寇 宇

（中鐵十六局集團城市建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100018）

0 引言

勁性混凝土結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展的初級階段主要運用于工業(yè)建筑之中，勁性混凝土結(jié)構(gòu)在我國快速發(fā)展階段主要集中在 20 世紀 90 年代之后的各大中型城市超高層建筑中。鋼結(jié)構(gòu)這種材料具有可塑性好、強度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，勁性混凝土結(jié)構(gòu)集傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢于一體，即成本低、工期短［1］。

1 工程概況

北京曹妃甸教職城一期項目位于曹妃甸生態(tài)城，總建筑面積 28.2 萬 m2，由 50 棟單體建筑組成，校級辦公樓高度為 80 m、地下 3 層、地上 20 層；結(jié)構(gòu)形式同為核心筒結(jié)構(gòu)。含有型鋼柱（見圖 1）和型鋼梁，型鋼柱的尺寸都在 1 m 以上，柱子的混凝土標號為 C 60，同時核心筒內(nèi)的約束邊緣柱也為型鋼柱，核心筒混凝土標號為C 60 自密實混凝土。

圖1 十字型鋼柱大樣圖（單位：mm）

2 勁性混凝土結(jié)構(gòu)施工改進措施及優(yōu)化

2.1 焊接變形的調(diào)整

鋼柱變形協(xié)調(diào)措施是依據(jù)數(shù)值計算的結(jié)果所確定的，在施工前采用計算機數(shù)字仿真技術(shù)進行模擬來計算焊接時收縮變形值和需要協(xié)調(diào)的壓縮量，并考慮深化設(shè)計中的變形值［2］。

鋼柱在深化設(shè)計階段是利用 ANSYS 軟件進行預(yù)調(diào)整，引起結(jié)構(gòu)剛度改變屬于幾何改變。幾何改變分為大位移、應(yīng)力剛化、大應(yīng)變 3 類。

在分析時，應(yīng)該注意單元選擇、單元形狀、網(wǎng)格密度、荷載和邊界條件等問題，并根據(jù)歐拉臨界公式進行計算。采用 BEAM 單元時，繞單元軸轉(zhuǎn)動的自由度是需要約束的，靜力分析進行時會伴有異常屈曲模態(tài)（模態(tài)分析時會出現(xiàn)零值）。

BEAM 189 是 3 D 二次有限應(yīng)變梁，是存在均布荷載作用的梁，跨間的集中荷載和部分分布荷載在整個單元長度上是不支持的［3］（見圖 2～3）。

圖2 構(gòu)件中點屈曲前后的荷載-撓度曲線

分析結(jié)果的判斷是建立在對復(fù)雜節(jié)點制作的經(jīng)驗上，并參照 JGJ 99－2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定對焊接引起的收縮進行預(yù)調(diào)整［4］。

2.2 鋼筋與型鋼柱之間的處理

通過建立實體模型進行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計時，鋼結(jié)構(gòu)穿筋需要提前根據(jù)設(shè)計院的圖紙進行放樣以滿足現(xiàn)場的實際需要［5］。對于復(fù)雜位置如梁柱的節(jié)點，應(yīng)進行逐一的檢查、放樣，并針對不同的問題提出解決措施。

圖3 構(gòu)件頂點屈曲前后的位移-荷載曲線

2.2.1 改變箍筋形式

一般情形下箍筋穿腹板需要斷開。斷開的箍筋一分為二。當(dāng)每根柱子的箍筋都需要穿腹板時，這樣累積起來焊接的箍筋數(shù)量將十分巨大。所以鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家在深化過程中發(fā)現(xiàn)該問題后，改變非節(jié)點區(qū)域的箍筋穿越腹板，通過調(diào)整為 2 根單肢箍筋穿過腹板后進行焊接，優(yōu)化之后減少了大量的焊接工程量［6］（見圖 4～5）。

圖4 型鋼柱配筋圖

圖5 箍筋形式示意圖

2.2.2 鋼筋接駁器搭接牛腿的使用

眾所周知，一般結(jié)構(gòu)的柱底剪力非常大，梁柱節(jié)點處鋼筋密集且不能在鋼柱底部開大量穿筋洞讓梁鋼筋通過。而接駁器的使用將很好地解決這個問題。接駁器是通過使用直螺紋套筒焊接在鋼柱的翼緣板上，而直螺紋套筒焊接前必須進行拉拔試驗。一般情況下勁性混凝土梁鋼筋一端連接接駁器，另一端的梁鋼筋與搭接板焊接，其少數(shù)情況下梁兩端鋼筋都與接駁器連接［7］。

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2.2.3 型鋼梁與型鋼柱主筋位置的處理

當(dāng)柱子豎向受力鋼筋無法穿過型鋼梁，并與型鋼梁的鋼骨相撞時，可以調(diào)整柱子受力鋼筋的位置，使從型鋼梁兩側(cè)通過。豎向鋼筋按照 1∶6 彎折，是因在鋼筋無法調(diào)整時，為了避開型鋼梁改變主筋位置。

2.2.4 腹板開孔直徑

常規(guī)條件下十字型鋼腹板上框架梁主筋穿過時，按照設(shè)計要求必須開孔通過。開孔分為兩種規(guī)格。當(dāng)腹板開孔直徑為 45 mm 時，框架梁鋼筋直徑＞32 mm；當(dāng)腹板開孔直徑為 35 mm 時，框架梁鋼筋直徑為≤32 mm。

2.2.5 優(yōu)化后的梁主筋連接

按照現(xiàn)有規(guī)范，在框架梁中部采用機械連接時，梁主筋在 2 根鋼柱之間將無法按照常規(guī)方法施工。可采用一個完整套筒長度的絲扣加工長度在梁筋中部連接，通過將套筒完全擰入一端，待與另一端主筋連接后再退擰，此方式連接也符合現(xiàn)有規(guī)范要求［8］。

2.3 型鋼柱焊縫優(yōu)化

按照現(xiàn)有設(shè)計要求，當(dāng)焊縫要求為 I 級時，鋼構(gòu)件必須進行 100 % 檢測，鋼構(gòu)件的檢測應(yīng)采用超聲波探傷。焊接質(zhì)量不合格的主要原因是由于坡口焊縫清理不干凈造成的，同時焊縫形式的改變也能很好地滿足質(zhì)量要求，由原來的焊縫 45°K 型改為 35°V 型，很好地解決了這個問題［9］（見圖6～7）。

圖6 原設(shè)計 K 形坡口焊縫（單位：mm）

圖7 優(yōu)化后 V 形坡口焊縫（單位：mm）

2.4 型鋼柱混凝土澆筑

1）鋼柱澆筑時在第一節(jié)與支座平面臨接觸處有間隙，間隙的寬度為 50 mm 左右。采用無收縮且流動性能好的灌漿料進行間隙填充。在柱腳底處鋼板開 4 個小洞，無收縮灌漿料從間隙的一層灌入，間隙的其余側(cè)面使用模板擋住，灌漿過程不能間斷，灌漿完成之后覆蓋塑料薄膜并對灌漿料進行養(yǎng)護［10］。

2）外框柱及核心筒中都含有鋼結(jié)構(gòu)，使用普通混凝土澆筑將帶來諸多不便，只有使用自密實混凝土澆筑才能夠保證混凝土的質(zhì)量。

3）剪力墻中的連梁與暗柱都為鋼結(jié)構(gòu)，兩者的交界處空間狹小，混凝土振搗棒無法正常振搗，通過連梁鋼筋從直錨入墻體改為彎錨措施后，振搗棒方可正常振搗。

4）通過增大加勁板上開孔的直徑，振搗棒可以順利地在箱型柱內(nèi)振搗，提高了混凝土的密實度。

3 質(zhì)量控制

3.1 原材料的質(zhì)量控制

按照工程質(zhì)量控制要求，不合格的材料不能在本工程中使用，只有具備復(fù)試檢測報告和合格證的材料才能在本工程上使用，這是鋼構(gòu)件進廠和出廠時質(zhì)量控制的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼構(gòu)件在加工完成之后必須按照規(guī)范要求進行驗收，驗收完成之后方可出廠。

3.2 型鋼柱的吊裝與焊接

鋼骨柱施工質(zhì)量控制難點是安裝精度控制，通過控制位移和垂直度偏差來滿足規(guī)范要求，同時鋼骨柱的施工效率也間接得到了提高。施工中垂直度控制依靠使用激光經(jīng)緯儀實現(xiàn)，這樣既提高了精度，也提高了施工人員的工效［11］。

坡口焊透對接焊縫在翼緣和腹板接頭部分的焊接中使用，焊縫要求為一級焊縫，為了確保焊縫質(zhì)量采用 CO2氣體保護焊。由于上下柱拼接產(chǎn)生的間隙在焊縫根部，故焊接前應(yīng)清除焊縫坡口附近水份、鐵銹，防止引弧傷害母材。鋼柱焊接時采取對稱焊接，現(xiàn)場鋼柱的截面積較大，需要 2 個焊工面對面沿著同一個時針進行焊接。焊接過程中使用全站儀對鋼柱的焊接進行全過程監(jiān)測，監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)鋼柱產(chǎn)生偏位時應(yīng)通過調(diào)整焊流大小以及焊接速度這兩方面及時校正偏差。焊縫表面打磨應(yīng)在鋼柱焊接完成且自然冷卻并通過超聲波探傷檢測之后進行。超聲波檢測發(fā)現(xiàn)焊接出現(xiàn)問題后，應(yīng)及時查清焊接不合格原因，返修后再探傷檢測直至焊縫合格。

3.3 鋼筋的翻樣和加工

核心筒模板需采用對拉螺栓對木膠板進行加固，當(dāng)核心筒剪力墻的鋼筋直徑＞28 mm 時會與對拉螺栓產(chǎn)生沖突，因此首層模板加工時應(yīng)確定對拉螺栓開孔的位置，以避開剪力墻內(nèi)鋼筋，并克服調(diào)整鋼筋位置難度大的困難。當(dāng)剪力墻鋼筋安裝產(chǎn)生偏位時，已開孔的模板需重新開孔，開孔過多會造成模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)降低和混凝土的外觀質(zhì)量降低，可通過設(shè)置定位卡來解決主筋和墻筋的偏位問題［12］。

4 結(jié)語

在北京曹妃甸保稅區(qū)教職城一期項目施工中，結(jié)合項目本身的特點通過對勁性混凝土施工技術(shù)的優(yōu)化提高鋼構(gòu)件在車間的加工精度、鋼結(jié)構(gòu)之間對接焊縫的質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)吊裝過程中精度的控制、鋼結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎的質(zhì)量，為項目按期實現(xiàn)結(jié)構(gòu)封頂、降低工程施工成本、提高可靠性等方面帶來了良好的經(jīng)濟和社會效益。