童繼魁

(中國建筑第七工程局有限公司南方公司福建分公司，福建 廈門 361000)

節(jié)點(diǎn)是連接梁和柱的重要部分，可以在梁和柱之間傳遞內(nèi)力，可以說節(jié)點(diǎn)的安全性會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行。因此，對該領(lǐng)域進(jìn)行研究非常有必要。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與優(yōu)勢

從1950年代開始引入型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，并且于1980年代以后開始在高層建筑中使用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(SRC)是指將型鋼(軋制或焊接)和鋼筋放置在混凝土中的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是內(nèi)置的組合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其中型鋼由鋼制成，鋼筋和混凝土圍繞型鋼放置。型鋼混凝土在性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在建筑梁柱節(jié)點(diǎn)中能起到更好的效果。與鋼結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土承載力更強(qiáng)，同時(shí)節(jié)約材料，具有良好的防火性能。

首先，此結(jié)構(gòu)施工簡單，便于現(xiàn)場型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋的安裝，提高了節(jié)點(diǎn)處鋼筋的安裝效率；其次，相比之下，采用連接器與焊接搭接板相結(jié)合的方式，可以大幅降低型鋼的開孔率，防止因必須開孔而導(dǎo)致勁性結(jié)構(gòu)型鋼的弱化，保證了結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。并且，與傳統(tǒng)的連接器施工方法相比，施工難度大，容易出現(xiàn)鋼筋與型鋼連接不上的情況，但與型鋼柱與框架梁斜交的情況下預(yù)先焊接連接板施工相對比下，不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)場無法安裝鋼筋和連接器的情況，施工質(zhì)量容易保證。為了有效降低大跨度梁的梁高，滿足內(nèi)部高大空間和結(jié)構(gòu)改造的需要，目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多地采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的形狀

2.1 梁鋼筋、柱型鋼

目前由于型鋼混凝土的成本相對較低，因此有許多建筑物使用鋼筋混凝土和型鋼混凝土，并且關(guān)于該類型的梁-柱節(jié)點(diǎn)的研究相對較多，其中大多數(shù)是關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁的研究。梁和柱之間的節(jié)點(diǎn)位置，梁縱向鋼筋不可以穿過柱內(nèi)型鋼的翼緣，也不得與其直接焊接。當(dāng)梁內(nèi)部分縱筋與柱內(nèi)鋼發(fā)生沖突時(shí)，需要將兩者分開。當(dāng)柱的型鋼邊緣鋼筋需要設(shè)置加勁肋，但是其不能設(shè)置太長，只需要局部設(shè)置即可。加勁肋的強(qiáng)度應(yīng)大于轉(zhuǎn)換后梁的鋼筋強(qiáng)度，以確保能穩(wěn)定有效地傳遞拉力，防止柱中的型鋼邊緣發(fā)生彎曲[1]。

2.2 梁型鋼、柱型鋼

對于較窄的梁，梁中的型鋼是可以穿過柱中型鋼的內(nèi)側(cè)，但是這種方法更加復(fù)雜。在梁和柱之間的節(jié)點(diǎn)處的型鋼兩側(cè)以及梁中的型鋼上翼與下翼的邊緣設(shè)置柱的加勁肋，確保梁的拉力能夠安全的傳遞到節(jié)點(diǎn)，防止柱中的型鋼發(fā)生彎曲[2]。另外，加勁肋不能設(shè)置的太長，只能設(shè)置在柱中的型鋼的邊緣。

2.3 梁型鋼、柱鋼筋

在該結(jié)構(gòu)中，需要進(jìn)行交叉的斜筋配置，并且梁和柱之間的節(jié)點(diǎn)處的裂紋應(yīng)平行于節(jié)點(diǎn)對角線。通常的結(jié)構(gòu)中水平箍筋在配置時(shí)會(huì)與裂縫存在角度，那么其性能會(huì)相應(yīng)降低[3]。在框架的節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行交叉的鋼筋配置，能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)的抗剪力的承載力有效提高。

3 施工要點(diǎn)

3.1 焊接鋼筋施工的要點(diǎn)

梁的面積應(yīng)為穿過柱子的縱向鋼筋的1/2。鋼牛腿的長度必須滿足梁縱向鋼筋焊接長度的要求，單面焊接為10d，雙面焊接為5d(d為鋼筋的直徑)。如圖1。

圖1 焊接法鋼筋施工

3.2 穿孔鋼筋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)

鋼筋預(yù)留孔位置的高度應(yīng)在兩個(gè)方向上錯(cuò)開，并且要在加工廠中預(yù)留孔口，嚴(yán)禁在現(xiàn)場開孔。預(yù)留孔與型鋼翼緣的距離應(yīng)該大于30mm，型鋼腹板的截面損耗率應(yīng)小于腹板面積的25%，如果超過25%時(shí)就需要使用加強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。鋼筋的彎曲角度不應(yīng)太大，如果最初采用的是彎筋穿孔，則應(yīng)盡可能采用雙排鋼筋或的形式，通過減小鋼筋的彎曲角度，可以方便現(xiàn)場鋼筋的安裝和施工。

3.3 套筒連接方法要點(diǎn)

在進(jìn)行套筒連接法鋼筋施工過程中，應(yīng)該注意套筒的選擇，應(yīng)該選用一級接頭且可焊接的機(jī)械連接套筒。在連接套筒與鋼骨翼緣之間的焊接，需進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。此外連接套筒必須提前在工廠完成焊接，嚴(yán)禁在施工現(xiàn)場焊接，還需要注意連接套管的水平凈距離必須大于30mm和套管外徑。在施工過程中，只能旋轉(zhuǎn)鋼筋以扣緊鋼筋和套管絲扣相扣，因此在深度設(shè)計(jì)的早期階段，必須避免構(gòu)件同一根鋼筋兩端均采用焊接套管的情況。

3.4 鋼梁搭接法鋼筋施工要點(diǎn)

短鋼梁的高度需要大于混凝土梁高度的0.7倍，長度要大于混凝土梁高度的2倍，并且應(yīng)滿足縱筋搭接長度的要求。梁內(nèi)的縱筋應(yīng)該有不少于1/2的面積穿過柱連續(xù)配置。在型鋼混凝土柱的一側(cè)至短鋼梁端部之外的1.5倍梁高范圍內(nèi)，混凝土梁必須根據(jù)梁端箍筋加密區(qū)域的要求配備箍筋。

3.5 聯(lián)合箍筋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)

當(dāng)箍筋穿過柱內(nèi)型鋼或與柱內(nèi)型鋼相連的鋼構(gòu)件施工較為困難時(shí)，則工廠會(huì)在鋼構(gòu)件的腹板位置預(yù)留一個(gè)孔，并將箍筋劃分為U形或L型，在現(xiàn)場穿過型鋼后焊接成封閉的箍筋，另外上下箍筋的焊接位置需要錯(cuò)開。如圖2、圖3所示。

圖2 節(jié)點(diǎn)箍筋施工要點(diǎn)

圖3 節(jié)點(diǎn)箍筋施工要點(diǎn)

3.6 豎向斜鋼筋連接要點(diǎn)

斜交框架梁縱向鋼筋兩端與型鋼柱連接時(shí)，由于不能保證型鋼柱兩端連接器的連接角度一樣，因此梁的縱向鋼筋不能被安裝。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐總結(jié)，采用在型鋼柱上預(yù)焊搭接筋板的方法，可以將梁縱筋的上下鐵條焊接在搭接板上，梁上鐵鋼筋從可以在型鋼柱吊裝完畢后進(jìn)行現(xiàn)場焊接，而如果梁下鐵鋼筋在安裝后焊接則為仰焊，此施工難度大。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐，將梁下鐵鋼筋在型鋼柱吊裝前提前在搭筋板上焊接短鋼筋，待其安裝完畢后在利用直螺紋套筒將短鋼筋加長，這種焊接鋼筋就由仰焊改為平焊了，既保證施工質(zhì)量的同時(shí)又降低了施工難度。

4 施工質(zhì)量控制措施

4.1 原材料

項(xiàng)目中使用的材料需要有測試報(bào)告和工廠證明，并且嚴(yán)格禁止未通過測試的材料在項(xiàng)目中使用，例如，鋼板、套管、用于加工鋼部件的螺柱以及用于主要結(jié)構(gòu)的鋼筋、混凝土等。要嚴(yán)格控制鋼構(gòu)件的出廠檢查和進(jìn)場驗(yàn)收的兩個(gè)階段，鋼構(gòu)件的焊接質(zhì)量和外觀必須在滿足相關(guān)批準(zhǔn)的規(guī)格和設(shè)計(jì)要求之后，才能運(yùn)輸和安裝。

4.2 施工調(diào)查

使用全站儀可以將圖紙中型鋼構(gòu)件的坐標(biāo)點(diǎn)精確放樣到施工現(xiàn)場，作為整體控制網(wǎng)。使用鋼尺測量位置點(diǎn)時(shí)，水準(zhǔn)儀需要協(xié)助控制尺子兩端的高度，使其受力均勻，并且距離測量均采用來回兩次拉尺的方法。使用周邊構(gòu)件(例如，混凝土柱)將標(biāo)高引至其上方，在吊裝構(gòu)件時(shí)需要根據(jù)此點(diǎn)直接使用鋼卷尺向上測量，然后使用水平儀往返測量與參考標(biāo)高校核。垂直度則需要通過經(jīng)緯儀觀察型鋼的角和邊緣來控制。

4.3 型鋼件的安裝

需要分件吊裝型鋼梁、柱和其他組件，并且在安裝后及時(shí)進(jìn)行矯正和固定。在起吊鋼構(gòu)件后需要將其放在適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，并使用墊木板等保護(hù)構(gòu)件邊角免受損壞。將構(gòu)件起吊到目標(biāo)位置的上方200mm處，首先應(yīng)將其穩(wěn)定，然后對準(zhǔn)螺栓孔緩慢下落，在下落過程中要避免發(fā)生磕碰，并在落實(shí)后及時(shí)調(diào)整軸的位置、高度和垂直度[4]。調(diào)整完成后，需要安裝臨時(shí)固定部件并擰緊螺栓以將其固定。對于高強(qiáng)度螺栓需要進(jìn)行初始擰緊并做好標(biāo)記，然后按照從中間到末端的順序依次擰緊。如果有螺栓連接孔中存在偏孔現(xiàn)象，則可以使用微型砂輪磨光機(jī)或人工打磨進(jìn)行糾正。

4.4 鋼筋綁扎

在捆扎型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁時(shí)，首先需要定位并安裝主鋼筋，然后安裝箍筋、鋼筋等，在完成所有準(zhǔn)備工作后進(jìn)行合模。在連接柱主鋼筋的過程中，可以在柱子外部連續(xù)綁扎鋼筋來連接主鋼筋，并且需要將主鋼筋以由上向下的方式插入到箍筋中。

4.5 牛腿板加工

在切割操作過程中，首先，需要控制好對應(yīng)坡口的方向，這時(shí)候可以根據(jù)坡口角度的要求進(jìn)行操作，也就是氣體焊接和焊條電弧焊中的推薦坡口中設(shè)置的角度，同時(shí)要及時(shí)清除坡口中的異物，防止在焊接過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題；其次，如果加工中使用不同厚度材料，那么需要對坡口的位置進(jìn)行減薄處理，同時(shí)提高施工時(shí)坡口對接質(zhì)量，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量；最后，在焊接牛腿板的過程中，牛腿板應(yīng)保持垂直，并且在SRC立柱的焊接中，可以用熔化的極氣體對電弧焊進(jìn)行保護(hù)，然后設(shè)置相應(yīng)的加勁肋，厚度約20mm，寬度與牛腿板相同。

4.6 安裝梁鋼筋

在具體的安裝操作中，需要將梁角部中的鋼筋垂直于牛腿板安裝，在焊接主鋼筋的過程中，必須在工件結(jié)合后再次固定點(diǎn)焊位置，等待連接好后即可開始焊接，焊接長度需要滿足雙面要求5d，焊縫高度需達(dá)到6mm左右，但需要注意的是，鋼筋的焊接強(qiáng)度應(yīng)保持在鋼筋的屈服強(qiáng)度以上。如果鋼筋發(fā)生脆性斷裂或焊接性能差，則需要對這批鋼筋進(jìn)行化學(xué)測試。其中梁中部的鋼筋必須穿過SRC柱的腹板截面，在此處可以預(yù)留一個(gè)孔洞以便進(jìn)行通長連接，但是需要避免鋼、孔接觸的情況，充分保護(hù)孔的橫截面。最后，需要調(diào)整梁主筋的位置，實(shí)施綁扎箍筋。

4.7 模板安裝

型鋼梁的橫截面尺寸相對較大，所以應(yīng)計(jì)算模板支撐體系以確定支撐框架的水平、垂直間距以及梁側(cè)對拉螺栓的排距和間距，并且按照規(guī)范要求增加構(gòu)造措施。在梁內(nèi)型鋼的影響下，對拉螺栓不能直接穿過梁，另外如果經(jīng)過設(shè)計(jì)院的同意就可以將對拉螺栓分為兩部分并對稱的焊接到型鋼梁的腹板上，從而對梁模板進(jìn)行固定。對于大跨度的型鋼梁，必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求將其拱起，另外考慮到型鋼梁下支撐腳手架容易產(chǎn)生撓度，因此可以根據(jù)實(shí)際情況增加鋼梁的起拱高度。

4.8 混凝土施工

由于勁性混凝土中的鋼筋通常太密實(shí)，因此在進(jìn)行混凝土振搗時(shí)，需要盡量避免與鋼筋、型鋼、模板、吊環(huán)等發(fā)生碰振。混凝土振搗時(shí)應(yīng)遵循邊澆邊振搗，并將振搗棒垂直插入混凝土中，從而使混凝土的上層和下層緊密結(jié)合。在操作過程中，需要做到快速插入和緩慢拔出，以避免發(fā)生分層離析或空洞現(xiàn)象。

澆筑混凝土前，施工人員必須嚴(yán)格按照有關(guān)要求進(jìn)行施工，充分保證澆筑達(dá)到施工要求的質(zhì)量。針對SRC的結(jié)構(gòu)來說，柱梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，如果鋼筋很密，則應(yīng)進(jìn)一步提高混凝土的質(zhì)量，需要將粗骨料的粒度嚴(yán)格控制在25mm左右的范圍內(nèi)。如果死角多，則需要振動(dòng)多次，防止發(fā)生振搗不實(shí)的情況，也可以用四根振動(dòng)棒實(shí)施振搗，并澆筑至頂。另外，為了確保已經(jīng)澆筑好的混凝土在規(guī)定年限內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)所需的強(qiáng)度和耐久性，就需要做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，以防止后期發(fā)生收縮和溫度裂縫。由于勁性混凝土梁通?？缍却螅虼藙判曰炷帘仨殗?yán)格按照規(guī)定脫模，同時(shí)對已經(jīng)拆除的模板和支撐結(jié)構(gòu)，需要保證混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，這樣才可以承受所有設(shè)計(jì)載荷。

5 結(jié) 語

總而言之，在鋼混組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)施工過程中，型鋼混凝土與鋼筋混凝土進(jìn)行組合可以提高梁柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的性能。本文通過對節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分析，總結(jié)施工工藝要點(diǎn)，另外還應(yīng)重視施工過程各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。