孫婷婷

（鄭州商學(xué)院，河南 鄭州 451200）

高層建筑的內(nèi)置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要設(shè)置合理的支撐點(diǎn)，均勻擴(kuò)大實(shí)際的支撐范圍，這樣才能進(jìn)一步保證后續(xù)施工的穩(wěn)定性和保障安全性[1]。鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)設(shè)定是高層建筑施工較為重要的環(huán)節(jié)，直接影響工程進(jìn)度[2]。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工方式多為單向，雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的建筑目標(biāo)，但是建筑結(jié)構(gòu)與梁柱搭接并不緊密且施工建設(shè)過(guò)程中剛性較弱，傳遞梁柱的彎矩和剪力難以達(dá)到預(yù)期[3]。因此本文對(duì)高層裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。與普通的建筑無(wú)結(jié)構(gòu)搭接相比，裝配式建筑對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求較高，并需要節(jié)點(diǎn)具有較好的延性，便于后續(xù)定位高強(qiáng)螺栓，給施工提供便利[4-5]。結(jié)合最新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置技術(shù)，采用多維連接的方式完成梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的施工，最大程度地減少螺栓焊縫，簡(jiǎn)化整體的施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提升梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的安裝合理性，為后續(xù)相關(guān)施工建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和參考。

1 工程概況

將某工程作為選定的目標(biāo)測(cè)試對(duì)象，這個(gè)建筑屬于超高層的裝配式建筑，地上60 層，地下3 層，其中兩層為地下室、一層為地下停車(chē)場(chǎng)，選擇鋼結(jié)構(gòu)作為建筑的支撐框架，采用短梁式全栓接的混合節(jié)點(diǎn)作為梁柱節(jié)點(diǎn)，在鋼柱鋼托座和鋼梁間的腹板與上下翼緣處預(yù)留了一定的空間，需要用高強(qiáng)螺栓板連接內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)，保證后續(xù)施工搭接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

采用10.9 級(jí)的扭剪型高強(qiáng)螺栓作為鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊螺栓，增加鋼結(jié)構(gòu)的剛度和支撐能力，同時(shí)將內(nèi)置結(jié)構(gòu)搭接的抗滑移系數(shù)控制在0.45～0.65，滿(mǎn)足裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)定要求。需要采用組合式節(jié)點(diǎn)焊接的方式對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊進(jìn)行搭接，如圖1所示。

圖1 建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊組合式節(jié)點(diǎn)焊接圖

根據(jù)圖1，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊組合式節(jié)點(diǎn)焊接進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用。為保證鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊框架搭接的穩(wěn)定性，需要將全栓接梁的搭接長(zhǎng)度控制在1.3m 內(nèi)，多段連接板的長(zhǎng)度為1.75m。本工程在前期建設(shè)施工效果較好，整體搭接也比較順利，但是當(dāng)設(shè)定梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)位測(cè)算和節(jié)點(diǎn)焊接處理較難控制，當(dāng)鋼梁與鋼柱鋼托座對(duì)接時(shí)，精度較低，部分高強(qiáng)螺栓不能穿過(guò)螺栓孔，調(diào)整難度較大。

此外，梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)搭接不合理和鋼梁對(duì)接調(diào)整不靈活，通過(guò)人工撬棍或倒鏈調(diào)整也存在安全隱患，影響后續(xù)施工進(jìn)度，為解決這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)層級(jí)建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐和優(yōu)化，以便后續(xù)使用。

2 設(shè)計(jì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)技術(shù)

2.1 微調(diào)結(jié)構(gòu)搭接及鋼梁臨時(shí)固定

通常，高層裝配式的建筑鋼梁結(jié)構(gòu)覆蓋面積較廣，因此，梁柱栓焊節(jié)點(diǎn)位置設(shè)定也必須更精準(zhǔn)?？梢越Y(jié)合BIM 技術(shù)和三維可視化技術(shù)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)混合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，微調(diào)搭接支撐卡板、連接板、高強(qiáng)螺栓、固定螺母、鋼梁以及鋼托座構(gòu)件。在原鋼結(jié)構(gòu)中明確梁柱栓焊的空間位置關(guān)系，為后續(xù)的施工提供便利條件[6-7]。

綜合BIM 三維模型，對(duì)高層建筑的內(nèi)置鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全栓梁柱節(jié)點(diǎn)最優(yōu)排布設(shè)計(jì)。當(dāng)搭接微調(diào)裝置時(shí)，需要加固結(jié)構(gòu)，同時(shí)處理焊接和防腐，利用焊條封固外側(cè)，滿(mǎn)足后期節(jié)點(diǎn)的施工標(biāo)準(zhǔn)，以此為基礎(chǔ)，使用安裝螺栓、工字鋼以及沖釘進(jìn)行臨時(shí)固定，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鋼梁臨時(shí)固定結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖2，對(duì)鋼梁臨時(shí)固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。以此為基礎(chǔ)，在鋼結(jié)構(gòu)梁柱采用多節(jié)點(diǎn)栓焊的方式，對(duì)外圍建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次加固處理，并對(duì)臨時(shí)的固定結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行標(biāo)記，便于后續(xù)的施工。當(dāng)拆除臨時(shí)固定時(shí)，要同時(shí)拆掉部分栓焊區(qū)域的螺栓，設(shè)置時(shí)，盡量保證螺栓的穩(wěn)定性和保障安全性，以此提高建筑的施工質(zhì)量。

2.2 安裝梁柱腹板及多階下翼緣連接板設(shè)定

梁柱腹板和下翼連接板是裝配式高層建筑最關(guān)鍵的支撐結(jié)構(gòu)，板面焊接和位置設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的施工會(huì)有重要影響[8]?；诠?jié)點(diǎn)設(shè)置需求及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)基礎(chǔ)的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修正，見(jiàn)表1。

表1 梁柱腹板及下翼緣連接板施工指標(biāo)表

根據(jù)表1，對(duì)梁柱腹板及下翼緣連接板施工指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置和分析，在腹板和連接板上標(biāo)定設(shè)置混合節(jié)點(diǎn)的具體位置，鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊對(duì)混用節(jié)點(diǎn)設(shè)置范圍和間距精度要求較高，測(cè)定計(jì)算梁柱腹板與連接板間的翼緣厚度，如公式（1）所示。

式中：D為梁柱腹板與連接板間的翼緣厚度；η為定向梁長(zhǎng)度；y為等量間距；h為預(yù)留空間覆蓋范圍；?為堆疊范圍。結(jié)合上述測(cè)定，計(jì)算翼緣厚度。根據(jù)翼緣厚度的變動(dòng)情況，制定多個(gè)階層的等效節(jié)點(diǎn)施工連接板標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)多個(gè)內(nèi)置結(jié)構(gòu)連接位置，當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)，用螺栓剪焊處理，保證螺栓承擔(dān)全部節(jié)點(diǎn)縫抗彎即剪力，以此提高建筑整體的屈服強(qiáng)度，強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，平衡支撐。

2.3 混合節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)螺栓固定

通常采用一對(duì)一的方式固定螺栓，雖然較為靈活，但是缺乏針對(duì)性與穩(wěn)定性，常出現(xiàn)局域坍塌或者裂縫等問(wèn)題，影響后續(xù)的施工。尤其是當(dāng)設(shè)置混合節(jié)點(diǎn)時(shí)，難以把控螺栓的固定程度。因此，需要對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行等距離固定處理。

在鋼結(jié)構(gòu)梁柱上標(biāo)定栓焊節(jié)點(diǎn)的具體位置，初始高強(qiáng)螺栓應(yīng)自由穿入螺栓孔，當(dāng)安裝時(shí)，螺母、墊圈位置固定，不能隨意移動(dòng)固定位置。設(shè)置彈性的節(jié)點(diǎn)固定階段，根據(jù)高強(qiáng)螺栓的數(shù)目，測(cè)定混合節(jié)點(diǎn)彈塑性階段的極限抗剪承載力，如公式（2）所示。

式中：M為極限抗剪承載力；?為腹板支撐區(qū)域；λ為荷載定量值；β為彎矩值；α為摩擦系數(shù)。根據(jù)得出的極限抗剪承載力，調(diào)整混合節(jié)點(diǎn)的設(shè)定位置，同時(shí)制定對(duì)應(yīng)的螺栓固定標(biāo)準(zhǔn)。在彈塑性施工階段，需要對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦面進(jìn)行滑移防護(hù)，將抗彎承載力控制在合理范圍內(nèi)，簡(jiǎn)化高強(qiáng)螺栓的固定環(huán)節(jié)，逐步提升鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的抗震承載力，提高固定強(qiáng)度。

2.4 拆除微調(diào)結(jié)構(gòu)及梁柱栓焊節(jié)點(diǎn)上翼連接板搭接

設(shè)定微調(diào)結(jié)構(gòu)通常有較強(qiáng)的輔助作用，但是在后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工過(guò)程中，會(huì)形成一定阻礙，影響工程進(jìn)度。因此，需要定期拆除，并在原結(jié)構(gòu)上搭接鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工。設(shè)置懸臂梁段，使梁柱連接變?yōu)榱浩唇?。拼接位置的鋼梁?yīng)力小，為保證裝配式建筑的施工穩(wěn)定性，采用等強(qiáng)度法平衡拼接點(diǎn)的距離，在中心位置設(shè)定上翼連接板，加設(shè)鍥形鋼蓋板輔助固定，促使建筑梁翼緣可以承擔(dān)鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)度彎矩，保證裝配式建筑的施工質(zhì)量。

以此為基礎(chǔ)，測(cè)定此時(shí)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的極限抗剪承載值，分析是否處于合理狀態(tài)，采用骨形連接的方式，降低節(jié)點(diǎn)上翼連接板搭接的承壓，平衡受力，減少高強(qiáng)螺栓摩擦。具體如圖3所示。

圖3 梁柱栓焊節(jié)點(diǎn)上翼連接板搭接結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖3，對(duì)梁柱栓焊節(jié)點(diǎn)上翼連接板搭接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用。拆除高層建筑的微調(diào)結(jié)構(gòu)，保證鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性，提高安全度。此外，根據(jù)裝配式高層建筑的施工要求，在梁柱栓焊位置要削弱翼緣的寬度，采用與端部加強(qiáng)的多方向連接形式，提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的剛性。

2.5 節(jié)點(diǎn)腹板高強(qiáng)螺栓終擰

節(jié)點(diǎn)腹板高強(qiáng)螺栓終擰是關(guān)鍵的工序，可以給梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)處提供加固，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。節(jié)點(diǎn)腹板高強(qiáng)螺栓終擰的具體施工過(guò)程如下。

首先，在節(jié)點(diǎn)腹板高強(qiáng)螺栓終擰前，在腹板上需要設(shè)置一個(gè)輔助的支撐架，在節(jié)點(diǎn)區(qū)域?yàn)槠涮峁┓€(wěn)固的支撐。這個(gè)支撐架能承受施工過(guò)程中的負(fù)荷，并保障節(jié)點(diǎn)區(qū)域的安全。

其次，根據(jù)初擰時(shí)的軸力對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加壓處理。通過(guò)施加壓力，確保螺栓能夠緊密地?cái)Q緊并受力平衡。初擰是為預(yù)緊螺栓和終擰做準(zhǔn)備?？梢允褂门ぜ艄ぞ哌M(jìn)行初擰，確保螺栓的初始受力狀態(tài)。

再次，終擰過(guò)程。按照先翼緣后腹板的順序扭剪高強(qiáng)螺栓。終擰是向螺栓施加更大的力，使其達(dá)到預(yù)定的擰緊程度。需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工人進(jìn)行操作，在保證螺栓各部分受力均衡的同時(shí)，確保螺栓沒(méi)有過(guò)緊或者過(guò)松。

當(dāng)完成終擰處理后，需要擰掉梅花卡頭。用梅花卡頭臨時(shí)固定螺栓，能在施工過(guò)程中提供支撐。在節(jié)點(diǎn)腹板高強(qiáng)螺栓終擰后，需要將其拆除，加固節(jié)點(diǎn)。

需要注意的是，腹板高強(qiáng)螺栓的終擰覆蓋面積較大。為進(jìn)一步提升整個(gè)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和抗剪承載能力，當(dāng)處理節(jié)點(diǎn)時(shí)可以適當(dāng)增加梁應(yīng)比，縮短腹板與高強(qiáng)螺栓間的距離。通過(guò)多方向平衡整體的受力，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載能力和抗剪性能。

最后，為保證節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，需要避免不合理的極限抗彎情況。當(dāng)節(jié)點(diǎn)彈性階段施工時(shí)，需要注意控制外力，避免節(jié)點(diǎn)彎曲變形過(guò)大，保證節(jié)點(diǎn)在施工過(guò)程中具有較好的穩(wěn)定性。

通過(guò)精確操作節(jié)點(diǎn)腹板高強(qiáng)螺栓終擰工序，可以有效加固鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)，保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性，確保其能夠長(zhǎng)期承受荷載。

3 施工實(shí)例結(jié)果分析

結(jié)合上述測(cè)定的施工情況，對(duì)實(shí)際的施工結(jié)果進(jìn)行分析。在選定的某工程區(qū)域范圍內(nèi)隨機(jī)標(biāo)定5 個(gè)位置的混合節(jié)點(diǎn)，通過(guò)上述對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工，選定5 個(gè)節(jié)點(diǎn)的承載力，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表（單位：kN）

根據(jù)表2，分析測(cè)試結(jié)果：通過(guò)對(duì)某工程中隨機(jī)選定的5個(gè)位置進(jìn)行測(cè)試，最終得出單元節(jié)點(diǎn)承載均＞200kN，說(shuō)明應(yīng)用新技術(shù)，裝配式高層建筑的梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工效果更佳，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)高層裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，與初始的鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)設(shè)定形式進(jìn)行比較，并綜合目前相關(guān)的建筑施工技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的安裝覆蓋范圍，構(gòu)建更穩(wěn)定、安全的施工環(huán)境。針對(duì)裝配式建筑復(fù)雜的施工環(huán)境，可以更精準(zhǔn)地標(biāo)定對(duì)應(yīng)的梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)的具體支撐位置和間距，平衡建筑整體的平衡性與穩(wěn)定性。利用多維梁柱理論和疊加法，可以測(cè)算任意截面柱壓彎組合對(duì)應(yīng)的承載力，避免梁柱柱彎扭、屈曲等情況，確保裝配式建筑各梁柱栓焊連接節(jié)點(diǎn)有足夠的承載力和塑性轉(zhuǎn)動(dòng)力，保障施工的安全性。