超高層結(jié)構(gòu)勁性柱的節(jié)點(diǎn)處理與研究

中建七局總承包公司 鄭州 450004

1 工程概況

洛陽(yáng)泉舜豪生國(guó)際商務(wù)中心工程為一類超高層，地下2 層，地上27 層，建筑高度180.25 m，總建筑面積82 772.05 m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土核心筒-框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。框架柱采用型鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，鋼骨柱為鋼板拼焊對(duì)稱型鋼及工型鋼，最大截面800 mm×400 mm×50 mm，材質(zhì)Q345B。筒體剪力墻四角設(shè)置鋼骨暗柱，與框架鋼骨柱采用焊接工字鋼梁連接，梁、樓板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

該工程的6～27 層設(shè)置夾層，夾層部分采用鋼柱、鋼梁及壓型鋼板結(jié)構(gòu)形式，梁柱節(jié)點(diǎn)的鋼筋施工成為結(jié)構(gòu)施工中的難點(diǎn)及重點(diǎn)，鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)的連接是難點(diǎn)中的重點(diǎn)，為此項(xiàng)目部成立攻關(guān)研究小組。

2 勁性柱節(jié)點(diǎn)類型分析

2.1 鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱

節(jié)點(diǎn)形式主要有以下兩種[1-3]：

第一種，柱的翼緣較窄，梁所有縱筋都從柱型鋼翼緣邊通過，又穿過腹板，該種形式既不會(huì)造成型鋼翼緣的截面損失，又能保證梁縱筋的貫通和錨固，同時(shí)也方便施工。

第二種，梁內(nèi)部分主筋穿過型鋼混凝土柱連續(xù)配置，部分主筋可在柱兩側(cè)截?cái)啵c型鋼混凝土柱伸出的鋼牛腿可靠焊接，鋼牛腿的長(zhǎng)度應(yīng)滿足焊接強(qiáng)度的要求。

連接型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)，梁筋應(yīng)盡量在柱型鋼兩側(cè)通過，對(duì)于必須與柱中型鋼相交的鋼筋，梁筋在柱型鋼兩側(cè)斷開，但應(yīng)與柱翼緣可靠焊接。并在柱型鋼翼緣之間，梁筋水平處設(shè)置足夠剛強(qiáng)的加勁肋。為了便于澆灌節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土，加勁肋可以不是通長(zhǎng)的，僅在柱型鋼翼緣附近一段長(zhǎng)度內(nèi)局部設(shè)置，此時(shí)節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度不應(yīng)考慮翼緣框的作用。對(duì)于加勁肋的設(shè)置，要求加勁肋的強(qiáng)度應(yīng)不小于梁鋼筋換算后的強(qiáng)度，這樣才能保證梁翼緣的拉力能可靠地傳遞到節(jié)點(diǎn)，并可防止柱型鋼翼緣板發(fā)生局部彎曲。

2.2 型鋼梁-型鋼混凝土柱

對(duì)于型鋼混凝土柱-型鋼梁的情況，鋼梁在型鋼混凝土柱的兩側(cè)斷開，型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼與型鋼梁的連接應(yīng)采用剛性連接，且鋼梁翼緣與柱內(nèi)型鋼翼緣應(yīng)采用全熔透焊縫連接；梁腹板與柱宜采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，懸臂梁段與柱應(yīng)采用全焊縫連接。

3 勁性柱節(jié)點(diǎn)解決方案

3.1 鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱

3.1.1 三種連接方案

梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而柱為勁性結(jié)構(gòu)，如何將鋼筋混凝土梁中的鋼筋和柱中的鋼結(jié)構(gòu)有效地連接便成為首要的技術(shù)難題。為此，討論了3 套施工方案：在鋼柱上焊鋼筋接駁器作為鋼筋和鋼柱的連接手段；在梁的末端增加鋼筋彎頭，與鋼柱焊接；在鋼結(jié)構(gòu)出廠前，預(yù)先在鋼結(jié)構(gòu)上開孔，使得梁內(nèi)鋼筋穿過柱鋼結(jié)構(gòu)，達(dá)到錨固長(zhǎng)度。

3.1.2 三種連接方法的利弊分析

（a）采用鋼筋接駁器連接：其優(yōu)點(diǎn)是接駁器在鋼結(jié)構(gòu)出廠前根據(jù)施工深化圖紙，預(yù)先在廠內(nèi)進(jìn)行焊接，其焊接質(zhì)量及空間位置可以得到有效保證。現(xiàn)場(chǎng)鋼筋施工時(shí)只需將鋼筋擰入接駁器即可。現(xiàn)場(chǎng)施工速度快。缺點(diǎn)是前期準(zhǔn)備工作要求較高，需根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖紙準(zhǔn)確定位每一個(gè)鋼筋接駁器的空間位置。同時(shí)對(duì)時(shí)間要求高，必須考慮到鋼結(jié)構(gòu)的加工周期。

（b）采用鋼筋彎頭進(jìn)行連接：其優(yōu)點(diǎn)是鋼筋彎頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，對(duì)精度要求較低，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工偏差對(duì)鋼筋的位置進(jìn)行調(diào)整，前期準(zhǔn)備工作周期短。缺點(diǎn)是需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，現(xiàn)場(chǎng)施工周期長(zhǎng)。由于焊接條件不好，故焊接質(zhì)量難以得到有效保證。由于洛陽(yáng)泉舜豪生國(guó)際商務(wù)中心工程現(xiàn)澆混凝土梁的鋼筋直徑達(dá)到32 mm，根據(jù)規(guī)范要求，單面焊焊接長(zhǎng)度達(dá)到320 mm，其焊接質(zhì)量難以得到有效控制。另外，其焊接面通常在平臺(tái)操作面以下，對(duì)焊接施工和質(zhì)量的驗(yàn)收造成困難。同時(shí)，由于勁性柱內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)柱面到混凝土面僅為200 mm，且勁性柱內(nèi)的豎向鋼筋直徑為32 mm，故采用此方法會(huì)導(dǎo)致柱內(nèi)鋼筋過密，澆筑混凝土容易產(chǎn)生蜂窩、空洞等質(zhì)量缺陷。

（c）采用勁性柱開孔連接：其優(yōu)點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)上開孔在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)進(jìn)行，其成孔位置容易得到保證，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋混凝土梁鋼筋施工只需將鋼筋穿過預(yù)先開孔的孔洞即可，現(xiàn)場(chǎng)施工速度快，可縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期。缺點(diǎn)是前期準(zhǔn)備工作要求較高，需根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖紙準(zhǔn)確定位每個(gè)空洞的空間位置。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定，在采取加強(qiáng)措施的前提下，鋼結(jié)構(gòu)的開孔面積不得大于30%，限制了開孔的數(shù)量和尺寸，由于梁配筋較多，開孔無法保證全部鋼筋的通過，還需與其他方法相結(jié)合。

3.2 型鋼梁-型鋼混凝土柱

3.2.1 兩種施工方案

對(duì)于此類節(jié)點(diǎn)，梁為鋼梁，柱子為勁性柱，如何將勁性柱內(nèi)鋼筋有效、合理地穿過鋼梁成為了我們?cè)谑┕み^程中第2個(gè)技術(shù)難題。為此，我們討論了兩種施工方案：

（a）在鋼梁上開孔，在開孔周圍加焊加勁肋；（b）在鋼梁上焊鋼板，然后將鋼筋與鋼板焊接。

3.2.2 兩種施工方法利弊分析

（a）在鋼梁上開孔：其優(yōu)點(diǎn)是鋼梁開孔及加勁板在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)完成，可以加快現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，但對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)而言（尤其在夾層，其柱節(jié)點(diǎn)處多為箱型粱，且交錯(cuò)復(fù)雜），由于留給其開孔的位置很小，若幾道梁開孔位置存在偏差，則柱縱向鋼筋無法穿過。

（b）在梁上焊接鋼板，將柱縱向鋼筋與鋼板焊接。其優(yōu)點(diǎn)是在鋼筋施工時(shí)，可以不考慮鋼梁對(duì)柱縱向鋼筋的影響。鋼板的位置在鋼結(jié)構(gòu)廠進(jìn)行焊接。但此方法現(xiàn)場(chǎng)焊接施工量大，一般為仰焊和立焊，其焊接質(zhì)量難以控制，需派專人進(jìn)行監(jiān)督，并對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行抽查。

4 勁性柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

通過對(duì)方案的對(duì)比分析，在考慮工期、安全、成本、進(jìn)度等因素的情況下，本工程采用了以下連接形式。

（a）梁上皮和下皮鋼筋中沒有2 層鋼筋時(shí)，當(dāng)梁截面均一致時(shí)，梁鋼筋與柱翼緣相碰，焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的焊在鋼骨柱隔板上，連接形式見圖1。

圖1 梁截面一致時(shí)連接形式

當(dāng)梁截面不一致時(shí)，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的焊在鋼骨柱隔板上，無隔板處的鋼筋在腹板上穿孔，連接形式見圖2。

圖2 梁截面不一致時(shí)連接形式

當(dāng)梁截面不一致時(shí)且橫梁鋼筋與縱梁鋼筋在一側(cè)打架時(shí)，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的焊在鋼骨柱隔板上，與焊在隔板上的鋼筋打架的鋼筋在腹板上穿孔，無隔板處的鋼筋在腹板上穿孔，連接形式見圖3。

圖3 縱橫梁鋼筋打架時(shí)連接形式

（b）梁上皮和梁下皮鋼筋中均有2 層鋼筋及梁上皮或梁下皮中一個(gè)有2 層鋼筋時(shí)，當(dāng)梁截面均一致時(shí)，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的1 層鋼筋焊在鋼骨柱隔板上，2 層鋼筋腹板開孔穿筋，連接形式見圖4。

圖4 梁截面一致時(shí)連接形式

當(dāng)梁截面不一致時(shí)，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的1 層鋼筋焊在鋼骨柱隔板上，2 層鋼筋腹板開孔穿筋，無隔板處的鋼筋全部開孔，連接形式見圖5。

圖5 兩截面不一致時(shí)連接形式

當(dāng)梁截面不一致且橫梁鋼筋與縱梁鋼筋在一側(cè)打架時(shí)，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的1 層鋼筋焊在鋼骨柱隔板上，與焊在隔板上的鋼筋打架的鋼筋在腹板上穿孔，2 層鋼筋腹板開孔穿筋，無隔板處的鋼筋全部開孔，連接形式見圖6。

圖6 縱、橫梁鋼筋打架時(shí)連接形式

當(dāng)有3 根以上（含3 根）鋼筋需要穿孔時(shí)，由于腹板寬度限制，只能在腹板上開2 個(gè)孔，其他的鋼筋焊接在鋼骨柱隔板上或直接從柱邊拐出（圖7）。

5 施工質(zhì)量保證措施[4-9]

（a）以上節(jié)點(diǎn)中所有采用鋼筋與連接板及鋼筋與隔板搭接焊的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)采用雙面角焊縫時(shí)，焊縫長(zhǎng)度L＞5d（d為鋼筋直徑）當(dāng)采用單面角焊縫時(shí)，焊縫長(zhǎng)度L＞10d（d為鋼筋直徑）。

圖7 3 根以上鋼筋需穿孔時(shí)連接形式

（b）凡焊接到隔板處的鋼筋，腹板上所對(duì)應(yīng)的鋼筋的位置均在車間加工時(shí)開孔，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎時(shí)能穿則穿，不能穿的情況下焊接到隔板上。

（c）當(dāng)南北方向的梁高于東西方向的梁時(shí)，先安裝南北方向的梁，后安裝東西方向的梁。當(dāng)南北方向的梁低于東西方向的梁時(shí)，先安裝東西方向的梁，后安裝南北方向的梁。

（d）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況將鋼骨柱翼緣處的牛腿開孔向柱身方向加深10 mm。以消除鋼柱現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差對(duì)柱子鋼筋位置的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于超高層結(jié)構(gòu)，在確保質(zhì)量受控的前提下，要求我們事先對(duì)各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析，兼顧施工工藝的可操作性、可檢查性和經(jīng)濟(jì)性，選定一種工藝為主、數(shù)種工藝為輔的施工方案。從技術(shù)上確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的做法，并在施工過程中予以全過程監(jiān)控，是保證工程順利進(jìn)行、確保工期的前提。