勁性混凝土節(jié)點(diǎn)優(yōu)化施工技術(shù)研究

寇 宇

（中鐵十六局集團(tuán)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100018）

0 引言

勁性混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)發(fā)展的初級(jí)階段主要運(yùn)用于工業(yè)建筑之中，勁性混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)快速發(fā)展階段主要集中在 20 世紀(jì) 90 年代之后的各大中型城市超高層建筑中。鋼結(jié)構(gòu)這種材料具有可塑性好、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，勁性混凝土結(jié)構(gòu)集傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)于一體，即成本低、工期短［1］。

1 工程概況

北京曹妃甸教職城一期項(xiàng)目位于曹妃甸生態(tài)城，總建筑面積 28.2 萬(wàn) m2，由 50 棟單體建筑組成，校級(jí)辦公樓高度為 80 m、地下 3 層、地上 20 層；結(jié)構(gòu)形式同為核心筒結(jié)構(gòu)。含有型鋼柱（見(jiàn)圖 1）和型鋼梁，型鋼柱的尺寸都在 1 m 以上，柱子的混凝土標(biāo)號(hào)為 C 60，同時(shí)核心筒內(nèi)的約束邊緣柱也為型鋼柱，核心筒混凝土標(biāo)號(hào)為C 60 自密實(shí)混凝土。

圖1 十字型鋼柱大樣圖（單位：mm）

2 勁性混凝土結(jié)構(gòu)施工改進(jìn)措施及優(yōu)化

2.1 焊接變形的調(diào)整

鋼柱變形協(xié)調(diào)措施是依據(jù)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果所確定的，在施工前采用計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)進(jìn)行模擬來(lái)計(jì)算焊接時(shí)收縮變形值和需要協(xié)調(diào)的壓縮量，并考慮深化設(shè)計(jì)中的變形值［2］。

鋼柱在深化設(shè)計(jì)階段是利用 ANSYS 軟件進(jìn)行預(yù)調(diào)整，引起結(jié)構(gòu)剛度改變屬于幾何改變。幾何改變分為大位移、應(yīng)力剛化、大應(yīng)變 3 類(lèi)。

在分析時(shí)，應(yīng)該注意單元選擇、單元形狀、網(wǎng)格密度、荷載和邊界條件等問(wèn)題，并根據(jù)歐拉臨界公式進(jìn)行計(jì)算。采用 BEAM 單元時(shí)，繞單元軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度是需要約束的，靜力分析進(jìn)行時(shí)會(huì)伴有異常屈曲模態(tài)（模態(tài)分析時(shí)會(huì)出現(xiàn)零值）。

BEAM 189 是 3 D 二次有限應(yīng)變梁，是存在均布荷載作用的梁，跨間的集中荷載和部分分布荷載在整個(gè)單元長(zhǎng)度上是不支持的［3］（見(jiàn)圖 2～3）。

圖2 構(gòu)件中點(diǎn)屈曲前后的荷載-撓度曲線

分析結(jié)果的判斷是建立在對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)制作的經(jīng)驗(yàn)上，并參照 JGJ 99－2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定對(duì)焊接引起的收縮進(jìn)行預(yù)調(diào)整［4］。

2.2 鋼筋與型鋼柱之間的處理

通過(guò)建立實(shí)體模型進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)穿筋需要提前根據(jù)設(shè)計(jì)院的圖紙進(jìn)行放樣以滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要［5］。對(duì)于復(fù)雜位置如梁柱的節(jié)點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行逐一的檢查、放樣，并針對(duì)不同的問(wèn)題提出解決措施。

圖3 構(gòu)件頂點(diǎn)屈曲前后的位移-荷載曲線

2.2.1 改變箍筋形式

一般情形下箍筋穿腹板需要斷開(kāi)。斷開(kāi)的箍筋一分為二。當(dāng)每根柱子的箍筋都需要穿腹板時(shí)，這樣累積起來(lái)焊接的箍筋數(shù)量將十分巨大。所以鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家在深化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題后，改變非節(jié)點(diǎn)區(qū)域的箍筋穿越腹板，通過(guò)調(diào)整為 2 根單肢箍筋穿過(guò)腹板后進(jìn)行焊接，優(yōu)化之后減少了大量的焊接工程量［6］（見(jiàn)圖 4～5）。

圖4 型鋼柱配筋圖

圖5 箍筋形式示意圖

2.2.2 鋼筋接駁器搭接牛腿的使用

眾所周知，一般結(jié)構(gòu)的柱底剪力非常大，梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋密集且不能在鋼柱底部開(kāi)大量穿筋洞讓梁鋼筋通過(guò)。而接駁器的使用將很好地解決這個(gè)問(wèn)題。接駁器是通過(guò)使用直螺紋套筒焊接在鋼柱的翼緣板上，而直螺紋套筒焊接前必須進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。一般情況下勁性混凝土梁鋼筋一端連接接駁器，另一端的梁鋼筋與搭接板焊接，其少數(shù)情況下梁兩端鋼筋都與接駁器連接［7］。

PCT、Hs-CRP水平聯(lián)合PCIS評(píng)分在兒童膿毒癥中的診斷價(jià)值 ……………… 于 航，等(9):1101

2.2.3 型鋼梁與型鋼柱主筋位置的處理

當(dāng)柱子豎向受力鋼筋無(wú)法穿過(guò)型鋼梁，并與型鋼梁的鋼骨相撞時(shí)，可以調(diào)整柱子受力鋼筋的位置，使從型鋼梁兩側(cè)通過(guò)。豎向鋼筋按照 1∶6 彎折，是因在鋼筋無(wú)法調(diào)整時(shí)，為了避開(kāi)型鋼梁改變主筋位置。

2.2.4 腹板開(kāi)孔直徑

常規(guī)條件下十字型鋼腹板上框架梁主筋穿過(guò)時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求必須開(kāi)孔通過(guò)。開(kāi)孔分為兩種規(guī)格。當(dāng)腹板開(kāi)孔直徑為 45 mm 時(shí)，框架梁鋼筋直徑＞32 mm；當(dāng)腹板開(kāi)孔直徑為 35 mm 時(shí)，框架梁鋼筋直徑為≤32 mm。

2.2.5 優(yōu)化后的梁主筋連接

按照現(xiàn)有規(guī)范，在框架梁中部采用機(jī)械連接時(shí)，梁主筋在 2 根鋼柱之間將無(wú)法按照常規(guī)方法施工?？刹捎靡粋€(gè)完整套筒長(zhǎng)度的絲扣加工長(zhǎng)度在梁筋中部連接，通過(guò)將套筒完全擰入一端，待與另一端主筋連接后再退擰，此方式連接也符合現(xiàn)有規(guī)范要求［8］。

2.3 型鋼柱焊縫優(yōu)化

按照現(xiàn)有設(shè)計(jì)要求，當(dāng)焊縫要求為 I 級(jí)時(shí)，鋼構(gòu)件必須進(jìn)行 100 % 檢測(cè)，鋼構(gòu)件的檢測(cè)應(yīng)采用超聲波探傷。焊接質(zhì)量不合格的主要原因是由于坡口焊縫清理不干凈造成的，同時(shí)焊縫形式的改變也能很好地滿足質(zhì)量要求，由原來(lái)的焊縫 45°K 型改為 35°V 型，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題［9］（見(jiàn)圖6～7）。

圖6 原設(shè)計(jì) K 形坡口焊縫（單位：mm）

圖7 優(yōu)化后 V 形坡口焊縫（單位：mm）

2.4 型鋼柱混凝土澆筑

1）鋼柱澆筑時(shí)在第一節(jié)與支座平面臨接觸處有間隙，間隙的寬度為 50 mm 左右。采用無(wú)收縮且流動(dòng)性能好的灌漿料進(jìn)行間隙填充。在柱腳底處鋼板開(kāi) 4 個(gè)小洞，無(wú)收縮灌漿料從間隙的一層灌入，間隙的其余側(cè)面使用模板擋住，灌漿過(guò)程不能間斷，灌漿完成之后覆蓋塑料薄膜并對(duì)灌漿料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)［10］。

2）外框柱及核心筒中都含有鋼結(jié)構(gòu)，使用普通混凝土澆筑將帶來(lái)諸多不便，只有使用自密實(shí)混凝土澆筑才能夠保證混凝土的質(zhì)量。

3）剪力墻中的連梁與暗柱都為鋼結(jié)構(gòu)，兩者的交界處空間狹小，混凝土振搗棒無(wú)法正常振搗，通過(guò)連梁鋼筋從直錨入墻體改為彎錨措施后，振搗棒方可正常振搗。

4）通過(guò)增大加勁板上開(kāi)孔的直徑，振搗棒可以順利地在箱型柱內(nèi)振搗，提高了混凝土的密實(shí)度。

3 質(zhì)量控制

3.1 原材料的質(zhì)量控制

按照工程質(zhì)量控制要求，不合格的材料不能在本工程中使用，只有具備復(fù)試檢測(cè)報(bào)告和合格證的材料才能在本工程上使用，這是鋼構(gòu)件進(jìn)廠和出廠時(shí)質(zhì)量控制的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼構(gòu)件在加工完成之后必須按照規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收完成之后方可出廠。

3.2 型鋼柱的吊裝與焊接

鋼骨柱施工質(zhì)量控制難點(diǎn)是安裝精度控制，通過(guò)控制位移和垂直度偏差來(lái)滿足規(guī)范要求，同時(shí)鋼骨柱的施工效率也間接得到了提高。施工中垂直度控制依靠使用激光經(jīng)緯儀實(shí)現(xiàn)，這樣既提高了精度，也提高了施工人員的工效［11］。

坡口焊透對(duì)接焊縫在翼緣和腹板接頭部分的焊接中使用，焊縫要求為一級(jí)焊縫，為了確保焊縫質(zhì)量采用 CO2氣體保護(hù)焊。由于上下柱拼接產(chǎn)生的間隙在焊縫根部，故焊接前應(yīng)清除焊縫坡口附近水份、鐵銹，防止引弧傷害母材。鋼柱焊接時(shí)采取對(duì)稱焊接，現(xiàn)場(chǎng)鋼柱的截面積較大，需要 2 個(gè)焊工面對(duì)面沿著同一個(gè)時(shí)針進(jìn)行焊接。焊接過(guò)程中使用全站儀對(duì)鋼柱的焊接進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鋼柱產(chǎn)生偏位時(shí)應(yīng)通過(guò)調(diào)整焊流大小以及焊接速度這兩方面及時(shí)校正偏差。焊縫表面打磨應(yīng)在鋼柱焊接完成且自然冷卻并通過(guò)超聲波探傷檢測(cè)之后進(jìn)行。超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)焊接出現(xiàn)問(wèn)題后，應(yīng)及時(shí)查清焊接不合格原因，返修后再探傷檢測(cè)直至焊縫合格。

3.3 鋼筋的翻樣和加工

核心筒模板需采用對(duì)拉螺栓對(duì)木膠板進(jìn)行加固，當(dāng)核心筒剪力墻的鋼筋直徑＞28 mm 時(shí)會(huì)與對(duì)拉螺栓產(chǎn)生沖突，因此首層模板加工時(shí)應(yīng)確定對(duì)拉螺栓開(kāi)孔的位置，以避開(kāi)剪力墻內(nèi)鋼筋，并克服調(diào)整鋼筋位置難度大的困難。當(dāng)剪力墻鋼筋安裝產(chǎn)生偏位時(shí)，已開(kāi)孔的模板需重新開(kāi)孔，開(kāi)孔過(guò)多會(huì)造成模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)降低和混凝土的外觀質(zhì)量降低，可通過(guò)設(shè)置定位卡來(lái)解決主筋和墻筋的偏位問(wèn)題［12］。

4 結(jié)語(yǔ)

在北京曹妃甸保稅區(qū)教職城一期項(xiàng)目施工中，結(jié)合項(xiàng)目本身的特點(diǎn)通過(guò)對(duì)勁性混凝土施工技術(shù)的優(yōu)化提高鋼構(gòu)件在車(chē)間的加工精度、鋼結(jié)構(gòu)之間對(duì)接焊縫的質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程中精度的控制、鋼結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎的質(zhì)量，為項(xiàng)目按期實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)封頂、降低工程施工成本、提高可靠性等方面帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。