程 偉

(中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610081)

1 概述

型鋼混凝土組合結構是鋼—混凝土組合結構的一種主要形式，又稱勁性混凝土結構、包鋼混凝土結構、鋼骨混凝土結構，是結合了鋼筋混凝土結構和鋼結構的優(yōu)點后發(fā)展起來的一種結構形式，由于其具有承載能力高、剛度大、耐火性好及抗震性能好等優(yōu)點，已越來越多的運用在各種大型建筑、高層、超高層建筑及抗震要求高的建筑中。

型鋼混凝土組合結構在具有突出優(yōu)點的同時，也給施工提出了新要求，由于型鋼的存在，特別是在結構的縱橫向節(jié)點，由于型鋼的影響導致鋼筋安裝密度較高，既有鋼筋與型鋼的沖突，也有鋼筋與鋼筋的沖突，既加大了鋼筋安裝的難度，也最終影響到混凝土的澆筑。保證鋼結構工程、鋼筋工程的順利施工，保證施工質(zhì)量是型鋼混凝土組合結構施工的難點。因此，在施工前需要對鋼結構進行優(yōu)化設計，主要以工廠加工可行、吊裝方便、施工時間短、現(xiàn)場焊接量少、施工質(zhì)量可控為原則，同時優(yōu)化鋼結構、鋼筋工程施工順序，為保證現(xiàn)場有序施工打下基礎。優(yōu)化需要做到：

1)優(yōu)化過程中，提前考慮結構部位的施工方法、施工難度，以及各專業(yè)之間的沖突，制定相應措施。2)鋼結構連接節(jié)點做到構造合理、安全可靠、易加工、方便安裝。3)保證鋼結構與鋼筋及鋼筋之間定位排布的正確性和施工順序的合理性，確保現(xiàn)場施工順利。

2 詳解優(yōu)化設計要點

2.1 優(yōu)化流程

優(yōu)化流程：審圖→建?！罨O計→BIM模擬施工→優(yōu)化→審核→出圖。

優(yōu)化順序：節(jié)點設計→柱筋優(yōu)化→豎向連接板、加強板設計→梁筋優(yōu)化→橫向連接板、加強板設計，穿孔設計→吊裝耳板、連接耳板等設計。

2.2 優(yōu)化工作主要內(nèi)容

施工圖優(yōu)化是型鋼混凝土組合結構施工的重要基礎工作之一，是在符合設計要求的前提下，結合現(xiàn)場實際和工廠加工能力、運輸能力，詳細計劃鋼構件分區(qū)分段拼裝方式和安裝順序、焊接順序以及鋼筋穿筋順序的基礎上進行。由于柱、梁鋼筋穿過型鋼梁是相互交錯的，在施工前應全面考慮梁、柱鋼筋穿過型鋼梁時的方式和先后順序，特別是梁柱節(jié)點部位，應利用BIM技術進行施工模擬驗證，便于有序組織，提高工效。

優(yōu)化工作包括：

1)繪制梁柱節(jié)點大樣圖。繪制柱拼接、梁拼接節(jié)點大樣圖。2)利用BIM技術，優(yōu)化柱鋼筋和型鋼、梁鋼筋與型鋼柱的定位排布，同時合理編排焊接順序和穿筋順序。3)繪制柱或梁縱向鋼筋穿過型鋼梁翼緣或腹板穿孔及補強的節(jié)點大樣圖。4)繪制鋼梁內(nèi)肢箍及次梁箍筋與型鋼梁相交時需穿孔的布置圖和大樣圖。5)繪制牛腿、加勁板、連接板、耳板、栓釘定位及大樣圖。6)繪制機電管線穿型鋼梁預留孔洞大樣圖。繪制混凝土澆筑時需要的灌漿孔、排氣孔、排水孔布置圖和大樣圖。

2.3 優(yōu)化要點

2.3.1梁柱節(jié)點優(yōu)化

型鋼柱、梁在滿足設計受力要求下，根據(jù)吊裝能力和運輸能力，結合工廠制造加工能力，優(yōu)化梁柱節(jié)點設計，優(yōu)化型鋼柱、梁拼接方式、拼接位置。

首先需要先確定型鋼框架的安裝單元。應綜合考慮加工、運輸和現(xiàn)場起重設備能力，本著方便實施、減少現(xiàn)場作業(yè)量的原則進行。柱安裝單元宜為三層一根，考慮現(xiàn)場吊裝能力以及作業(yè)環(huán)境等因素也可為一層、兩層或四層一根。梁的安裝單元為每跨一根。

其次確定拼接方式?？蚣苤c梁的連接宜采用柱貫通型，梁柱節(jié)點連接一般采用焊接或栓焊混合連接。梁的上、下翼緣用坡口全熔透焊縫與柱翼緣連接,腹板用摩擦型高強度螺栓與柱翼緣上的剪力板連接,在梁翼緣板對應的柱的位置，應設置水平加勁肋，如圖1所示。柱在工地拼接時，宜采用全熔透焊縫連接。柱接頭應位于框架節(jié)點塑性區(qū)以外,考慮焊接作業(yè)方便，一般宜在框架梁上方1.0 m～1.3 m。梁接頭應位于框架節(jié)點塑性區(qū)以外。

2.3.2鋼筋優(yōu)化

型鋼柱需根據(jù)與之相連的型鋼梁截面尺寸、配筋及柱主筋位置情況進行優(yōu)化，確定型鋼穿孔位置，以及牛腿、加勁板、連接板位置，排布鋼筋穿筋順序，考慮混凝土澆筑需要設置灌漿孔、排氣孔。確保型鋼現(xiàn)場安裝中柱、梁鋼筋能夠順利施工，不開孔、不擴孔、不返工，如圖2所示。

鋼筋與鋼構件節(jié)點部位處理，一般采用鋼筋繞開法、穿孔法、連接件法及其組合法。當采用鋼筋繞開法時，鋼筋應按不小于1∶6角度折彎繞過型鋼。當采用連接件法時，鋼筋下端宜采用套筒與型鋼連接，上端宜采用連接板連接，如圖3所示。焊接于型鋼上的鋼筋連接套筒，應在對應于鋼筋接頭位置的型鋼內(nèi)設置加勁肋，加勁肋應正對連接套筒。

當鋼筋與型鋼采用連接板焊接時，宜采用雙面焊。當不能采用雙面焊時，方可采用單面焊。雙面焊搭接長度不應小于5d，單面焊搭接長度不應小于10d，見圖4。

2.4 優(yōu)化注意點

1)合理排布型鋼混凝土柱中縱向主筋的位置，避開鋼梁的翼緣板，并在施工過程中對鋼筋和型鋼進行精準的定位。如無法避開型鋼翼緣，則應對預留孔進行承載力驗算，若不滿足，則應補強。柱內(nèi)豎向鋼筋凈距不宜小于50 mm，且不宜大于200 mm；豎向鋼筋與型鋼的最小凈距不應小于30 mm。

2)根據(jù)梁筋的位置，確定型鋼腹板打孔位置。梁主筋與型鋼柱相交時，應有不小于50%的主筋通長設置。當必須在柱內(nèi)型鋼腹板上預留貫穿孔時，型鋼腹板截面損失率宜小于腹板面積的25%，見圖5。

3)根據(jù)梁柱節(jié)點處柱箍筋的間距、直徑，在鋼梁腹板上留置節(jié)點箍筋穿筋孔。也可考慮腹板上預焊胡子筋，在現(xiàn)場箍筋與之焊接。

2.5 BIM模擬施工技術

BIM模擬施工技術，一是快速、準確地檢驗優(yōu)化設計中鋼結構與鋼筋、鋼筋與鋼筋是否沖突，間距是否滿足規(guī)范要求，鋼結構加強部分是否影響鋼筋施工；二是檢驗施工順序是否合理，避免相互干擾降低工效，甚至影響施工質(zhì)量；三是實現(xiàn)三維動畫可視化技術交底，提高交底效果。

1)檢驗方法：利用BIM技術中的軟碰撞方法檢查鋼筋間距、鋼筋與鋼構件間距是否滿足設計要求、規(guī)范要求。

2)檢驗流程：確定鋼構件、鋼筋、預留孔洞的規(guī)格尺寸、位置、空間關系等各項參數(shù)→預設施工順序→利用Tekla鋼結構建模軟件建立三維模型→模擬施工→碰撞檢查→輸出報告→修改調(diào)整→重復前述步驟，得出最優(yōu)方案。

3 工程實例

貴陽花果園R1區(qū)7號樓(逸林酒店)位于貴陽市南明區(qū)，該建筑總建筑面積12.566萬m2，地下室4層，地上50層，結構高度226.05 m，采用框架—核心筒結構體系。外圍框支柱采用鋼管疊合柱和H型鋼混凝土柱(至F11)，核心筒采用十字型鋼混凝土暗柱和H型鋼混凝土暗柱(至F7)。轉(zhuǎn)換層四角為斜交轉(zhuǎn)換柱，柱截面尺寸為1.4 m×1.6 m，內(nèi)置600×800 H型鋼，翼緣及腹板厚35 mm，材質(zhì)為Q390GJ-B鋼材。

本工程的施工難點之一，即斜交轉(zhuǎn)換柱的加工制作、現(xiàn)場施工以及與鋼筋、模板、混凝土施工的協(xié)調(diào)配合。通過對鋼結構部分進行深化設計，同時運用BIM模擬施工技術對施工進行模擬，按照鋼筋大小、定位、間距對斜交轉(zhuǎn)換柱鋼筋放樣，在模型中根據(jù)碰撞情況對受到鋼柱、鋼梁、加腋鋼結構等影響的鋼筋進行優(yōu)化。通過模擬發(fā)現(xiàn)，斜交轉(zhuǎn)換柱起始位置與鋼管疊合柱相交，其配筋按照各自縱筋及箍筋配筋，箍筋相互影響，焊接量大，且質(zhì)量難以控制，混凝土澆搗過程中不易澆筑密實，容易產(chǎn)生蜂窩、麻面、露筋。經(jīng)與設計單位溝通，更改為水平大箍筋，包裹斜柱和立柱型鋼。通過優(yōu)化，確保了鋼筋安裝和混凝土澆筑質(zhì)量，同時理順了施工順序，提高了工效，順利的完成了施工任務。

轉(zhuǎn)換層斜交轉(zhuǎn)換柱角柱大樣見圖6，箱型柱與斜交柱三維放大圖見圖7。

4 結語

型鋼優(yōu)化設計階段是型鋼混凝土組合結構施工的重要階段，其工作質(zhì)量直接影響到結構安全、施工質(zhì)量和施工組織的有序性，對工程施工質(zhì)量、安全、成本、工期影響深遠，需要高度重視，采用BIM技術模擬施工能夠有效提高優(yōu)化設計質(zhì)量，促進現(xiàn)場有序施工，提高工效，保證質(zhì)量。