中國(guó)建筑第五工程局有限公司安徽分公司 合肥 230051

0 引言

鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用主要存在以下3個(gè)難點(diǎn)[1,2]：

1）型鋼梁與型鋼柱如何有效連接；

2）型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋密集、型鋼交錯(cuò)，致使在梁柱鋼筋施工中出現(xiàn)各種困難；

3）如何控制型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土的密實(shí)度。

這一系列問(wèn)題都是嚴(yán)重影響型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域施工質(zhì)量的因素，若不能很好地解決這些問(wèn)題，不僅會(huì)影響正常施工，也會(huì)給工程埋下嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。

大跨度多向懸挑式鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)位置連接的梁數(shù)量多、跨度大，梁縱向鋼筋數(shù)量多、疊加多，且部分需要繞過(guò)中間的圓鋼管。

為降低施工難度，保證梁柱節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，項(xiàng)目部聯(lián)合設(shè)計(jì)單位，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)在大跨度多向懸挑式鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)型鋼梁柱有效連接、梁縱筋合理化排布、混凝土密實(shí)度控制措施、箍筋的優(yōu)化排布、型鋼開(kāi)孔深化及鋼筋穿孔位置優(yōu)化等方面的多次施工實(shí)踐，形成了一套大跨度多向懸挑式鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)，通過(guò)工程檢驗(yàn)，該技術(shù)具有一定的推廣價(jià)值。

1 工藝原理

1）采用BIM技術(shù)對(duì)型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)多層鋼筋進(jìn)行合理排布，對(duì)型鋼上鋼筋穿孔位置進(jìn)行合理優(yōu)化，采用BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工，可視化指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝復(fù)核、鋼筋安裝。

2）在型鋼柱與多方向型鋼梁連接部位設(shè)置托盤(pán)，解決型鋼柱與多條型鋼梁的有效連接問(wèn)題。

3）采用固定的鋼筋安裝流程，保證復(fù)雜梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋的安裝質(zhì)量和進(jìn)度。

4）采用鋼筋數(shù)控加工機(jī)，對(duì)鋼筋進(jìn)行精準(zhǔn)加工。通過(guò)提前定位，首先安裝柱縱筋，再套柱箍筋，然后安裝梁縱筋，最后套梁箍筋。梁縱筋采用繞過(guò)型鋼和穿孔2種方式穿過(guò)梁柱連接節(jié)點(diǎn)，柱箍筋采用2個(gè)U形箍筋穿過(guò)型鋼梁腹板的穿筋孔后焊接閉合。

5）采用自密實(shí)混凝土澆筑型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域，以保證梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土的密實(shí)度和成形質(zhì)量。

2 操作要點(diǎn)

2.1 節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目應(yīng)用X-steel軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行三維建模，從而達(dá)到一種新型的可視化模擬現(xiàn)場(chǎng)施工，真切地演示現(xiàn)場(chǎng)施工的每個(gè)工藝流程，比如鋼柱與鋼梁的連接方式及標(biāo)高關(guān)系、梁柱縱筋穿型鋼時(shí)開(kāi)孔的位置及大小、多方向梁交匯點(diǎn)處鋼筋排布與疊加效果、型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域柱縱筋與柱箍筋、梁縱筋的穿插效果等。通過(guò)形象地演示，可以發(fā)現(xiàn)在大跨度多向懸挑型鋼混凝土梁多方向、多層次的水平鋼筋施工時(shí)將會(huì)遇到的困難與矛盾，從而提出相應(yīng)的解決方法。

2.1.1 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目的施工藍(lán)圖進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工的深化設(shè)計(jì)圖紙（圖1），深化設(shè)計(jì)圖紙中除了一般的體現(xiàn)構(gòu)件的尺寸、位置、連接方式外，還需在型鋼梁柱連接部位設(shè)置托盤(pán)，并著重根據(jù)結(jié)構(gòu)圖中鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋結(jié)構(gòu)交叉時(shí)鋼筋的直徑、連接方式、排布方式確定鋼結(jié)構(gòu)需要開(kāi)孔或者加焊加強(qiáng)板的位置。

圖1 圓管形型鋼柱連接節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)示意

本工程2層至屋面層型鋼梁多為懸挑梁，為保證懸挑梁的抗剪性能，其縱向鋼筋必須要有足夠的錨固長(zhǎng)度，這就要求懸挑梁的縱向鋼筋必須要穿過(guò)鋼柱，需要在鋼柱上進(jìn)行開(kāi)孔或者對(duì)梁縱筋進(jìn)行彎折繞行鋼柱。本工程利用X-steel軟件建立三維模型，根據(jù)鋼筋的數(shù)量和規(guī)格，全過(guò)程模擬鋼筋施工過(guò)程中鋼筋與鋼筋之間、鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間的標(biāo)高和位置關(guān)系，以保證節(jié)點(diǎn)能夠順利實(shí)現(xiàn)（圖2、圖3）。

2.1.2 梁縱向鋼筋的深化設(shè)計(jì)

圖2 型鋼結(jié)構(gòu)三維模型

圖3 多方向超長(zhǎng)懸挑型鋼節(jié)點(diǎn)三維模型

大跨度多向懸挑型鋼混凝土梁多方向、多層次的水平鋼筋的深化設(shè)計(jì)是連接節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。型鋼混凝土梁水平鋼筋的深化設(shè)計(jì)需解決多方向、多層次上下排鋼筋在遇到型鋼柱時(shí)如何穿過(guò)型鋼以及如何連接的問(wèn)題。經(jīng)與設(shè)計(jì)單位共同深化設(shè)計(jì)，采用2種方法解決此問(wèn)題，即梁水平鋼筋彎折后繞過(guò)型鋼柱以及在型鋼上開(kāi)孔后穿過(guò)型鋼柱。故如何保證各節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性成為本工程的重點(diǎn)。例如通過(guò)BIM技術(shù)建模演示，發(fā)現(xiàn)本工程3層至屋面層存在3條梁交叉的情況，梁上部鋼筋排布分別為：14φ25 mm（6/6/2），12φ25 mm（9/3）和6φ32 mm，鋼筋累計(jì)高度為15.7 cm，在不計(jì)梁箍筋和梁保護(hù)層的情況下已高出板面0.7 cm。發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題后，經(jīng)與設(shè)計(jì)溝通，按等面積代換的方法將其中2排和3排鋼筋的梁變更為1排大規(guī)格的鋼筋，以減小鋼筋疊加的高度（圖4）。

圖4 3條梁交叉處鋼筋排布示意

型鋼柱的加工與開(kāi)孔需在工廠進(jìn)行，嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔，并且型鋼柱開(kāi)孔面積不得超過(guò)其截面面積的25%，超過(guò)時(shí)需按相關(guān)規(guī)范采取補(bǔ)強(qiáng)措施，以免影響型鋼柱的力學(xué)性能。梁水平筋中需彎折后穿過(guò)型鋼柱的鋼筋，其彎折度按規(guī)范要求不得超過(guò)1∶6。

2.1.3 柱鋼筋深化設(shè)計(jì)

根據(jù)BIM技術(shù)的模擬分析，對(duì)型鋼混凝土柱的縱筋位置進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整，以求盡量避開(kāi)型鋼梁，不能避開(kāi)的型鋼柱中間的縱筋需在型鋼梁翼緣板上開(kāi)孔穿過(guò)，并按相關(guān)規(guī)范對(duì)孔洞采取補(bǔ)強(qiáng)措施。

在型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域，依據(jù)國(guó)家規(guī)范JGJ 138—2001《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》：在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，梁柱節(jié)點(diǎn)的箍筋的作用尤其突出，除了增強(qiáng)截面抗剪承載力外，還可增強(qiáng)塑性鉸區(qū)變形能力，是確保結(jié)構(gòu)抗震作用的重要構(gòu)造。該規(guī)程對(duì)箍筋的彎鉤、間距等都提出了要求，且要求是封閉箍筋。由于在型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域存在交錯(cuò)的梁柱型鋼，型鋼柱箍筋必然存在穿越型鋼問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題是型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域施工的重點(diǎn)，也是施工難點(diǎn)，若不能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，將嚴(yán)重影響施工。

在工程實(shí)際施工中我們結(jié)合設(shè)計(jì)和施工的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了如下箍筋與型鋼矛盾時(shí)的解決辦法[3-5]：

1）柱箍筋一般采取在鋼梁腹板上留設(shè)穿筋孔的方法，要求同柱梁縱筋在型鋼上留設(shè)孔洞的要求，孔距按設(shè)計(jì)中箍筋間距要求，一般為100 mm。柱箍筋穿筋孔距鋼梁上下翼緣板的距離一般為125 mm。

2）調(diào)整柱箍筋形式。經(jīng)與設(shè)計(jì)單位溝通并經(jīng)其同意，可以修改梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼梁高度范圍之內(nèi)的箍筋形式，將多肢復(fù)合箍筋形式修改為外圍單肢箍筋加八字拉鉤的形式，以減少箍筋穿孔。

3）在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域，將封閉的箍筋形式修改為焊接閉口箍筋形式。在箱形柱連接節(jié)點(diǎn)柱箍筋施工時(shí)，由于整根箍筋無(wú)法穿過(guò)型鋼，施工時(shí)先采用2個(gè)U形箍筋穿過(guò)型鋼（圓管形型鋼柱箍筋為采用2個(gè)半圓形箍筋焊接而成），然后采用焊接的方法以形成封閉的箍筋。焊接時(shí)需按規(guī)范要求單面焊10d、雙面焊5d（d為箍筋直徑），以滿足搭接要求。

2.2 鋼構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)復(fù)核

型鋼梁柱構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)時(shí)，施工單位需安排技術(shù)人員對(duì)構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格的進(jìn)場(chǎng)復(fù)核，尤其是梁柱節(jié)點(diǎn)部位，要按照深化設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核，包括核定鋼構(gòu)件尺寸、開(kāi)孔位置、開(kāi)孔數(shù)量等，如不滿足要求，必須立即返回工廠整改，嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)孔以及其他任何鋼構(gòu)件加工。進(jìn)場(chǎng)鋼構(gòu)件如圖5所示。

2.3 鋼構(gòu)件吊裝

型鋼梁柱構(gòu)件吊裝施工前，項(xiàng)目部必須編制吊裝施工專(zhuān)項(xiàng)方案，并報(bào)監(jiān)理單位審批。方案中需制定嚴(yán)格控制安裝位置偏差的措施、安裝完成后位置復(fù)核的要求，以及鋼構(gòu)件吊裝順序，施工時(shí)需嚴(yán)格按照吊裝施工專(zhuān)項(xiàng)方案施工，一定要保證型鋼梁柱安裝位置的準(zhǔn)確度，以免嚴(yán)重影響后續(xù)的型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)鋼筋施工。

圖5 進(jìn)場(chǎng)的鋼構(gòu)件

鋼構(gòu)件吊裝前，需提前搭設(shè)吊裝工作平臺(tái)，吊裝完成后可將其轉(zhuǎn)換為后續(xù)鋼筋施工和模板施工的工作平臺(tái)。

鋼構(gòu)件吊裝時(shí)，需先吊裝型鋼柱，并采用鋼絲繩固定，然后按對(duì)稱(chēng)吊裝方式吊裝型鋼梁。型鋼梁與型鋼柱牛腿采用螺栓在型鋼梁柱連接部位預(yù)先設(shè)置的臨時(shí)固定板上連接固定，通過(guò)對(duì)型鋼梁柱位置進(jìn)行嚴(yán)格校核后采用焊接方式連接。

在型鋼柱吊裝定位的過(guò)程中，隨時(shí)根據(jù)BIM模型提供的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)復(fù)核梁筋穿柱的開(kāi)孔位置，保證梁筋能夠順利穿過(guò)鋼柱。

2.4 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋加工

型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域的鋼筋不僅是深化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其加工成型質(zhì)量也是保證正常施工的難點(diǎn)。梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域的鋼筋采用先進(jìn)的數(shù)控鋼筋加工機(jī)械進(jìn)行下料和加工，這部分鋼筋的加工需嚴(yán)格控制其尺寸，尤其是需彎折的梁縱筋。數(shù)控鋼筋加工機(jī)械是國(guó)內(nèi)目前先進(jìn)的鋼筋加工設(shè)備，不僅鋼筋加工精度高，而且加工效率比普通鋼筋加工設(shè)備也高出許多。型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域柱箍筋為2個(gè)U形箍筋焊接而成，因此鋼筋加工時(shí)更需嚴(yán)格控制其下料尺寸，以滿足安裝需要。

2.5 鋼筋綁扎

2.5.1 柱縱筋的安裝

嚴(yán)格按照深化設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行柱縱筋安裝。柱縱筋安裝過(guò)程要注意鋼筋平面位置的固定，以保證縱筋能夠順利地穿過(guò)鋼柱的預(yù)留孔，施工過(guò)程中在柱筋底部和離地1 m位置分別設(shè)置定位箍筋，以保證柱縱筋的平面位置。

2.5.2 柱箍筋的安裝

梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域箱形柱箍筋由2個(gè)U形箍筋焊接成封閉箍筋（圓管形型鋼柱箍筋由2個(gè)半圓形箍筋焊接成封閉箍筋），上下箍筋的焊接節(jié)點(diǎn)需按規(guī)范要求錯(cuò)開(kāi)，焊接長(zhǎng)度為單面焊10d，雙面焊5d（圖6）。

2.5.3 梁縱筋的安裝

梁縱筋的安裝順序：安裝底部穿型鋼柱鋼筋→安裝底部繞型鋼柱鋼筋→安裝上部穿型鋼柱鋼筋→安裝上部繞型鋼柱鋼筋。

2.5.4 梁箍筋的安裝

圖6 型鋼柱箍筋

梁箍筋的安裝同普通梁，但是由于梁截面高度達(dá)到1.2 m和1.5 m，故箍筋施工完成之前梁側(cè)模不能關(guān)模，梁中部固定腰筋的拉結(jié)筋通過(guò)焊接的形式固定在型鋼上。

2.6 模板加固

型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域模板采用螺桿進(jìn)行加固，能夠穿過(guò)螺桿的區(qū)域采用整根螺桿加固，有型鋼阻礙的區(qū)域采取焊接螺桿在型鋼上進(jìn)行加固。

2.7 混凝土澆筑

因本工程型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋密集，如何保證該部位的混凝土密實(shí)度是質(zhì)量控制的重點(diǎn)。結(jié)合以往場(chǎng)館類(lèi)項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，決定采用C30自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑。自密實(shí)混凝土具有高流動(dòng)性、不離析、均勻性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，澆筑時(shí)依靠自重流動(dòng)，無(wú)需振搗而達(dá)到密實(shí)。

應(yīng)用于本工程型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域的自密實(shí)混凝土基本技術(shù)性能指標(biāo)及注意事項(xiàng)如下：

1）自密實(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，自密實(shí)性能等級(jí)二級(jí)，坍落擴(kuò)展時(shí)間T50控制在3～20 s之間，漏斗通過(guò)時(shí)間在7～25 s之間；

2）粗骨料最大粒徑不大于20 mm；砂子采用中偏粗砂，含泥量小于等于1.5%；3）外加劑用聚羧酸系高效減水劑，盡量不用增黏劑；4）采用P.O 42.5普通水泥，到場(chǎng)的自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度在660～755 mm之間。

3 質(zhì)量控制措施

1）在鋼構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)時(shí)，經(jīng)檢查復(fù)核后才允許卸車(chē)、吊裝，針對(duì)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的檢查項(xiàng)目有：穿筋孔開(kāi)孔數(shù)量、位置、規(guī)格等是否符合深化設(shè)計(jì)要求；牛腿翼緣板標(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求；相關(guān)出廠質(zhì)量證明文件。

2）鋼筋加工質(zhì)量：鋼筋加工尺寸誤差不得大于10 mm，對(duì)于彎折鋼筋的彎折度必須嚴(yán)格控制，以免影響施工。

3）鋼筋綁扎質(zhì)量：鋼筋綁扎時(shí)嚴(yán)禁出現(xiàn)跳扎、漏扎現(xiàn)象，尤其是梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域一定要保證滿扎。

4）混凝土澆筑質(zhì)量：嚴(yán)禁出現(xiàn)漏漿、脹?，F(xiàn)象，尤其是在梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域必須保證混凝土成形質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土成形效果如圖7所示。

圖7 混凝土現(xiàn)場(chǎng)成形效果

4 結(jié)語(yǔ)

大跨度多向懸挑式鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)可在大跨度多向懸挑、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)和梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋較密集幾種情況均出現(xiàn)的施工工程中推廣應(yīng)用。

通過(guò)多個(gè)類(lèi)似工程的實(shí)踐證明，本技術(shù)有著非?？捎^的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[6-8]：

1）工期效益：通過(guò)多次實(shí)踐證明，按照此工法施工避免了各種施工工藝穿插產(chǎn)生的矛盾沖突，也減小了梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域的施工難度，可以大幅提高施工效率，節(jié)省了大量的施工時(shí)間。

2）經(jīng)濟(jì)效益：由于前期對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域做了深化設(shè)計(jì)，減小了施工難度，因此也避免了很多返工和窩工的可能，節(jié)約了人力、物力，有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3）保證質(zhì)量：此工法對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工中的施工難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，基本上提出了施工中普遍遇到的問(wèn)題的解決方法，能夠很好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，更能保證型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，尤其是梁柱節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量。