鋼骨混凝土水平鋼筋與鋼柱套筒連接施工的探索

董婷婷

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)逐漸成為建筑工程中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)因受力均勻而得到廣泛應(yīng)用。但由于該結(jié)構(gòu)體系連接節(jié)點(diǎn)多，施工難度大，對鋼柱和鋼筋連接質(zhì)量提出了更高的要求。因此本文提出水平鋼筋與鋼柱套筒的焊接施工方法，以期通過科學(xué)合理的焊接施工方法全面提高施工效率以及質(zhì)量，保證鋼-混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。

1 工程概述

本文以某酒店建筑工程為例，該工程地上部分9 層，地下部分1 層，總建筑面積為78400m2，建筑高度40m，抗震等級為一級。本工程主要使用HRB400E 級鋼筋，Q345B 鋼材，使用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。

2 施工難點(diǎn)

鋼-混凝土結(jié)構(gòu)主要難點(diǎn)在于水平鋼筋和鋼柱的連接施工，在鋼柱結(jié)構(gòu)中直接開孔，順直穿過鋼筋可能造成鋼柱應(yīng)力過于集中，從而對鋼柱強(qiáng)度產(chǎn)生影響。若在施工現(xiàn)場進(jìn)行開孔，可能會(huì)對型鋼材料造成損傷，影響鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此本文提出鋼筋和鋼珠套筒的連接施工技術(shù)以解決這一難點(diǎn)。表1 為本工程鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息。

表1 鋼-混凝土結(jié)構(gòu)參數(shù)信息

3 施工流程

本文采取水平鋼筋和鋼筋套筒連接施工，先對現(xiàn)場展開定位放線測量，準(zhǔn)確對施工要點(diǎn)定位并做好標(biāo)記。安裝鋼骨柱埋件材料，對鋼骨柱進(jìn)行提前預(yù)裝，并進(jìn)行吊裝在現(xiàn)場安裝。再對鋼梁進(jìn)行吊裝施工，對柱鋼筋、柱模板進(jìn)行安裝，對套筒定位后焊接套筒。進(jìn)一步支設(shè)梁模板，同時(shí)搭設(shè)支撐架，并安裝梁鋼筋以及樓板模板，安裝樓板鋼筋，最后進(jìn)行混凝土的澆筑作業(yè)[1]。

4 水平鋼筋施工方法

準(zhǔn)確定位柱鋼筋后，按照設(shè)計(jì)方案加工制作型鋼構(gòu)件，型鋼構(gòu)件需要配合小構(gòu)件制作同時(shí)安裝。完成主要鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)以及鋼結(jié)構(gòu)定位后，對邊緣鋼筋處理便于繞過鋼柱結(jié)構(gòu)，對套筒定位焊接。由于型鋼柱邊緣厚度達(dá)到36mm，套筒和型鋼柱焊縫不超過6mm，使用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接作業(yè)。使用加長套筒可以保證套筒和鋼筋的連接質(zhì)量避免鋼筋偏差對工程質(zhì)量產(chǎn)生的影響。由于鋼柱橫截面積為900mm×900mm，翼緣和柱邊保持150mm 間距，梁寬度350mm，下部使用9φ25 鋼筋，上部使用7φ25 鋼筋，因此受力鋼筋間距只有50mm 距離。在CAD 軟件支持下分析鋼筋以及型鋼之間的關(guān)系，通過彎曲上部外圍鋼筋（坡度1:6），穿過型鋼柱，對水平主筋進(jìn)行加密箍筋，可以避免受到外力影響，且不會(huì)對混凝土結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生影響。對底部鋼筋間距進(jìn)行調(diào)整，按照04LaE+15d 方式將鋼筋錨入型鋼柱，剩余鋼筋部分和套筒進(jìn)行焊接，均使用加長套筒進(jìn)行焊接，采取CO2氣體保護(hù)焊接方式，按照混凝土澆筑要求進(jìn)行焊接。完成焊接后需要根據(jù)抗震設(shè)計(jì)要求對構(gòu)件展開質(zhì)量驗(yàn)收，由專業(yè)試驗(yàn)檢測結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)收，往復(fù)加載驗(yàn)證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，直到節(jié)點(diǎn)達(dá)到抗震設(shè)計(jì)等級后，才能通過驗(yàn)證。

其中要注意對厚鋼板的焊接技術(shù)控制，由于厚鋼板焊接坡口大，熱量高，極容易產(chǎn)生焊接變形的問題，若不能控制焊接變形問題，可能會(huì)對鋼板材料外形產(chǎn)生影響，造成外形尺寸進(jìn)度誤差。由于鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多處焊接接頭，焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中，對焊縫造成過大約束度，可能出現(xiàn)層狀撕裂的問題。在焊接節(jié)點(diǎn)位置容易出現(xiàn)焊縫透焊問題或者焊縫密集。因此應(yīng)使用窄間隙小坡口焊接技術(shù)，多層多道進(jìn)行焊接，不允許擺寬道，前一道對后一道焊縫產(chǎn)生預(yù)熱作用，后一道對前一道產(chǎn)生后熱作用，從而保證應(yīng)力分布的均勻性，以保證焊接質(zhì)量的改善。為了對變形的控制，分別多次對正反面進(jìn)行多次焊接，或者對同一焊縫多次焊接。提前準(zhǔn)備剛性胎膜加劇固定厚板，經(jīng)過固定后可以減少焊接變形問題。為改善殘余應(yīng)力問題，可利用工件整平處理，通過切割鋼構(gòu)件邊緣并對鋼構(gòu)件反復(fù)碾壓處理，能夠在一定程度上削弱收縮應(yīng)力。焊接后也可以通過烘烤背部以及側(cè)面，從而消解殘余應(yīng)力，高溫可以對熱影響區(qū)產(chǎn)生沖擊作用，也能達(dá)到除銹效果，改善殘余應(yīng)力對厚板的影響。

對套筒焊接過程中，需要根據(jù)各個(gè)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上使用的套筒數(shù)量進(jìn)行位置和型號的標(biāo)注，能夠清楚標(biāo)注不同位置的標(biāo)高，在現(xiàn)場完成型鋼標(biāo)注數(shù)據(jù)，確保套筒焊接位置準(zhǔn)確。先通過人工手工焊接方式對套筒進(jìn)行固定處理，再利用CO2氣體保護(hù)焊焊接套筒，完成焊接作業(yè)后對焊縫展開檢查，檢查焊縫能否達(dá)到質(zhì)量要求，然后將焊縫提交給業(yè)主以及監(jiān)理人員進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，通過質(zhì)量驗(yàn)收后才允許進(jìn)入下一階段作業(yè)。在安裝綁扎柱鋼筋時(shí)，對于梁鋼筋產(chǎn)生直接影響的位置可以先放置，在縱向鋼筋完成安裝后，對柱鋼筋以及受力水平鋼筋進(jìn)行箍筋。支設(shè)模板作業(yè)先對模板加固處理后，再對梁底部柱混凝土進(jìn)行澆筑施工。模板支設(shè)固定作業(yè)優(yōu)先進(jìn)行中段位置的支設(shè)，在節(jié)點(diǎn)位置1.5cm 暫時(shí)不進(jìn)行支設(shè)作業(yè)，鋼筋梁和節(jié)點(diǎn)位置完成安裝作業(yè)后才能進(jìn)行節(jié)點(diǎn)附近位置的支設(shè)固定。先進(jìn)行水電預(yù)埋件以及板鋼筋的安裝作業(yè)，經(jīng)過質(zhì)量驗(yàn)收以及檢查后，才能展開澆筑作業(yè)。混凝土作業(yè)采取分層澆筑方式，使用振搗棒從混凝土柱中插入均勻振搗作業(yè)，但由于型鋼位于混凝土柱的中間位置，占據(jù)很大部分空間，很難展開振搗工作。為了保證混凝土柱可以得到密實(shí)振搗，可使用自密實(shí)混凝土進(jìn)行施工，這類混凝土對于振搗作業(yè)要求并不高，能夠提高澆筑后的密實(shí)程度。但也由于該材料的特殊性，對于澆筑工作提出新要求。由于該材料的流動(dòng)性更強(qiáng)，在澆筑過程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行交替澆筑作業(yè)，避免對單側(cè)造成過大壓力，可能造成鋼柱位移或者變形問題的發(fā)生[2]。在澆筑過程中應(yīng)嚴(yán)格控制每次澆筑的時(shí)間間隔以及高度，從而保證模板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在澆筑后仍然需要使用振搗棒充分振搗，在鋼柱外圍使用振搗棒敲擊，振搗棒可以對模板體系產(chǎn)生傳遞作用，從而保證混凝土充分振搗密實(shí)。

使用本文提出的型鋼與鋼筋套筒連接施工能夠減少鋼筋材料結(jié)構(gòu)上的開孔作業(yè)，從而減少鋼結(jié)構(gòu)加工制作時(shí)間，全面提高施工速度以及施工效率，并保證鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量損害，能夠全面提高施工質(zhì)量以及施工水平。同時(shí)借助于加長套筒以及焊接施工，能夠規(guī)避鋼柱安裝誤差帶來的影響，可以規(guī)避人工施工過程中帶來的焊接質(zhì)量問題，并減少施工材料的使用，也能達(dá)到良好的鋼-混凝土連接效果。

5 鋼柱拉筋節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本工程外框鋼柱主要使用鋼骨柱，圓柱混凝土樁，鋼骨柱截面為十字形，每根配筋方式都不同。對拉筋和鋼骨連接時(shí)，利用螺栓套筒以及焊接方式進(jìn)行連接施工。使用焊接連接板，要求焊縫長度不低于單面12d、雙面6d。為了保證鋼骨柱拉筋作業(yè)，避免鋼筋彎折超過135°，鋼骨柱腹板上要增加長圓孔，拉筋彎鉤使用135°彎鉤，另一端使用90°彎鉤，將彎鉤一端通過鋼板連接水平鋼筋。拉筋和鋼骨柱垂直連接，應(yīng)在鋼骨柱腹板上設(shè)置b×h 的長圓孔，其中h 為長度，b 為寬度。按照腹板厚度以及拉筋直徑，重復(fù)試驗(yàn)計(jì)算以確定最終的數(shù)據(jù)。拉筋和鋼骨柱進(jìn)行水平連接時(shí)，長圓孔尺寸應(yīng)為[（b+4）×h]~[（b+6）×h]。經(jīng)過數(shù)據(jù)計(jì)算，按照上述尺寸進(jìn)行開孔施工，能夠通過拉筋穿過型鋼，可以控制開孔率，且保證施工質(zhì)量以及效率。

6 縱筋節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

縱向鋼筋在施工過程中容易受到鋼筋連接板的影響，以往設(shè)計(jì)主要利用套筒連接縱向鋼筋以及鋼梁底部以及頂部，可采取縱筋中間斷開進(jìn)行鋼筋連接板的焊接連接，但該施工技術(shù)由于施工效率低，柱縱筋作為重要連接鋼筋，對工程質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。斷開縱筋將會(huì)存在焊接風(fēng)險(xiǎn)，影響工程質(zhì)量[3]。另外也可以通長布置縱筋，將鋼梁底部固定在套筒內(nèi)部，將連接板底部干結(jié)頂部套筒。由于縱筋下料長度很難控制，和連接板焊接和套筒焊接時(shí)，受到空間局限約束很難實(shí)現(xiàn)四周焊接。因此本文采取連接板頂部使用套筒焊接方式，在底部使用搭筋板方式進(jìn)行焊接，由于混凝土柱使用圓柱材料，利用搭筋板焊接更加容易便利。搭筋板和鋼筋的焊接可采取單雙面焊作業(yè)，更能保證焊接效果。搭筋板應(yīng)選擇混凝土柱同等弧度的鋼板材料，常規(guī)平直搭筋板并不能滿足縱筋焊接需要，以同等弧度搭筋板能夠順應(yīng)縱筋曲度，以保證達(dá)到理想的綁扎焊接質(zhì)量，保證了外框鋼柱結(jié)構(gòu)。完成焊接施工后還需要到現(xiàn)場展開質(zhì)量驗(yàn)收，經(jīng)過質(zhì)量驗(yàn)收后才允許進(jìn)行下一階段的施工。本文為了解決圓柱混凝柱的問題，提出選擇弧形搭筋板進(jìn)行連接作業(yè)，能夠充分滿足焊接需要，減少質(zhì)量隱患問題。

7 鋼柱和混凝土梁連接設(shè)計(jì)

在本工程地下室結(jié)構(gòu)中使用了十字鋼柱結(jié)構(gòu)，和周圍混凝土梁的連接施工相對復(fù)雜，連接節(jié)點(diǎn)較多，施工難度更高。由于混凝土梁由于數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多處存在四根混凝土梁連接一根鋼柱材料[4]。以往多使用在鋼柱梁高范圍區(qū)域內(nèi)增加鋼筋連接板材料，在鋼筋連接板上焊接梁鋼筋進(jìn)行連接，焊接方法使用雙面焊技術(shù)。本文提出使用組合結(jié)點(diǎn)方法連接施工，減少施工工序和難度。將以往使用的連接板去除，使用直錨技術(shù)對鋼筋進(jìn)行錨固處理，要求錨固長度達(dá)到LaE。在鋼筋連接鋼骨位置，可使用套筒連接技術(shù)進(jìn)行焊接，要求焊接長度應(yīng)超過單面焊10d，雙面焊5d，套筒連接部分采取圍焊技術(shù)進(jìn)行固定，要求焊腳高度應(yīng)達(dá)到6mm。要求平直段連接長度在0.6LaE以上，后彎段連接長度應(yīng)達(dá)到15d。鋼筋連接鋼骨架架柱時(shí)，底筋和面筋有多排結(jié)構(gòu)，第一排使用搭筋板面部進(jìn)行面筋的焊接，第二排使用搭筋板底部的焊接，第三排使用套筒方式進(jìn)行焊接。對鋼骨結(jié)構(gòu)焊接主要使用直錨以及彎錨技術(shù)。若存在多排鋼筋結(jié)構(gòu)的混凝土梁，使用搭筋板進(jìn)行焊接，可滿足焊接需要。由于搭筋板焊接施工需要大量仰焊施工，施工難度較大，因此還需要加強(qiáng)對焊接質(zhì)量的驗(yàn)收，以積極解決焊接質(zhì)量問題。此外還可以利用套筒連接和搭筋板連接兩種方法結(jié)合方式進(jìn)行焊接，第一排使用搭筋板面部進(jìn)行焊接，第二排使用套筒連接方法焊接面筋，能夠?qū)γ娼詈附庸?jié)點(diǎn)問題進(jìn)行優(yōu)化和質(zhì)量控制。

8 剪力墻連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

剪力墻和鋼筋連接位置，以往在封閉箍筋位置，在垂直方向上間隔100mm，使用搭筋板（10mm×150mm×50mm）在鋼板墻焊接，將箍筋封閉焊接在搭筋板上，保證焊接長度應(yīng)達(dá)到單面焊5d。封閉箍筋連接施工時(shí)，可在連接位置增加鉤筋板，在鉤筋板上將封閉箍筋彎折90°進(jìn)行鉤接。鉤筋板厚度為12mm，制作為鋸齒形狀，將一側(cè)和鋼板剪力墻進(jìn)行焊接成為鉤筋孔，再將鋼筋焊接固定。施工該施工技術(shù)能夠大幅減少焊接工作，提高效率。

9 結(jié)語

綜上所述，本文以某酒店建筑工程為例，該工程采取鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)在于水平鋼筋和鋼柱的連接，為避免在鋼柱直接開孔，造成鋼柱應(yīng)力過于集中，本文提出水平鋼筋和鋼柱套筒連接施工方法。通過從水平鋼筋、鋼柱拉筋、縱筋、鋼柱和混凝土梁、剪力墻連接等連接節(jié)點(diǎn)的分析，更有利于利用焊接連接施工保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到充分連接，減少質(zhì)量隱患，提高工程焊接質(zhì)量。借助于焊接連接施工充分發(fā)揮出混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢，能夠全面提高施工質(zhì)量。