高烈度區鋼管混凝土疊合柱節點設計與施工*

陳 龍，胡 林，劉 萍，李 衍

(中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北 武漢 430074)

1 工程概況

昆明長水國際機場改擴建工程S1衛星廳所在區域抗震設防烈度為8度，主體結構柱采用鋼管混凝土疊合柱，直徑包括1 900，2 000mm，柱內鋼管直徑為1 300～1 500mm，厚45～70mm，與柱連接的混凝土梁寬600～1 800mm。梁柱鋼筋較密，柱內布置2圈φ40鋼筋，外圈40根，內圈20根；梁內布置φ32鋼筋。

2 工程重難點

1)本工程位于地震帶上，抗震設防烈度為8度，結構抗震要求較高。

2)鋼管混凝土疊合柱與混凝土梁連接的組合式鋼牛腿節點既要方便現場施工，又要滿足抗震設防要求。

3)梁柱鋼筋直徑大，排布密集，需保證梁柱節點混凝土澆筑質量。

3 梁柱節點設計

參照相關規范，并與設計院討論，本工程梁柱節點設計方案如下。

1)搭接鋼板 在鋼管混凝土疊合柱上設置搭接鋼板，如圖1所示。梁主筋與搭接鋼板焊接，搭接長度根據單面焊和雙面焊形式，分別取為10d，5d(d為鋼筋直徑)，柱主筋穿過搭接鋼板。

圖1 搭接鋼板節點

2)彎折鋼牛腿 在鋼管混凝土疊合柱上設置鋼牛腿，將鋼牛腿上下翼緣做成彎折型，如圖2所示。根據梁主筋排布情況將其焊接在鋼牛腿翼緣上，柱主筋穿過鋼牛腿或采用套筒機械連接。

圖2 彎折鋼牛腿節點

3)組合式鋼牛腿 設計組合式鋼牛腿，如圖3所示。梁主筋采用套筒機械連接，并與豎向板焊接(見圖4)，豎向板高度根據梁主筋排數確定。鋼牛腿上下翼緣開長圓孔，柱主筋穿孔。位于鋼牛腿腹板方向的柱主筋采取套筒機械連接。

圖3 組合式鋼牛腿節點

圖4 連接處細部構造

梁柱鋼筋密集，且主筋直徑大，梁主筋與搭接鋼板焊接質量不易保證，柱主筋至少需穿過2層搭接鋼板，對搭接鋼板截面削弱大，不利于節點受力，搭接鋼板均獨立存在，整個節點剛度不足，不利于結構抗震，故不采用搭接鋼板節點。

彎折鋼牛腿整體剛度大，但因梁鋼筋密集，且鋼牛腿下翼緣向上彎折，梁主筋焊接時為現場仰焊，焊接難度大，無法保證焊接質量。彎折鋼牛腿為折線形，工廠制作難度較大，制作質量無法保證。柱主筋需穿過彎折鋼牛腿，同樣會造成截面削弱過大，因此首選套筒機械連接，但鋼牛腿底部豎向套筒連接困難，施工難度大，無法保證連接質量，故不采用彎折鋼牛腿節點。

經方案比選，最終采用組合式鋼牛腿節點，梁主筋采用套筒機械連接，焊接在豎向板上，豎向板通過T形板與鋼管混凝土疊合柱連接，保證了梁鋼筋傳力連續性。通過設置T形板彌補了柱主筋穿過鋼牛腿造成的截面削弱缺陷，加強了組合式鋼牛腿整體剛度，不僅施工方便，且滿足節點抗震要求。

4 鋼管混凝土疊合柱施工

4.1 加工制作

鋼管混凝土疊合柱制作內容主要包括卷管、組裝及焊接，均在工廠進行。柱內所有加勁環板焊縫、組合式鋼牛腿各部件組合焊縫、組合式鋼牛腿與鋼管混凝土疊合柱連接焊縫均為全熔透焊縫，需滿足抗震要求。

4.2 工藝流程

鋼管混凝土疊合柱現場施工工藝流程為：鋼管混凝土疊合柱吊裝→鋼牛腿吊裝→校正→鋼牛腿焊接→探傷→驗收。

5 梁柱節點施工

5.1 工藝流程

梁柱節點現場施工工藝流程為：梁底模及側模施工→梁底筋鋪設→梁底筋套筒連接，并與鋼牛腿下豎向板焊接→梁箍筋安裝→梁面筋鋪設→梁面筋套筒連接，并與鋼牛腿上豎向板焊接→驗收→混凝土澆筑。

5.2 混凝土澆筑

針對節點復雜、節點處鋼筋密集的情況，經與設計院、監理單位等協商討論，提出以下混凝土澆筑方案：①采用普通混凝土澆筑，并在鋼牛腿上翼緣開孔，保證混凝土澆筑過程中可振搗；②采用普通混凝土澆筑，在鋼牛腿范圍內，梁擴大為水平加腋形式，混凝土振搗在加腋兩側進行；③采用自密實混凝土澆筑，無須振搗。

混凝土振搗棒直徑約為80mm，在鋼牛腿上開孔，孔徑>100mm，且鋼牛腿較長，腹板兩邊翼緣至少開2個孔，對翼緣板截面削弱過大，且有關規范要求翼緣禁止開孔，因其對節點受力產生較大影響，故不采用方案①。

鋼牛腿較長，采用水平加腋方式，使混凝土、模板、腳手架用量等均增大，成本較高，故不采用方案②。

自密實混凝土流動性高，無須振搗，施工速度快，可節省一定成本，因此采用方案③。

鋼模板驗收合格后，采用輸送泵進行混凝土澆筑。混凝土攪拌車卸料前應高速旋轉60～90s，以保證混凝土處于最佳工作狀態，有利于混凝土自密實成型。混凝土泵送應連續，澆筑時下料口應盡可能低。對于節點處密筋情況，混凝土垂直自由落下高度宜≤2.5m。混凝土梁高>1 000mm時，應分層澆筑混凝土，每層澆筑高度為500mm，上下層采用踏步式分層推進。需在下層混凝土初凝前澆筑上層混凝土，避免產生冷縫，澆筑完成后及時養護。

5.3 施工注意事項

1)鋼牛腿安裝完成后對鋼管混凝土疊合柱進行校正，嚴格控制柱垂直度偏差。

2)鋼牛腿探傷須保證100%合格。

3)對于鋼牛腿位置處梁底模，需待梁底筋套筒與豎向板焊接完成并驗收合格后鋪設。

4)梁鋼筋排布嚴格按照有關規范要求進行，避免鋼筋間距不足導致混凝土無法澆筑。

5)套筒須與鋼筋擰緊后與鋼牛腿豎向板焊接，套筒為可焊接型，且為滿焊，焊腳高度滿足有關規范要求。

6)混凝土澆筑前需清理表面垃圾，以保證澆筑質量。

6 結語

對于抗震設防烈度要求高的地區，鋼管混凝土疊合柱與混凝土梁節點設計尤為重要。對不同梁柱節點形式優缺點進行對比，提出組合式鋼牛腿節點構造。針對節點復雜、抗震性能要求高等特點，采用自密實混凝土進行澆筑，不僅施工方便，且保證節點施工質量，滿足高烈度區結構抗震要求。