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        型鋼混凝土構(gòu)件施工中鋼筋和鋼骨發(fā)生碰撞時(shí)的處理方法

        2015-09-18 08:43:20
        建筑施工 2015年3期
        關(guān)鍵詞:結(jié)筋套筒型鋼

        濰坊市婦幼保健院 濰坊 261011

        0 前言

        高層建筑和超高層建筑的大量涌現(xiàn)和快速發(fā)展,帶動(dòng)了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(也稱勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))的廣泛應(yīng)用。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)不僅和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)一樣具有剛度大、延性好的特點(diǎn),同時(shí)解決了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在防火、耐腐蝕等方面的弊端而受到設(shè)計(jì)師的青睞[1]。雖然型鋼混凝土具有上述優(yōu)點(diǎn),但是為了滿足設(shè)計(jì)抗震要求而設(shè)置的密集的鋼筋和截面復(fù)雜多變的鋼骨形成了復(fù)雜的干涉和碰撞關(guān)系(圖1、圖2),給施工帶來(lái)了較大的難度。如何在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,更加方便、可靠地施工,就成為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

        圖1 復(fù)雜的型鋼混凝土構(gòu)件和復(fù)雜的鋼骨架

        1 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系

        型鋼混凝土結(jié)構(gòu)從材料上分為型鋼、鋼筋和混凝土,3 種組成相互影響、相互制約。型鋼鋼骨的布置會(huì)與鋼筋發(fā)生碰撞,需要按照構(gòu)件對(duì)于結(jié)構(gòu)的重要程度及施工可行性進(jìn)行避讓或連接;鋼筋因避讓型鋼導(dǎo)致排布形式改變,可能會(huì)影響混凝土的澆筑,需要相應(yīng)配置混凝土的級(jí)配和配合比;為保證混凝土澆筑,需要對(duì)型鋼進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)孔處理(型鋼腹板上的鋼筋穿孔均在工廠制作);型鋼的布置會(huì)影響到混凝土模板和流動(dòng)性的設(shè)計(jì);而混凝土的強(qiáng)度等級(jí)及施工縫的設(shè)置將影響鋼筋的錨固長(zhǎng)度;鋼筋與型鋼的連接方式會(huì)對(duì)型鋼產(chǎn)生額外的受力情況,使型鋼處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)[2]。

        圖2 型鋼和鋼筋碰撞示意

        同時(shí),對(duì)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工深化設(shè)計(jì),首先應(yīng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì),然后根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)進(jìn)行混凝土鋼筋的連接設(shè)計(jì),最后在確定鋼筋連接件的定位后,再進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的下料、施工。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)是一個(gè)多因素偶聯(lián)的問(wèn)題,需要先提出假定,通過(guò)進(jìn)一步的推算設(shè)計(jì)來(lái)證實(shí)假定的可行性。同時(shí),型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)又是一個(gè)開(kāi)放式的問(wèn)題,根據(jù)施工條件的不同會(huì)形成相應(yīng)的最優(yōu)方案,必須緊密聯(lián)系施工的實(shí)際技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等情況。

        2 鋼筋與型鋼碰撞處置的原則和方法

        如前所述,由于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼、鋼筋、混凝土存在著復(fù)雜的連接和結(jié)合關(guān)系,因此使得施工的難度大幅度增加。首先是針對(duì)鋼筋與型鋼之間的碰撞問(wèn)題,采用何種方法和措施讓兩者協(xié)同連接,符合設(shè)計(jì)受力要求,施工操作又比較方便和簡(jiǎn)單;其次是要解決模板和混凝土澆筑問(wèn)題。由于型鋼混凝土構(gòu)件組成復(fù)雜,特別是超高層的大斷面異形型鋼混凝土構(gòu)件,引起模板的設(shè)計(jì)和施工復(fù)雜性也大為提高。同時(shí)由于型鋼和高密度鋼筋的存在(圖3),混凝土澆筑的難度也大為增加,施工控制不善可能引起空洞和蜂窩等質(zhì)量問(wèn)題。所以,需要尋求合理的方法和解決方案。

        針對(duì)型鋼與鋼筋的碰撞問(wèn)題,解決方法分類如下:

        1)穿孔法。通過(guò)在型鋼腹板上穿孔和在翼緣上穿孔,實(shí)現(xiàn)鋼筋的合理穿越(圖4)。而由此引起的型鋼截面削弱,則需要結(jié)合孔徑、板厚以及穿孔數(shù)量進(jìn)行合理加強(qiáng),適用于柱內(nèi)縱筋與梁或斜撐相交的情況。

        圖3 密集鋼筋和型鋼

        圖4 穿孔法

        2)焊接法。通過(guò)在型鋼上焊接連接鋼板或者連接套筒實(shí)現(xiàn)和鋼筋的連接,使鋼筋與型鋼形成整體受力。焊接法優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有削弱型鋼,但焊接和鋼筋處理的工作量比較大,現(xiàn)場(chǎng)焊接部分操作難度較高,適用于鋼筋較密或鋼板較厚的情況。

        3)繞轉(zhuǎn)避讓法。通過(guò)繞開(kāi)或者折彎鋼筋繞開(kāi)型鋼,實(shí)現(xiàn)了鋼筋連續(xù)的同時(shí),又不對(duì)型鋼產(chǎn)生削弱的目的(圖5)。適用于外側(cè)鋼筋或型鋼尺寸較小的情況。需要注意的是,如果鋼筋為主承力,則鋼筋彎折需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)同意。

        圖5 鋼筋繞轉(zhuǎn)避讓及箍筋穿孔示意

        4)鋼筋替代法。通過(guò)鋼筋等效替換的原則改變鋼筋的直徑和數(shù)量,避免鋼筋與型鋼的干涉關(guān)系或者減小干涉,進(jìn)而采用其他方式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

        5)等效加強(qiáng)法。如果鋼筋被截?cái)嗷蛘咝弯摫幌魅?,則通過(guò)等效加強(qiáng),補(bǔ)充設(shè)置鋼筋或?qū)︿摪暹M(jìn)行加強(qiáng)的方法,確保構(gòu)件傳力路徑連貫和符合設(shè)計(jì)的要求。

        3 鋼筋與型鋼的碰撞類型及處理方法

        型鋼與不同鋼筋類型的碰撞可分為3 類:縱向受力鋼筋與型鋼的碰撞;箍筋或拉結(jié)筋與型鋼的碰撞;梁、板縱筋錨固段與型鋼發(fā)生的碰撞。

        3.1 縱向受力鋼筋與型鋼的碰撞處理

        此種情形下,鋼筋與型鋼的處理原則是鋼筋避讓型鋼。當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí),可采用穿孔法和焊接法處理。當(dāng)采用穿孔法時(shí),可以配合采用等強(qiáng)度代換的方式增加鋼筋直徑,減少鋼筋數(shù)量,增大鋼筋間距,從而減少開(kāi)孔數(shù)量。對(duì)于縱向受力鋼筋,可通過(guò)公式(1)計(jì)算。

        式中:n1、n2——代換前、后縱筋數(shù)量;

        d1、d2——代換前、后縱筋直徑;

        fy1、fy2——代換前、后縱筋屈服強(qiáng)度。

        需要注意的是,代換后應(yīng)對(duì)構(gòu)件的最大裂縫寬度、撓度和有效截面高度進(jìn)行驗(yàn)算。下面對(duì)3 種方法進(jìn)行具體的分析。

        1)穿孔法:對(duì)于設(shè)置穿筋孔的方法,應(yīng)盡量避免在型鋼翼緣穿孔,型鋼腹板的界面損失率宜小于腹板面積的25%。當(dāng)鋼筋穿孔使型鋼截面削弱影響承載力時(shí),應(yīng)采取型鋼穿孔處截面局部加厚的辦法予以補(bǔ)強(qiáng)。

        2)焊接法(焊接連接鋼板):鋼筋與型鋼焊接通過(guò)連接板進(jìn)行焊接。連接板板厚應(yīng)大于鋼筋直徑,型鋼與連接板通過(guò)對(duì)接焊連接,鋼筋與連接板通過(guò)雙面焊縫焊接,焊縫長(zhǎng)度5d,確保等強(qiáng),當(dāng)上下2 皮或者多皮鋼筋時(shí),相鄰層的連接板可采用不同長(zhǎng)度錯(cuò)開(kāi),方便鋼筋連接。

        3)焊接法(連接套筒):連接套筒的方式適用于直徑大于16 mm的鋼筋(圖6)。當(dāng)套筒排布比較密集時(shí),應(yīng)考慮焊接引起的殘余應(yīng)力對(duì)型鋼受力的影響。同時(shí),縱向受力鋼筋與型鋼連接需要保證有效的傳力,避免出現(xiàn)由于縱筋受力引起型鋼的局部屈服。

        圖6 焊接法連接套筒連接

        3.2 箍筋、拉結(jié)筋與型鋼的碰撞處理

        此種情形下,箍筋、拉結(jié)筋與型鋼的連接方式與縱筋類似,也有穿孔法和焊接法可以選擇。同時(shí),也可以進(jìn)行等強(qiáng)度代換來(lái)減少開(kāi)孔數(shù)量,代換公式為:

        式中:Asb1、Asb2——代換前、后彎筋面積;

        fyb1、fyb2——代換前、后彎筋屈服強(qiáng)度;

        Asv1、Asv2——代換前、后箍筋面積;

        fyv1、fyv2——代換前、后箍筋屈服強(qiáng)度;

        s1、s2——代換前、后箍筋間距;

        h0——有效截面高度;

        α——彎筋與軸線夾角。

        1)穿孔法:這種方法同樣要注意開(kāi)孔數(shù)量對(duì)型鋼截面削弱的影響(圖7)。同時(shí),當(dāng)箍筋數(shù)量較多、較密時(shí),需要協(xié)調(diào)孔軸線間的關(guān)系,避免箍筋出現(xiàn)過(guò)大傾斜。

        圖7 箍筋、拉結(jié)筋穿孔法和加強(qiáng)處理

        2)焊接法(焊接連接鋼板):通常情況下,鋼筋不宜與型鋼直接焊接,箍筋與型鋼的連接相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有明確敘述。可以先在型鋼上焊接連接板,再將箍筋焊接到連接板上。但當(dāng)箍筋形式較為復(fù)雜,且箍筋環(huán)間距較小,在焊接連接板時(shí),可能會(huì)由于連接板間距太近而導(dǎo)致無(wú)法施工,同時(shí)連接板也會(huì)影響混凝土的流動(dòng),因此,此種情況一般采用直接將箍筋焊接于型鋼的方式(圖8)。一般箍筋或拉結(jié)筋采用90°彎鉤,焊接5d,但由于這種方法缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),是否會(huì)影響箍筋傳力和腹板的穩(wěn)定性需要專門(mén)的分析,因此采用這種方法需要征得設(shè)計(jì)的同意。

        圖8 箍筋焊接連接法

        而如果采用連接套筒的方法,則需要通過(guò)旋轉(zhuǎn)鋼筋使其與套筒機(jī)械咬合。對(duì)于箍筋,因其與型鋼通常多余一點(diǎn)相交,無(wú)法采用該方法連接;對(duì)拉結(jié)筋則需要準(zhǔn)確控制旋轉(zhuǎn)角度,以保證最終拉結(jié)筋彎鉤位置滿足要求。因此,連接套筒的方法不適用于箍筋和拉結(jié)筋[3]。

        3.3 梁、板縱筋錨固段與型鋼發(fā)生的碰撞處理

        這種情形的處理相對(duì)簡(jiǎn)單,當(dāng)縱筋不與型鋼發(fā)生碰撞時(shí),則側(cè)面穿過(guò)即可;當(dāng)縱筋與型鋼發(fā)生碰撞時(shí),可以通過(guò)焊接連接板進(jìn)行連接(圖9),如果梁高足夠大,可以將梁縱筋緊靠型鋼進(jìn)行彎折錨固。

        圖9 梁縱筋和型鋼連接方法

        4 結(jié)語(yǔ)

        型鋼混凝土結(jié)構(gòu)承載力強(qiáng)、延性好、防火、耐腐蝕,在高層和超高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用,使其施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求是型鋼混凝土成功應(yīng)用的基本條件。本文歸納和提出的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼與鋼筋碰撞問(wèn)題的處置方法,為確保施工滿足設(shè)計(jì)要求和良好的施工質(zhì)量提供了一定價(jià)值的參考。

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