型鋼混凝土組合結構的鋼筋節點設計深化與施工

高 強 魯紅喜 馮 波 呂兆健 黃 成

1. 中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024；2. 義烏世茂中心發展有限公司 義烏 322001

1 工程概況

義烏世貿中心位于義烏市金融商業區，緊鄰國際商貿城，基地位于城北路與福田路之間，項目周邊有市海關、國際商貿城等重要設施，整體區位突出。本工程地上總建筑面積約52萬 m2，包括260 m超高層酒店、150 m高級住宅2棟、150 m公寓式酒店以及大型綜合商業與配套設施。超高層酒店核心筒為鋼筋混凝土墻、板，核心筒外圍為十字形鋼組合柱、型鋼梁、桁架板組合樓板，屋面為鋼筋混凝土結構停機坪。在22層、35層、47層設置3道BRB屈曲約束支撐。裙房部分梁為預應力鋼骨組合梁。高級住宅及公寓式酒店1～5層部分為型鋼混凝土柱。工程效果如圖1所示。

圖1 工程效果圖

2 涉及穿筋的主要特殊節點形式

本工程中涉及到構造復雜的節點類型較多，涉及到的鋼結構構件截面類型主要有L形角鋼、H型鋼梁、十字形鋼柱、H型鋼柱。其中需要穿筋的鋼結構組合節點類型包括：柱腳節點、H型鋼梁與十字形鋼柱連接節點、H型鋼梁與H型鋼柱連接節點、H型主鋼梁與H型次鋼梁連接節點、H型鋼梁與剪力墻連接節點、L形角鋼與剪力墻連接節點、BRB屈曲約束支撐與鋼柱、鋼梁連接節點等[1,2]。

2.1 柱腳節點

柱腳節點包含2種形式：H型鋼柱柱腳節點、十字形鋼柱柱腳節點。

1）H型鋼柱主要用于高檔住宅及公寓式酒店1～5層。通過在下層框架柱頂或者轉換梁頂設置預埋件，H型鋼柱與錨板通過連接板穿高強螺栓連接。其中預埋件錨栓錨入框架柱或轉換梁內，當轉換梁高無法滿足錨栓錨固長度la要求時，將錨栓設計成帶彎勾形式。如圖2所示。

圖2 H型鋼柱柱腳與預埋件連接示意

2）十字形鋼柱主要用于超高層酒店外圍結構。通過在基礎筏板頂預埋底座，十字形鋼柱與底座用高強螺栓連接。其中鋼柱外包鋼筋緊靠柱腳外側按要求錨入筏板中。同時，若有鋼筋必須穿過底座的錨板時，應在底座錨板上預先留設滿足穿筋要求大小的孔洞，以確保鋼筋能按設計要求錨入到底板當中，嚴禁現場在底座錨板上鉆孔。此外，柱腳與底座高強螺栓連接完畢后，柱腳板底處用C60早強、自流淌、無收縮、高強灌漿料進行高壓二次灌漿，確保板底平整、密實。

2.2 H型鋼梁與十字形鋼柱連接節點

H型鋼梁與十字形鋼柱連接是通過鋼柱上預先留設的耳板與H型鋼梁的腹板用摩擦型高強螺栓連接，同時H型鋼梁的翼緣與鋼柱上預留的耳板采用全熔透的坡口對接焊縫連接。此外，H型鋼梁與H型鋼柱的連接同H型鋼梁與十字形鋼柱的連接（圖3）。

圖3 H型鋼梁與十字形鋼柱連接節點示意

2.3 H型鋼梁與剪力墻連接節點

根據圖紙要求，在剪力墻側面埋設截面與H型鋼梁截面相對應的埋件（圖4）。待剪力墻結構澆筑完混凝土之后，清理干凈埋件表面的泥漿，采用全熔透的坡口對接焊縫在埋件上焊接連接板，然后利用摩擦型高強螺栓將H型鋼梁與連接板連接（圖5）。

圖4 剪力墻側面埋件示意

圖5 H型鋼梁與剪力墻側面埋件 連接效果圖

2.4 L形角鋼與剪力墻連接節點

本工程中的超高層酒店的外圍型鋼混凝土結構的樓板采用的是現澆混凝土桁架板。由于超高層酒店的內部框架剪力墻核心筒結構和外圍型鋼混凝土結構分2次施工，外圍現澆混凝土桁架板結構需要通過L形角鋼作為過渡來與內部核心筒結構連接。當L形角鋼與剪力墻連接時，需要在剪力墻側面埋設截面與L形角鋼截面相對應的埋件。待剪力墻結構澆筑完混凝土之后，先清理干凈埋件表面的混凝土，之后再采用全熔透的坡口對接焊縫將L形角鋼與埋件連接起來，如圖6所示。

圖6 L形角鋼與剪力墻連接示意

2.5 BRB屈曲約束支撐與鋼柱、鋼梁連接節點

為了提高超高層酒店的整體受力性能以及抗震性能，本工程中采用了BRB屈曲約束支撐結構設計。BRB屈曲約束支撐與鋼柱、鋼梁的連接也是采用全熔透的坡口對接焊縫連接[3,4]。

3 鋼筋穿鋼骨的種類

對于型鋼混凝土結構而言，鋼骨的翼緣、腹板、牛腿等往往會不可避免地阻礙鋼筋的穿插。在此種情況下，如果鋼筋不貫通勢必不能滿足設計和規范要求，影響結構受力。因此，必須做好深化設計，確保鋼筋與鋼骨的合理穿插與順利施工。

3.1 柱、梁的主筋穿型鋼

對于柱的主筋而言，當型鋼柱阻礙了鋼筋的貫通時，往往會在型鋼柱的牛腿或者翼緣板上開與主筋相對應大小的孔以確保鋼筋的順利貫通。而對于梁的主筋而言，阻礙鋼筋貫通的往往都是型鋼柱的腹板，此時則需要在型鋼柱腹板上開與梁主筋相對應大小的孔以確保鋼筋的順利通過。此外，在成型的型鋼上開孔往往會對型鋼產生一些不利的影響。因此，在型鋼上開孔需要預先與鋼構件加工廠溝通好，保證型鋼在加工的過程中預先留好孔洞（圖7）。

圖7 柱、梁主筋穿型鋼

3.2 柱、梁箍筋及拉筋穿型鋼

對于柱、梁箍筋及拉筋而言，阻礙鋼筋穿插的一般有：型鋼柱的牛腿及翼緣、型鋼梁的腹板、型鋼柱腹板等。當柱、梁箍筋及拉筋必須穿過型鋼時，需要在型鋼的部位按照設計開與箍筋的直徑、間距以及數量相對應的孔[5,6]。

3.3 其他需要在型鋼上開孔

在實際施工過程中需要在型鋼上開孔穿插的除了柱梁的主筋、箍筋、腰筋、拉結筋以及構造筋外，還有一些其他需要開孔貫通的，如支模時需要用的對拉螺栓孔、機電等相關專業預留埋件所需的孔眼以及型鋼柱與底座連接時需要預留的高強螺栓孔等等。型鋼在加工的過程中要認真進行深化設計，避免現場在型鋼上開孔。

4 節點處鋼筋穿插原則

4.1 鋼骨梁、混凝土梁縱筋遇型鋼柱做法

由于鋼骨梁與型鋼柱連接時鋼骨梁鋼筋的穿插較為復雜，因此將連接形式分為5種類型。

1）梁上鐵或者下鐵鋼筋多于2排時，第1排縱筋中間3根通過套筒與鋼骨柱翼緣連接，第1排其余縱筋腹板穿孔錨固（連續梁則連續布置）；第2排縱筋在腹板中穿孔錨固（連續梁則連續布置）；第3排鋼筋遇腹板處鋼筋端部上彎或者下彎，滿足錨固要求（錨固水平段和總長均需滿足規范要求）。

2）梁上鐵或者下鐵鋼筋為1排或2排時，第1排縱筋中40%～50%與鋼骨橫隔板焊接（圖8），焊接長度需滿足鋼筋連接長度要求（單面焊為10d，雙面焊為5d，其中d為鋼筋直徑）；其余縱筋遇腹板處鋼筋端部上彎或下彎，滿足錨固要求。

圖8 第1排縱筋中40%～50%與鋼骨橫隔板焊接

3）梁上鐵或者下鐵鋼筋為1排或2排時，第1排縱筋中間3根或者2根通過套筒與鋼骨柱翼緣連接，其余縱筋遇腹板處鋼筋端部上彎或者下彎，滿足錨固要求。

4）梁上鐵或者下鐵鋼筋為1排且較少時，縱筋遇翼緣或腹板處鋼筋端部上彎或者下彎，滿足錨固要求。

5）當角部斜梁與型鋼柱連接時，根據梁寬及鋼筋排布情況，可將梁端適當加寬形成水平加腋形式。梁上鐵或下鐵的中部縱筋遇翼緣或腹板處鋼筋端部上彎或下彎，滿足錨固要求。梁上鐵或下鐵的兩側縱筋則按照1∶6的角度錨入型鋼柱中，其中梁水平腋的寬度根據縱筋彎錨的角度來調整（圖9）。

4.2 柱、梁箍筋及構造筋遇鋼骨做法

柱、梁箍筋遇到鋼骨梁時，需要根據不同情況來決定相應的做法。本工程中對于柱、梁箍筋遇到鋼骨梁時，主

圖9 角部斜梁與型鋼柱連接

要采取了以下幾種做法：

1）對配筋較多的鋼骨柱箍筋進行了一些調整從而避免了在鋼骨柱上開孔，同時也方便了現場施工。其中主要的調整為：將部分原本封閉的內箍變為元寶箍筋，同時在鋼骨柱內增加構造筋，將部分原來的大內箍調整為多個小的內箍（圖10），增加的構造筋為φ14 mm三級螺紋鋼筋，采用搭接連接，搭接長度按規范的規定。

圖10 調整后的鋼骨柱及箍筋示意

2）對配筋較為簡單的型鋼混凝土柱的箍筋做法也進行了一些調整。現場實際施工過程中發現，在混凝土柱中存在鋼骨的情況下，一個完整的內箍是無法穿過鋼骨的，因此，必須得將完整的內箍分解成2個部分來進行施工，即將完整的內箍分解為2 個U形箍（圖11），其中U形箍相互搭接部分的搭接長度要滿足規范要求，若搭接長度達不到規范要求，則要進行焊接，焊接時須滿足單面焊10d（d為箍筋直徑）的要求。

圖11 鋼骨柱內箍調整做法示意

3）柱外圍箍筋遇梁鋼骨或柱牛腿時均穿孔通過，箍筋采用U形箍搭接或焊接（圖12）。

4）對于鋼骨梁而言，梁的拉筋往往要穿過鋼骨梁。本工程鋼骨梁的拉筋為φ8 mm圓鋼。為了順利將拉筋穿過鋼骨，拉筋在加工時，將一端按要求加工成135°，另外一端則不進行彎折，待現場將拉筋穿過鋼骨之后，再人工將未彎折端按要求彎成135°。

圖12 柱箍筋穿鋼骨

5）梁的腰筋遇鋼骨時，若能從鋼骨外側通過，則直接通過；若不能通過，則根據腰筋類型分2種做法：腰筋為構造筋時，直接伸至鋼骨柱腹板處彎錨（若直錨長度滿足要求則不需要彎錨）；腰筋為抗扭筋時，按照梁縱筋的做法穿過鋼骨柱（若直錨長度滿足要求則不需要彎錨）。

4.3 剪力墻遇型鋼柱做法

1）剪力墻連梁縱筋遇鋼骨柱時，做法同鋼骨梁、混凝土梁遇鋼柱做法。

2）剪力墻水平筋遇鋼骨柱時，與十字鋼骨柱腹板相交可采用穿孔通過，其余情況均采用繞開通過；與矩形鋼骨柱相交，能直接通過時直接通過，其余均穿過鋼骨柱；當剪力墻為3排筋時，中間一排頂住鋼骨柱后彎錨。

4.4 剪力墻暗柱遇鋼骨做法

當剪力墻暗柱遇鋼骨時，縱筋從鋼骨側邊通過，箍筋伸入鋼骨柱內長度必須滿足規范要求的長度，箍筋遇翼緣的焊接長度應滿足雙面焊5d（d為箍筋直徑）的要求，如圖13所示。

圖13 剪力墻暗柱箍筋遇鋼骨柱做法示意

5 型鋼開孔原則

型鋼混凝土結構是型鋼和混凝土共同受力的構件，在型鋼上開孔必然會對型鋼造成一定的損傷，對型鋼受力造成一些不利的影響。綜合以上考慮，施工之前，設計人員、土建分包以及鋼結構分包必須要相互溝通，相互交底，確定好開孔的位置、間距以及大小。因此型鋼在加工制作時就應當預先留好鋼筋穿插需要的孔眼，嚴禁現場施工過程中在型鋼上開孔。現場必須要開孔時，需經設計人員的同意[7,8]。

5.1 留孔尺寸

在型鋼上開孔既要保證方便現場鋼筋穿插，同時要兼顧減少型鋼有效截面的損失。根據相關規范規定，型鋼上開孔的直徑一般要比鋼筋直徑大5～8 mm。為了便于現場施工，經與設計人員溝通，將開孔的大小統一設定為比鋼筋直徑大8 mm。

5.2 開孔位置

1）梁縱筋開孔位置的確定。根據規范要求，鋼筋開孔中心點距梁頂的高度為“保護層厚度+箍筋直徑+1/2梁縱筋直徑”。梁縱筋為多排時，上下排孔的間距按照一個鋼筋的直徑，同時為了便于施工，取25 mm。當有垂直相交的雙向梁需要穿過同一型鋼柱時，按照截面大的梁鋼筋在下的原則開孔。

2）箍筋及拉筋開孔位置的確定。箍筋開孔時要注意加密區和非加密區間距的不同、抗震等級不同對加密區長度的影響以及層高和跨度的不同。為方便鋼骨的加工，經與設計商量，開孔時孔的間距統一按照加密區的間距，在現場施工的過程中，加密區按照加密區間距穿筋，非加密區按照非加密區間距穿筋。

6 結語

本工程在深化設計的過程中，深化設計人員及時與各分包的管理人員進行溝通，確保了深化設計的方案滿足現場施工的要求，避免了一些不必要的損失，同時也積累了彌足珍貴的施工經驗，可供相關工程參考。