黃少騰，黃 華，黃厚軍,2

（1、廣州機施建設(shè)集團有限公司 廣州 510725；2、廣州市建筑集團有限公司 廣州 510030）

0 引言

隨著城市化發(fā)展，建設(shè)用地日趨緊張，因此綜合性多功能高層建筑被大量修建［1］。通常該類建筑物的上部為公寓、酒店、辦公用房，下部和裙樓為公共娛樂、商業(yè)、服務設(shè)施。綜合樓各層功能的改變要求結(jié)構(gòu)形式的改變：上部要求開間小、墻體多，為剪力墻結(jié)構(gòu)形式；下部則要求空間大、墻體少，為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式。因此需在結(jié)構(gòu)形式改變的樓層下設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞至下部結(jié)構(gòu)［2-3］。

目前，轉(zhuǎn)換層常用的結(jié)構(gòu)形式主要包括：厚板式、箱形、空腹桁架式和梁式等［4-7］。其中，受力直接、傳力明確的梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在底部大空間框支剪力墻結(jié)構(gòu)中得到廣泛應用［8-9］。但是由于轉(zhuǎn)換層受力及結(jié)構(gòu)復雜，鋼筋構(gòu)造排布較為密集，設(shè)計圖紙往往不能充分考慮現(xiàn)場施工情況，導致各節(jié)點鋼筋發(fā)生碰撞、無法貫通及施工過程無法實施的情況。因此，本文從施工角度出發(fā)，針對鋼-混組合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層提出相關(guān)節(jié)點的深化設(shè)計方案，為今后同類工程的設(shè)計與施工提供參考。

1 工程概況

某商住樓項目地下3層、商業(yè)裙樓5層，包括1棟21層辦公塔樓、2棟29層住宅塔樓，建筑效果如圖2所示。項目總建筑面積約12×104m2，其中地下3.5×104m2，地上8.5×104m2。辦公塔樓結(jié)構(gòu)形式為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，辦公塔樓范圍有61 根框架結(jié)構(gòu)柱，從基礎(chǔ)底板至5 層板面（-14.1～26.5 m），轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第五層，有若干型鋼混凝土組合框支梁，最大跨度為20 m，如圖2所示。鋼結(jié)構(gòu)制作安裝總量超過1 000 t，其中需要進一步深化設(shè)計的鋼梁、柱及其節(jié)點構(gòu)件占總安裝重量的70%。因此，在施工之前，對所涉及到的型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進行深化設(shè)計，為本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的重中之重。

圖1 建筑效果Fig.1 Architectural Renderings

圖2 局部轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面Fig.2 Structural Plan （mm）

2 施工難點分析

本工程轉(zhuǎn)換層中，超過60%的鋼構(gòu)件采用型鋼結(jié)構(gòu)。組合梁、組合柱、剪力墻結(jié)構(gòu)縱橫交錯，各構(gòu)件的鋼筋立體穿插，空間排布困難。如何保持鋼筋在力學性質(zhì)上的貫通成了施工的重難點。通過對圖紙的前期分析，將本工程中需要深化設(shè)計的內(nèi)容分為以下四類：

⑴第一類。原設(shè)計鋼柱為型鋼外包鋼筋混凝土形式，但是在施工中，鋼筋綁扎過于密集，內(nèi)部鋼筋與鋼骨間的空隙小，混凝土澆筑難度極大。

⑵第二類。組合柱與混凝土梁相交，混凝土梁上下縱筋被組合柱翼緣、腹板打斷。這種類型是本工程中涉及到較多的一種節(jié)點形式。

⑶第三類。組合柱與組合梁相交，這類節(jié)點除了組合梁縱筋被組合柱打斷，部分組合柱縱筋也會被組合梁打斷，無法保持貫通。

⑷第四類。由于轉(zhuǎn)換層組合梁截面尺寸較大，需要設(shè)置拉筋拉結(jié)箍筋，部分拉筋需穿過組合梁腹板，在施工過程中難度極大。

3 深化設(shè)計方案

針對本工程轉(zhuǎn)換層中的施工難點，可采用的解決辦法主要有3種：

⑴第一種。在型鋼上開孔，使得鋼筋可以貫通。這種方式構(gòu)造簡單，施工方便。但是根據(jù)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 138—2001》［10］要求，鋼骨翼緣上不宜開孔，腹板開孔率也應小于25%，因此型鋼開孔的數(shù)量和面積均有限制。

⑵第二種。在型鋼相應標高處設(shè)置鋼筋連接板搭接被打斷的鋼筋。這是目前較為普遍的一種解決辦法，但是存在弊端。首先，連接板的設(shè)置精確度要求較高。而且，由于需要進行鋼筋與連接板的雙面焊接，當鋼筋排布密集時，甚至需要對2排甚至3排鋼筋分別焊接，施工難度大大增加。因此，設(shè)置連接板的方式對施工前期的梁柱節(jié)點深化設(shè)計有較高的要求。

⑶第三種。在型鋼相應標高處設(shè)置鋼筋套筒對被打斷的鋼筋進行機械連接。由于鋼筋套筒全部在工廠預先完成焊接，大大縮短了現(xiàn)場的施工時間。但是這種方式對鋼筋套筒的定位有著非常高的精度要求，尤其當鋼筋直徑過大時，細微的偏差都可能導致鋼筋與連接器無法對接。

可以看出，3種解決辦法各有利弊，均有各自應用的局限性。因此，在本工程中應該綜合利用這些方法，以達到簡化施工難度、減低施工成本、提高施工效率的目的。本工程所涉及施工難點的深化設(shè)計方案如下所示：

3.1 型鋼外包鋼筋混凝土圓柱

原設(shè)計組合柱為型鋼外包鋼筋混凝土形式，鋼筋排布過于密集，模板內(nèi)部難以澆筑混凝土，而且圓柱內(nèi)部縱筋會被組合梁打斷。研究人員通過試驗研究表明，在含鋼率、鋼材強度等級、截面面積、混凝土強度相同的情況下，從受力性能方面考慮，優(yōu)先選用鋼管混凝土圓柱［11］。因此為提高施工效率，本工程采用鋼管混凝土圓柱。

3.2 組合柱與混凝土梁相交

對于鋼管混凝土圓柱與混凝土梁的連接節(jié)點，混凝土梁縱筋被鋼管柱打斷，本工程采用“環(huán)形連接板+開小孔”的方式，如圖3 所示?？紤]到實際施工難度，當梁上下鐵鋼筋多于2 排時，僅第一排梁鋼筋與環(huán)形連接板焊接，第二排及以上鋼筋穿過鋼管小孔貫通。其要點如下：①首先與設(shè)計單位溝通，在滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB 50010—2010》要求的前提下，通過等強替換原則，減少鋼筋數(shù)量，合理排布鋼筋位置，盡量減少鋼筋排數(shù)。②環(huán)形連接板的寬度為0.2DN（DN為鋼管直徑），并保證梁縱筋的雙面焊接長度大于5d（d為鋼筋直徑）；環(huán)形連接板的厚度為0.5t且大于16 mm（t為鋼管壁厚）。③鋼筋采用直徑較大的HRB400 級鋼筋，以減少鋼管開孔數(shù)量?？讖紻為鋼筋直徑d+10 mm，水平間距不小于3D，垂直間距不小于2D。④采用在環(huán)形連接板上適當位置預留足夠澆筑孔的措施，確保節(jié)點混凝土的均勻性和密實性。

圖3 鋼管柱與混凝土梁連接Fig.3 Steel Pipe Column and Concrete Beam Connection

鋼管鉆小口徑孔眼后對截面削弱較小，同時環(huán)形連接板起到加強環(huán)的作用，保證鋼管對核心混凝土的約束能力基本不變，因此鋼管混凝土圓柱的承載能力和變形能力不受影響。

3.3 組合柱與組合梁相交

對于鋼管混凝土圓柱與組合梁的連接節(jié)點，組合梁鋼骨及鋼筋被鋼管柱打斷，本工程采用“懸臂鋼梁+環(huán)形連接板+開小孔”的方式，如圖4 所示。環(huán)形連接板及開孔的構(gòu)造及要求與3.2 小節(jié)相同。梁柱節(jié)點的設(shè)計要點如下：①在工程預制時，采用全焊縫連接方式將懸臂梁段與鋼管柱相連接，懸臂梁段長約為1/4跨長L；②懸臂鋼梁截面尺寸與型鋼梁截面尺寸一致；③在施工現(xiàn)場，采用高強螺栓、連接鋼板將懸臂梁段與型鋼梁相連接，連接鋼板厚度等于型鋼厚度t1；④根據(jù)等強度原則設(shè)計螺栓的規(guī)格尺寸及數(shù)量。

圖4 鋼管柱與型鋼梁連接Fig.4 Steel Pipe Column and Steel Beam Connection

通過工廠焊接、現(xiàn)場栓接的方式可以有效避免工地現(xiàn)場焊接的質(zhì)量缺陷問題。

3.4 組合梁腹板與拉筋相交

拉筋與型鋼混凝土組合梁相交，需要穿過型鋼腹板。根據(jù)原設(shè)計施工圖要求，梁拉筋沿梁跨方向按@100 mm 的間距設(shè)置孔徑φ為20 mm 的拉筋孔，腹板開孔率達28%，超過腹板開孔率應小于25%的要求，需要對開孔部位進行塞焊補強。這種方式施工工藝要求高，在施工過程中難度較大。

本工程提出優(yōu)化拉筋綁扎形式，在H 型鋼腹板兩側(cè)設(shè)置帶小孔的拉筋連接板，將被打斷的拉筋優(yōu)化成兩段S型拉筋，兩端分別固定于組合梁腰筋和連接板，如圖5所示。通過型鋼梁腹板上設(shè)置拉筋連接板的方式，有效提高了現(xiàn)場梁拉筋的綁扎施工進度，且避免了腹板開孔率過高對結(jié)構(gòu)的不利影響。

圖5 拉筋連接示意圖Fig.5 Reinforcement Connection Diagram

3.5 組合梁與剪力墻相交

混凝土剪力墻與型鋼混凝土組合梁相交，剪力墻縱向鋼筋在垂直方向被型鋼翼緣打斷?？紤]到混凝土剪力墻縱向鋼筋與H 型鋼梁連接節(jié)點多，操作空間狹小而無法采用焊接方式。因此采用設(shè)置鋼筋套筒的方式，簡化后續(xù)施工，如圖6所示。

圖6 剪力墻縱筋連接示意圖Fig.6 Shear Wall Longitudinal Reinforcement Connection Diagram

首先根據(jù)混凝土剪力墻截面和配筋信息提前模擬鋼筋排布，取得剪力墻縱筋定位信息，再映射到型鋼組合梁上，得到鋼筋套筒精確設(shè)計定位值。最后，再將此信息提供給鋼結(jié)構(gòu)加工工廠，在工廠內(nèi)采用一級焊縫將鋼筋套筒焊接在型梁上翼緣。

4 施工要點

鋼-混組合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層鋼骨與鋼筋密集連接施工過程中，需要采取以下施工技術(shù)措施，提高整體施工效率和質(zhì)量。

⑴采用BIM技術(shù)輔助鋼管柱（包括環(huán)形連接板、懸臂鋼梁和開孔）、型鋼梁（包括拉筋連接板和鋼筋套筒）下料及拼裝，實現(xiàn)鋼管柱、型鋼梁的高精度生產(chǎn)及安裝。

⑵采用BIM 技術(shù)對鋼-混組合結(jié)構(gòu)中的鋼筋定位、穿插及施工工序進行模擬，有效避免鋼筋碰撞、被打斷等情況，保證節(jié)點強度。

⑶鋼管柱外側(cè)設(shè)置豎向控制線，采用耳板、支撐板、經(jīng)緯儀及千斤頂?shù)容o助工具對鋼管柱進行定位，實現(xiàn)鋼管柱的精確吊裝。

⑷采用吊斗裝運混凝土及下料引導裝置輔助混凝土澆筑，避免混凝土因下料高度過大而產(chǎn)生離析，確保混凝土澆筑的均勻性和密實性。

⑸鋼構(gòu)件焊接需要進行嚴格的質(zhì)量控制?，F(xiàn)場配備焊接質(zhì)檢員，負責對材料供應、焊前準備、組裝、焊接，焊后處理和成品檢查、驗收等全過程質(zhì)量，進行嚴格檢查驗收并記錄。嚴格按照焊接工藝規(guī)定施焊，認真執(zhí)行“三檢制”并作好焊前、焊中、焊后質(zhì)量檢查記錄。焊縫外觀質(zhì)量符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB 50010—2010》要求，一級焊縫需自檢且第三方超聲波探傷合格。

5 結(jié)論

本文針對鋼-混組合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的組合梁、組合柱、混凝土剪力墻構(gòu)件中的鋼筋縱橫交錯、無法貫通，空間排布密集、施工困難等問題進行了深化設(shè)計和施工技術(shù)研究。提出了綜合利用鋼腹板開孔、設(shè)置連接板和設(shè)置鋼筋套筒等方法，保持鋼筋在力學性質(zhì)上的貫通問題。同時分析施工過程中的要點，利用科學合理的施工控制措施保證施工質(zhì)量，并降低后期施工難度。

本工程深化設(shè)計方案在實際施工過程中起到了良好的應用效果，可為今后類似工程的設(shè)計與施工提供參考。