鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁施工技術(shù)探究

洪 金（貴州燊達(dá)建筑勞務(wù)有限公司，貴州 貴陽 550001）

隨著經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，加之城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，超高層建筑物的體量快速增長。十四五以來，高品質(zhì)環(huán)境友好型建筑工程開始受到土木行業(yè)工作者的重點(diǎn)關(guān)注。鋼管混凝土環(huán)梁是一種具有傳力路徑好、工藝簡單的新型梁-柱施工技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于超高層建筑中[1,2]。因此，系統(tǒng)詳細(xì)分析鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁施工技術(shù)有助于提高建筑工程質(zhì)量，節(jié)約鋼材等建筑材料的使用。

目前，研究者初步研究了鋼管混凝土柱-RC 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的不同組合設(shè)計(jì)和力學(xué)性能。韋宏等人[3]研究了不同類型的鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行了力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果表明，增加環(huán)梁縱筋配箍率可以提升試件性能；周穎[4]和錢稼如[5]等人分析了RC 梁-鋼管混凝土柱框架的動(dòng)靜力特性，認(rèn)為環(huán)梁與柱的節(jié)點(diǎn)抗震性能良好。上述研究表明鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁具有優(yōu)良的力學(xué)性能，有助于建設(shè)高品質(zhì)房屋建筑。但是作為一種新型的施工技術(shù)，在實(shí)際施工過程中仍然會(huì)出現(xiàn)一系列施工問題，因此系統(tǒng)詳細(xì)分析鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁施工技術(shù)及技術(shù)要點(diǎn)控制是十分必要的。鑒于此，本文詳細(xì)介紹了柱-RC 環(huán)梁的施工工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)；其次，探討了柱-RC環(huán)梁施工過程中的技術(shù)要點(diǎn)及解決措施；最后，與傳統(tǒng)鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，分析了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益，以期為鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁精細(xì)化施工及精品房屋建筑建設(shè)提供一定的參考，有助于提高房屋建筑的使用性能及使用壽命，對(duì)建設(shè)長壽命房屋建筑具有十分重要的意義。

1 工程概況

以貴州貴陽市某超高層寫字樓為例，地處商業(yè)核心繁華區(qū)域，總建筑面積達(dá)10萬m2，樓層超過40層，該寫字樓的結(jié)構(gòu)體系為鋼管混凝土柱-核心筒體系，主節(jié)點(diǎn)為鋼管混凝土柱-RC梁框架。該類型的節(jié)點(diǎn)主要是由鋼管混凝土柱、環(huán)梁、框架梁和抗剪環(huán)構(gòu)成，其節(jié)點(diǎn)側(cè)面圖與剖面圖如圖1 所示。鋼管混凝土柱-RC 環(huán)梁的傳力途徑主要有三個(gè)途徑：①通過環(huán)梁混凝土與抗剪環(huán)之間的局部承壓作用力，將剪力由環(huán)梁傳遞到抗剪環(huán)上，再通過抗剪環(huán)與鋼管間的焊縫將剪力傳遞到鋼管上；②環(huán)梁混凝土與鋼管壁之間的粘結(jié)力；③梁端彎矩引起的環(huán)梁上端擠壓鋼管混凝土而產(chǎn)生的靜摩擦力。

圖1 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

2 鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工流程

鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工工藝流程主要包括：環(huán)梁鋼筋制作部分、環(huán)梁鋼筋焊接及驗(yàn)收部分、環(huán)梁吊裝及固定部分。其中，環(huán)梁鋼筋制作部分包括環(huán)梁鋼筋放樣、加工及制作；環(huán)梁鋼筋焊接及驗(yàn)收部分包括環(huán)梁主筋焊接及驗(yàn)收；環(huán)梁吊裝及固定部分包括環(huán)梁的整體吊裝及固定安裝環(huán)節(jié)，具體的施工流程圖如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

3 鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

在鋼管混凝土柱-RC 環(huán)梁施工過程中，重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)包括環(huán)梁鋼筋的綁扎（主筋及箍筋的數(shù)量及綁扎方式）、主筋的焊接（不同的焊接方式）以及環(huán)梁的安裝過程（環(huán)梁自身鋼筋及吊裝的質(zhì)量控制、環(huán)梁與鋼管柱間隙的控制）。

3.1 環(huán)梁鋼筋綁扎

環(huán)梁鋼筋主要包括主筋和箍筋，其中環(huán)梁主筋放樣時(shí)，必須按照不同的直徑分類好，由技術(shù)人員首先根據(jù)理論長度計(jì)算好下料長度，然后按照設(shè)計(jì)要求確定環(huán)筋擺放位置。放樣過程中必須及時(shí)標(biāo)記好鋼筋的直徑，防止后期出現(xiàn)加工錯(cuò)誤。對(duì)于環(huán)梁箍筋而言，放樣的時(shí)候必須標(biāo)記好箍筋的彎鉤為90°，防止對(duì)后期環(huán)梁鋼筋綁扎成型造成損壞。

為了提高環(huán)梁的加工質(zhì)量，施工之前可以預(yù)先制作足尺化模型，結(jié)合實(shí)際綁扎的樣板，確定環(huán)筋所需下料的實(shí)際長度、彎弧機(jī)對(duì)箍筋加工的適當(dāng)弧度。施工過程中，必須成立專門的環(huán)筋、腰筋等施工技術(shù)組，嚴(yán)格保證鋼筋長度及角度加工的質(zhì)量，盡可能縮短因返工造成的經(jīng)濟(jì)受損和施工周期的浪費(fèi)。環(huán)梁環(huán)向鋼筋彎弧加工完成后，對(duì)環(huán)梁接頭部位由專業(yè)人員按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接。在實(shí)際加工過程中，必須由專人對(duì)鋼筋綁扎進(jìn)行監(jiān)管，驗(yàn)收合格后再進(jìn)行下一個(gè)環(huán)節(jié)的施工。

為了提高環(huán)梁鋼筋的綁扎效率，施工單位必須在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建專用的環(huán)梁綁扎操作架，方便鋼筋的快速綁扎。該操作架由雙“十”字架體組成，材料類型為直徑48mm 的鋼管，鋼管與鋼管之間采用十字扣件連接，并且架體十字相交處預(yù)留支撐桿，支撐桿長度可以延伸至U 形托處。在施工現(xiàn)場(chǎng)，可以根據(jù)實(shí)際情況搭建不同組合的架體，方便多組施工人員同時(shí)綁扎鋼筋，進(jìn)一步提高鋼筋綁扎的效率。根據(jù)長期的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出的鋼筋綁扎原則為：箍筋為先小箍后大箍，環(huán)筋為先大環(huán)后小環(huán)，最后再放拉鉤。當(dāng)鋼筋綁扎完畢并通過驗(yàn)收合格以后，方可進(jìn)行下一個(gè)施工工序。

3.2 環(huán)梁主筋焊接

一旦環(huán)梁鋼筋綁扎完畢，就應(yīng)及時(shí)利用塔吊或吊車吊出，并存放至指定的地點(diǎn)，嚴(yán)格控制運(yùn)輸過程中的細(xì)節(jié)，保證環(huán)梁不受損壞或者變形。環(huán)梁堆放過程中，為了節(jié)約場(chǎng)地，成型環(huán)梁堆疊個(gè)數(shù)不可超過2個(gè)，防止下面的環(huán)梁受壓產(chǎn)生一定的變形，進(jìn)而影響環(huán)梁的施工質(zhì)量。

當(dāng)環(huán)梁放置到指定地點(diǎn)后，由專業(yè)焊工按照規(guī)范要求逐個(gè)對(duì)環(huán)梁的主筋進(jìn)行焊接，可以采用兩人對(duì)稱焊和三人對(duì)稱焊接的方法進(jìn)行，如圖3所示。為了方便施工人員操作及提高施工效率，焊縫通常以單面焊為主，但是焊縫的質(zhì)量必須滿足規(guī)范要求。焊接完成后施工人員應(yīng)該及時(shí)敲落焊渣，保證焊縫周邊光滑。當(dāng)整個(gè)環(huán)梁完成其鋼筋綁扎、焊接等工藝后，施工單位應(yīng)該及時(shí)組織業(yè)主、監(jiān)理等單位對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收，減少后期施工時(shí)的驗(yàn)收工序。

圖3 主筋的焊接方法

3.3 環(huán)梁安裝

為了提高環(huán)梁的安裝質(zhì)量，必須把吊耳安裝在鋼管柱內(nèi)襯管內(nèi)側(cè)，方便環(huán)梁與鋼管柱的搭接，如圖4 所示。當(dāng)環(huán)梁的底模支設(shè)完畢后進(jìn)行鋼筋籠的吊裝運(yùn)輸。吊裝過程中，必須使用4根鋼絲繩對(duì)稱穿在鋼筋籠兩側(cè)，以達(dá)到提高環(huán)梁吊裝過程穩(wěn)定性的目的，防止產(chǎn)生扭曲變形。環(huán)梁吊裝過程中，必須嚴(yán)格注意環(huán)梁不得接觸其他硬質(zhì)物體，防止環(huán)梁發(fā)生扭曲變形。因此，在環(huán)梁安裝過程中，四周必須指定工人輔助指揮塔吊工作人員的操作，保證環(huán)梁的安裝質(zhì)量。實(shí)際施工過程中，施工人員認(rèn)為后期進(jìn)行框架梁鋼筋綁扎的時(shí)候極易導(dǎo)致環(huán)梁出現(xiàn)偏心等現(xiàn)象。為了解決這一問題，技術(shù)人員采用短鋼筋棍將環(huán)梁與鋼管柱進(jìn)行焊接及固定。

圖4 鋼管柱內(nèi)襯管示意圖

3.4 環(huán)梁與鋼管柱間歇控制

當(dāng)環(huán)梁鋼筋籠吊裝至鋼管柱的頂部時(shí)，必須嚴(yán)格保證環(huán)梁鋼筋籠與鋼管柱之間預(yù)留間隙超過30mm，只有如此才能保證混凝土粗骨料能夠進(jìn)入柱與環(huán)梁的間歇中，進(jìn)而提高混凝土的質(zhì)量。解決這一問題的有效方法是在環(huán)梁底部鋼管四周焊接三角形限位鋼板，在環(huán)梁頂部四周用三角形楔子進(jìn)行調(diào)整，以此控制環(huán)梁的底部空隙。完成上述操作并驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行鋼筋籠內(nèi)部混凝土的澆筑施工?；炷翝仓^程中，必須小心謹(jǐn)慎，嚴(yán)格把控鋼筋籠的質(zhì)量，防止振動(dòng)或者壓實(shí)導(dǎo)致的變形。當(dāng)混凝土澆筑完成后，及時(shí)進(jìn)行全面有效的養(yǎng)護(hù)，保證混凝土的澆筑質(zhì)量。當(dāng)所有工序完成后，交給第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收。

4 鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

通過長期的鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁的施工工程經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)整體上具有較強(qiáng)的力學(xué)性能及抗震效果，而且可以節(jié)約大量的鋼材，縮短施工周期，因此受到廣大工程技術(shù)人員的關(guān)注。具體優(yōu)勢(shì)如下：

（1）優(yōu)良的力學(xué)性能及抗震效果

經(jīng)過大量的工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鋼管混凝土柱-環(huán)梁的力學(xué)性能超過單一的鋼管柱和混凝土柱的承載力之和。這是由于兩者的咬合使兩者相互作用從脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?，進(jìn)一步提高了構(gòu)件的抗變形能力。此外，鋼管混凝土柱及環(huán)梁結(jié)構(gòu)具有顯著的吸能效果，因此具有良好的抗震性能。

（2）節(jié)約鋼材使用量，縮短施工周期，施工方便快捷與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱-環(huán)梁的外皮鋼管具有媲美鋼筋的功能，所以管內(nèi)部不設(shè)置鋼筋。因此，極大減少了鋼筋等建筑材料的使用量，減少了支拆模的過程。由于鋼管內(nèi)部沒有鋼筋，混凝土的澆筑工作也比較簡單，降低了工程成本也節(jié)省了工程時(shí)間。整體上，鋼管混凝土柱-環(huán)梁的施工工藝、焊縫及構(gòu)造均簡單。

（3）防火能力及耐腐蝕性優(yōu)異

鋼管柱及環(huán)梁可以有效分散截面溫度，大大提高鋼管的耐火性，可以節(jié)約1/3~2/3的防火涂料；鋼管中澆筑混凝土的過程使得鋼管裸露在外面的部分大大減少，與鋼結(jié)構(gòu)相比，受氣體腐蝕的面積較小，降低了抗腐成本。

與傳統(tǒng)梁施工相比，在1m3混凝土施工過程的生命周期內(nèi)采用鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁式施工可以節(jié)約鋼材達(dá)30%，能耗、碳排放量以及經(jīng)濟(jì)成本可分別節(jié)約達(dá)98.1kg、41.2kg及10.3元，如圖5所示。

圖5 節(jié)約的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益

5 結(jié)語

鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁施工技術(shù)作為國內(nèi)主推的高層房屋建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)，具有更強(qiáng)的力學(xué)性能及抗震效果，可以節(jié)約大量鋼筋等建筑材料和能源的消耗，并且施工工藝簡單，施工周期短，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，未來發(fā)展前景廣闊。隨著深度完善的精細(xì)化施工工藝及施工標(biāo)準(zhǔn)，未來更多類型的柱-環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工技術(shù)將進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用前景。隨著智能化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)與智能化設(shè)備互聯(lián)將會(huì)進(jìn)一步為鋼管混凝土柱-RC環(huán)梁式施工技術(shù)打開新的研究方向和適用場(chǎng)景，進(jìn)一步提高鋼管混凝土柱-RC 環(huán)梁的施工組織效率和質(zhì)量控制機(jī)制，有助于提高房屋建筑的使用性能及使用壽命，對(duì)建設(shè)長壽命房屋建筑具有十分重要的意義。