型鋼混凝土柱梁節(jié)點(diǎn)中鋼筋的連接方式探析

王 工 周大海 高 剛 楊 碩

（1.北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100055；2.中船重工海鑫工程管理（北京）有限公司，北京 100024）

1 工程概況

東南組團(tuán)三標(biāo)段工程總建筑面積166076m2，分別為167 地塊（平面投影尺寸分別為126m×109.8m）和172 地塊（平面投影尺寸分別為109.2m×109.8m），地下共3 層，采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系，內(nèi)含勁性柱。地下鋼柱共計(jì)326 根，其中14 根插入地下二層底板（-10.540m），其余地下鋼柱均下插至地下一層底板（-6.85m）。

地下鋼柱采用十字柱轉(zhuǎn)箱型柱形式，柱底～-2.29m為焊接十字鋼柱，-2.29m～柱頂為焊接箱型鋼柱。十字柱最大截面為十（650mm×300mm+500mm×200mm）×30mm×50mm，箱型柱最大截面為口650mm×500mm×50mm×50mm，材質(zhì)均為Q355B。勁性鋼梁截面為H600 mm×300mm×20mm×30mm，全部設(shè)置在剪力墻區(qū)域。

2 工程重難點(diǎn)

1.地下部分采用焊接十字型鋼，構(gòu)件截面較小，鋼板厚度相對較大，加工難度較大，柱本身容易發(fā)生變形偏差，導(dǎo)致與梁相交的節(jié)點(diǎn)施工難度加大。

2.絕大多數(shù)鋼柱之間沒有鋼梁連接，在安裝矯正完成后，極易發(fā)生二次變形，造成安裝偏差，加大鋼柱于混凝土結(jié)構(gòu)梁鋼筋的節(jié)點(diǎn)安裝困難。

3.鋼柱和鋼筋的連接節(jié)點(diǎn)精度需要嚴(yán)格要求，否則鋼筋在連接時(shí)可能無法穿過或連接。當(dāng)采用鋼板與鋼筋焊接的施工方法時(shí)，混凝土梁底部鋼筋的安裝焊接空間非常狹小。

4.當(dāng)多根混凝土梁相交于同一柱頭時(shí)致使多根、多層鋼筋相互重疊，十字型鋼柱與鋼筋連接的節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量控制難度大，鋼筋標(biāo)高的控制難度大。

5.本工程工期十分緊張，鋼筋和鋼柱的連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大，且單個(gè)節(jié)點(diǎn)處的鋼筋數(shù)量多，最多時(shí)在截面500mm×1400mm 的混凝土梁內(nèi)面筋和底筋共有30根鋼筋。巨大的工作量和工期的壓力使得在選擇連接方式時(shí)不僅需要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求還要盡可能地施工便捷，如何設(shè)置連接方式即成為重點(diǎn)。

3 鋼筋連接方法的選擇

首先在工程的深化設(shè)計(jì)前，深化設(shè)計(jì)人員需要確定鋼筋和勁性鋼柱的各種連接方式方法，在本工程中鋼筋和勁性鋼柱的連接節(jié)點(diǎn)方式基本分為四種，分別是：

1.采用在結(jié)構(gòu)梁主筋位置焊接鋼板的方法，將混凝土結(jié)構(gòu)梁鋼筋與鋼板進(jìn)行焊接連接。

此方法鋼板的位置需要提前設(shè)計(jì)，并在加工階段直接和鋼柱焊接在一起，既能保證鋼板的焊接質(zhì)量，又能減少現(xiàn)場的工作量。為保證鋼筋的焊接效果，混凝土梁下部縱向鋼筋水平方向的凈間距不應(yīng)小于25mm及1.0d（d 為鋼筋直徑）；上部縱向鋼筋水平方向的鋼筋外邊緣之間的最小距離不應(yīng)小于30mm 及1.5d（d 為鋼筋直徑）。當(dāng)混凝土梁的下部縱向鋼筋配置在兩層以上時(shí)，鋼筋水平方向的中距應(yīng)比下面兩層增大1 倍，各層鋼筋之間的凈間距不應(yīng)小于25mm 和1.0d（d 為鋼筋直徑）。[1]焊接為雙邊焊時(shí)，焊縫長度不小于5d（d為鋼筋直徑）；焊接為單面焊接，焊縫長度不小于10d（d為鋼筋直徑），焊縫寬度不應(yīng)小于0.6d（d 為鋼筋直徑），焊縫高度不應(yīng)小于0.35d（d 為鋼筋直徑）。[2]

2.采用在結(jié)構(gòu)梁主筋位置的勁性鋼柱上預(yù)留焊接直螺紋套筒的方法，結(jié)構(gòu)梁主筋直接與直螺紋套筒進(jìn)行機(jī)械連接。

圖1 十字柱轉(zhuǎn)箱型節(jié)點(diǎn)

直螺紋套筒的位置需要在深化設(shè)計(jì)階段定位完成，并和鋼柱同時(shí)加工，由于連接器定位直接關(guān)系到鋼筋的位置，因此對精度的要求很高，且必須方便作業(yè)人員施工，因此就要求鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)人員不僅掌握鋼結(jié)構(gòu)施工、加工的方法，同時(shí)又要懂得鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間的施工工藝及方法，還需掌握鋼筋的放樣工作，這樣才可以在深化階段將鋼筋連接器準(zhǔn)確定位。

3.采用在勁性鋼柱腹板上預(yù)留鋼筋穿筋孔，結(jié)構(gòu)粱主筋直接從勁性鋼柱腹板預(yù)留孔內(nèi)穿過，滿足結(jié)構(gòu)粱主筋的錨固長度要求。

此方法需要在勁性鋼柱腹板上于結(jié)構(gòu)梁主筋位置預(yù)留橫向穿筋孔、在結(jié)構(gòu)梁主筋的預(yù)留連接板上預(yù)留鋼柱豎向鋼筋穿筋孔。鋼構(gòu)件在運(yùn)至施工現(xiàn)場后不允許隨意使用氣割火焰進(jìn)行切割、修改、開孔等，因此進(jìn)行鋼柱所有的穿筋孔均需在工廠內(nèi)采用機(jī)械開孔的方法預(yù)留；預(yù)留穿筋孔精度要求很高，否則易造成鋼筋不能穿入，極大地影響鋼筋安裝作業(yè)。因此開孔的定位也需要在深化階段確認(rèn)，并清晰地反映在深化加工詳圖中。在勁性鋼柱的雙方向都有結(jié)構(gòu)粱鋼筋穿過的情況線下，提前就鋼筋的翻樣和安裝方法和鋼筋技術(shù)人員溝通，并在深化過程中考慮兩方向預(yù)留穿筋孔錯(cuò)開標(biāo)高，保證鋼筋穿過。鋼筋穿筋孔直徑的大小由其穿過鋼筋的直徑來確定；如預(yù)留鋼筋穿筋孔太小或尺寸不規(guī)范將導(dǎo)致鋼筋作業(yè)工作難度加大，而預(yù)留穿筋孔直徑太大又直接影響鋼構(gòu)件的受力性能。因此鋼構(gòu)件在工廠內(nèi)預(yù)留的鋼筋穿筋孔加工制作完成后，需要在出廠前以試穿筋的形式來進(jìn)行預(yù)留鋼筋穿筋孔的驗(yàn)收，保證結(jié)構(gòu)梁主筋能夠通暢地穿過預(yù)留的鋼筋穿筋孔。

4.采用結(jié)構(gòu)梁的主筋從勁性鋼柱側(cè)邊繞過的方法，結(jié)構(gòu)梁主筋錨固在勁性鋼柱外側(cè)、結(jié)構(gòu)柱的主筋內(nèi)側(cè)，滿足結(jié)構(gòu)梁主筋的錨固長度要求。

此方法不需要對鋼構(gòu)件進(jìn)行和結(jié)構(gòu)梁主筋的連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，僅需要對結(jié)構(gòu)梁的最外側(cè)的主筋通過打彎來繞過勁性鋼柱，將結(jié)構(gòu)梁的主筋錨固在結(jié)構(gòu)柱的主筋內(nèi)。

4 鋼筋連接方式的特點(diǎn)

鋼柱與鋼筋連接節(jié)點(diǎn)方式確認(rèn)后需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況確認(rèn)何種情況采用何種連接方法，各種連接方法又存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.第一種增加鋼筋連接板的方法對精度的要求可以略低，方便現(xiàn)場鋼筋工的作業(yè)，減少了鋼筋工的工作量，但是增加了大量焊接工作量，不僅需要在加工階段在鋼柱上焊接好連接鋼板，現(xiàn)場的鋼筋鋼板焊接工作量巨大，且現(xiàn)場的焊接質(zhì)量也不易控制。

2.第二種增加鋼筋連接器的方法相對第一種方法不僅加工階段的焊接量大大減少，而且現(xiàn)場僅需要將鋼筋和套筒機(jī)械連接即可，不僅方便快捷，且方便進(jìn)行質(zhì)量控制。但是規(guī)定為防止絲頭未完全擰入套筒，外露螺絲不超過2p；[3]而鋼筋的下料長度無法達(dá)到絕對的精確，因此同一根鋼筋只有一個(gè)端頭能夠采用直螺紋套筒機(jī)械連接。

圖2 鋼筋混凝土梁與型鋼混凝土柱相連節(jié)點(diǎn)

3.第三種腹板開孔鋼筋穿過的方法較為簡便，只要控制好深化階段的位置正確和加工進(jìn)度，僅需將鋼筋穿過即可，但是在數(shù)量占絕大多數(shù)的鋼梁主筋中僅僅適用于處于腹板位置的鋼筋，且位于-2.29m 以上的箱型截面部分無法使用，僅能作為輔助方法。

4.第四種鋼筋繞開鋼柱的做法雖然不用增加另外的工作量，但是也僅適用于主筋位置在型鋼柱邊緣的鋼筋，僅能作為輔助方法。

5 連接方式的使用原則

1.套筒焊接版選用原則：鋼柱的西側(cè)和北側(cè)焊鋼筋連接板；鋼柱的東側(cè)和南側(cè)焊鋼筋套筒；保證同一根鋼筋的兩端分別為套筒和鋼筋連接板，保證鋼筋的安裝。

2.鋼筋連接板的設(shè)置原則：與十字翼緣相接用鋼筋連接板，內(nèi)側(cè)加加勁板，腹板處鋼筋穿孔。柱縱筋與梁水平筋相撞，移開柱縱筋。當(dāng)所連接鋼筋直徑≤25mm 時(shí)，連接板采用20mm 鋼板，當(dāng)所連接鋼筋直徑＞25mm 時(shí)，連接板采用25mm 鋼板，材質(zhì)為Q355B，和型鋼柱相同。連接板的長度為連接鋼筋的5d+30mm，保證鋼筋和連接板的焊接長度，多層鋼筋連接板每增加一層增加所連接鋼筋的5d。鋼筋連接板之間的抗剪腹板寬度控制在80mm，避免和柱箍筋相撞。

3.腹板開孔原則：針對開孔對象的不同，本工程鋼柱腹板開孔原則和鋼筋連接板開孔原則為：在鋼柱兩個(gè)方向均需要開孔的情況下，字母軸在上，數(shù)字軸在下，保證兩個(gè)方向鋼筋均能正常穿過。

表1 鋼柱腹板開孔和鋼筋連接板開孔直徑選擇（mm）

6 結(jié)語

在深化設(shè)計(jì)階段，通過針對各種不同的情況，選用不同的型鋼和鋼筋的連接方式，并將可以在加工階段完成的工作盡量在加工廠內(nèi)完成，大大降低現(xiàn)場的工作量和施工難度，既保證了工期，又有利于現(xiàn)場的質(zhì)量控制，降低了施工的整體成本。