安裝

（1）施工用原材料必須嚴(yán)格按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)全數(shù)檢查驗(yàn)收，包括檢查材料外觀、質(zhì)量證明文件、合格證及檢驗(yàn)報(bào)告等。

（2）鋼筋加工質(zhì)量，應(yīng)檢查受力鋼筋的彎鉤和彎折，箍筋末端彎鉤等彎弧內(nèi)直徑、彎折角度、彎后平直部分長(zhǎng)度、形狀和尺寸。

（3）鋼筋安裝質(zhì)量，應(yīng)檢查受力鋼筋的數(shù)量和直徑，鋼筋間距、搭接長(zhǎng)度等。

（4）U形箍、異形箍在下料時(shí)應(yīng)根據(jù)深化圖按照每套箍筋設(shè)置兩套對(duì)應(yīng)的U形箍、異形箍，安裝時(shí)此類箍筋應(yīng)進(jìn)行對(duì)穿焊接，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)滿足單面焊≥10d，雙面焊≥5d。

4.3 模板安裝、混凝土澆筑

（1）模板安裝質(zhì)量，應(yīng)檢查模板支撐、立柱位置和墊板，避免隔離劑玷污，表面平整度，模板體系穩(wěn)定性等。

（2）混凝土澆筑質(zhì)量，應(yīng)重點(diǎn)檢查混凝土強(qiáng)度、拆模強(qiáng)度、表面平整度、有無(wú)蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷。

（3）混凝土澆筑質(zhì)量控制，混凝土澆筑應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程控制，對(duì)混凝土原材料均勻性，混凝土澆筑時(shí)間、振搗等加強(qiáng)控制。

5 工程實(shí)踐效果

與常規(guī)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工相比，通過(guò)綜合應(yīng)用上述施工工法，進(jìn)行綜合分析對(duì)比后，本文涉及的項(xiàng)目，在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工的經(jīng)濟(jì)效益方面，存在長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于在設(shè)計(jì)、施工全過(guò)程應(yīng)用了BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)部位鋼筋排布問(wèn)題，避免鋼筋與鋼板碰撞打架，各種穿孔精確定位，減小施工難度，減少施工時(shí)間，節(jié)約工期。

（2）型鋼梁柱等構(gòu)件在工廠實(shí)現(xiàn)了數(shù)控精確加工，確保了構(gòu)件的幾何尺寸精確度和開(kāi)孔位置的精度。確保梁柱節(jié)點(diǎn)部位鋼筋能夠準(zhǔn)確快速的穿過(guò)，縮短節(jié)點(diǎn)部位鋼筋施工時(shí)間，節(jié)約工期。

（3）通過(guò)采取T型對(duì)拉螺桿、套箍?jī)煞N方式進(jìn)行模板加固，確保了模板支架的穩(wěn)固，梁柱節(jié)點(diǎn)部位采用分層連續(xù)澆筑，設(shè)置澆筑孔和排氣孔，有效保證了混凝土的澆筑質(zhì)量和澆筑速度，減少澆筑時(shí)間，節(jié)約工期。

（4）經(jīng)過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，綜合對(duì)比類似項(xiàng)目型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工，在應(yīng)用了本施工工法之后，單層結(jié)構(gòu)施工時(shí)間縮短了約1.5天，項(xiàng)目累計(jì)縮短總工期約15天。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了型鋼混凝土復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的高效施工技術(shù)，通過(guò)工程實(shí)踐表明，該施工技術(shù)可保證加強(qiáng)部位復(fù)雜節(jié)點(diǎn)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)質(zhì)量，最大化地提高施工效率，切實(shí)保證了超高層建筑整體結(jié)構(gòu)安全，為以后的超高層建筑加強(qiáng)部位復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工提供了可參考意見(jiàn)。

目前，深圳市乃至全國(guó)高層及超高層建筑正在高速發(fā)展，本文提出的施工方法，適用于高層、超高層以及大跨度、大空間建筑型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部位復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工，為超高層建筑加強(qiáng)部位復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工提供了可參考的意見(jiàn)。

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