鋼混組合結構梁柱節點施工工藝與質量控制

童繼魁

(中國建筑第七工程局有限公司南方公司福建分公司，福建 廈門 361000)

節點是連接梁和柱的重要部分，可以在梁和柱之間傳遞內力，可以說節點的安全性會影響結構的正常運行。因此，對該領域進行研究非常有必要。

1 結構特點與優勢

從1950年代開始引入型鋼混凝土結構，并且于1980年代以后開始在高層建筑中使用型鋼混凝土結構。型鋼混凝土結構(SRC)是指將型鋼(軋制或焊接)和鋼筋放置在混凝土中的結構。這種結構是內置的組合結構系統，其中型鋼由鋼制成，鋼筋和混凝土圍繞型鋼放置。型鋼混凝土在性能方面優于傳統的鋼筋混凝土結構，在建筑梁柱節點中能起到更好的效果。與鋼結構相比，型鋼混凝土承載力更強，同時節約材料，具有良好的防火性能。

首先，此結構施工簡單，便于現場型鋼梁柱節點鋼筋的安裝，提高了節點處鋼筋的安裝效率；其次，相比之下，采用連接器與焊接搭接板相結合的方式，可以大幅降低型鋼的開孔率，防止因必須開孔而導致勁性結構型鋼的弱化，保證了結構的剛度和穩定性。并且，與傳統的連接器施工方法相比，施工難度大，容易出現鋼筋與型鋼連接不上的情況，但與型鋼柱與框架梁斜交的情況下預先焊接連接板施工相對比下，不會出現現場無法安裝鋼筋和連接器的情況，施工質量容易保證。為了有效降低大跨度梁的梁高，滿足內部高大空間和結構改造的需要，目前的建筑結構設計中越來越多地采用鋼-混凝土組合結構設計。

2 節點結構的形狀

2.1 梁鋼筋、柱型鋼

目前由于型鋼混凝土的成本相對較低，因此有許多建筑物使用鋼筋混凝土和型鋼混凝土，并且關于該類型的梁-柱節點的研究相對較多，其中大多數是關于型鋼混凝土結構梁的研究。梁和柱之間的節點位置，梁縱向鋼筋不可以穿過柱內型鋼的翼緣，也不得與其直接焊接。當梁內部分縱筋與柱內鋼發生沖突時，需要將兩者分開。當柱的型鋼邊緣鋼筋需要設置加勁肋，但是其不能設置太長，只需要局部設置即可。加勁肋的強度應大于轉換后梁的鋼筋強度，以確保能穩定有效地傳遞拉力，防止柱中的型鋼邊緣發生彎曲[1]。

2.2 梁型鋼、柱型鋼

對于較窄的梁，梁中的型鋼是可以穿過柱中型鋼的內側，但是這種方法更加復雜。在梁和柱之間的節點處的型鋼兩側以及梁中的型鋼上翼與下翼的邊緣設置柱的加勁肋，確保梁的拉力能夠安全的傳遞到節點，防止柱中的型鋼發生彎曲[2]。另外，加勁肋不能設置的太長，只能設置在柱中的型鋼的邊緣。

2.3 梁型鋼、柱鋼筋

在該結構中，需要進行交叉的斜筋配置，并且梁和柱之間的節點處的裂紋應平行于節點對角線。通常的結構中水平箍筋在配置時會與裂縫存在角度，那么其性能會相應降低[3]。在框架的節點中進行交叉的鋼筋配置，能夠將節點的抗剪力的承載力有效提高。

3 施工要點

3.1 焊接鋼筋施工的要點

梁的面積應為穿過柱子的縱向鋼筋的1/2。鋼牛腿的長度必須滿足梁縱向鋼筋焊接長度的要求，單面焊接為10d，雙面焊接為5d(d為鋼筋的直徑)。如圖1。

圖1 焊接法鋼筋施工

3.2 穿孔鋼筋結構的要點

鋼筋預留孔位置的高度應在兩個方向上錯開，并且要在加工廠中預留孔口，嚴禁在現場開孔。預留孔與型鋼翼緣的距離應該大于30mm，型鋼腹板的截面損耗率應小于腹板面積的25%，如果超過25%時就需要使用加強板進行補強。鋼筋的彎曲角度不應太大，如果最初采用的是彎筋穿孔，則應盡可能采用雙排鋼筋或的形式，通過減小鋼筋的彎曲角度，可以方便現場鋼筋的安裝和施工。

3.3 套筒連接方法要點

在進行套筒連接法鋼筋施工過程中，應該注意套筒的選擇，應該選用一級接頭且可焊接的機械連接套筒。在連接套筒與鋼骨翼緣之間的焊接，需進行力學試驗。此外連接套筒必須提前在工廠完成焊接，嚴禁在施工現場焊接，還需要注意連接套管的水平凈距離必須大于30mm和套管外徑。在施工過程中，只能旋轉鋼筋以扣緊鋼筋和套管絲扣相扣，因此在深度設計的早期階段，必須避免構件同一根鋼筋兩端均采用焊接套管的情況。

3.4 鋼梁搭接法鋼筋施工要點

短鋼梁的高度需要大于混凝土梁高度的0.7倍，長度要大于混凝土梁高度的2倍，并且應滿足縱筋搭接長度的要求。梁內的縱筋應該有不少于1/2的面積穿過柱連續配置。在型鋼混凝土柱的一側至短鋼梁端部之外的1.5倍梁高范圍內，混凝土梁必須根據梁端箍筋加密區域的要求配備箍筋。

3.5 聯合箍筋結構的要點

當箍筋穿過柱內型鋼或與柱內型鋼相連的鋼構件施工較為困難時，則工廠會在鋼構件的腹板位置預留一個孔，并將箍筋劃分為U形或L型，在現場穿過型鋼后焊接成封閉的箍筋，另外上下箍筋的焊接位置需要錯開。如圖2、圖3所示。

圖2 節點箍筋施工要點

圖3 節點箍筋施工要點

3.6 豎向斜鋼筋連接要點

斜交框架梁縱向鋼筋兩端與型鋼柱連接時，由于不能保證型鋼柱兩端連接器的連接角度一樣，因此梁的縱向鋼筋不能被安裝。經過現場實踐總結，采用在型鋼柱上預焊搭接筋板的方法，可以將梁縱筋的上下鐵條焊接在搭接板上，梁上鐵鋼筋從可以在型鋼柱吊裝完畢后進行現場焊接，而如果梁下鐵鋼筋在安裝后焊接則為仰焊，此施工難度大。經過現場實踐，將梁下鐵鋼筋在型鋼柱吊裝前提前在搭筋板上焊接短鋼筋，待其安裝完畢后在利用直螺紋套筒將短鋼筋加長，這種焊接鋼筋就由仰焊改為平焊了，既保證施工質量的同時又降低了施工難度。

4 施工質量控制措施

4.1 原材料

項目中使用的材料需要有測試報告和工廠證明，并且嚴格禁止未通過測試的材料在項目中使用，例如，鋼板、套管、用于加工鋼部件的螺柱以及用于主要結構的鋼筋、混凝土等。要嚴格控制鋼構件的出廠檢查和進場驗收的兩個階段，鋼構件的焊接質量和外觀必須在滿足相關批準的規格和設計要求之后，才能運輸和安裝。

4.2 施工調查

使用全站儀可以將圖紙中型鋼構件的坐標點精確放樣到施工現場，作為整體控制網。使用鋼尺測量位置點時，水準儀需要協助控制尺子兩端的高度，使其受力均勻，并且距離測量均采用來回兩次拉尺的方法。使用周邊構件(例如，混凝土柱)將標高引至其上方，在吊裝構件時需要根據此點直接使用鋼卷尺向上測量，然后使用水平儀往返測量與參考標高校核。垂直度則需要通過經緯儀觀察型鋼的角和邊緣來控制。

4.3 型鋼件的安裝

需要分件吊裝型鋼梁、柱和其他組件，并且在安裝后及時進行矯正和固定。在起吊鋼構件后需要將其放在適當的位置時，并使用墊木板等保護構件邊角免受損壞。將構件起吊到目標位置的上方200mm處，首先應將其穩定，然后對準螺栓孔緩慢下落，在下落過程中要避免發生磕碰，并在落實后及時調整軸的位置、高度和垂直度[4]。調整完成后，需要安裝臨時固定部件并擰緊螺栓以將其固定。對于高強度螺栓需要進行初始擰緊并做好標記，然后按照從中間到末端的順序依次擰緊。如果有螺栓連接孔中存在偏孔現象，則可以使用微型砂輪磨光機或人工打磨進行糾正。

4.4 鋼筋綁扎

在捆扎型鋼混凝土組合結構梁時，首先需要定位并安裝主鋼筋，然后安裝箍筋、鋼筋等，在完成所有準備工作后進行合模。在連接柱主鋼筋的過程中，可以在柱子外部連續綁扎鋼筋來連接主鋼筋，并且需要將主鋼筋以由上向下的方式插入到箍筋中。

4.5 牛腿板加工

在切割操作過程中，首先，需要控制好對應坡口的方向，這時候可以根據坡口角度的要求進行操作，也就是氣體焊接和焊條電弧焊中的推薦坡口中設置的角度，同時要及時清除坡口中的異物，防止在焊接過程中出現質量問題；其次，如果加工中使用不同厚度材料，那么需要對坡口的位置進行減薄處理，同時提高施工時坡口對接質量，進一步提高焊接質量；最后，在焊接牛腿板的過程中，牛腿板應保持垂直，并且在SRC立柱的焊接中，可以用熔化的極氣體對電弧焊進行保護，然后設置相應的加勁肋，厚度約20mm，寬度與牛腿板相同。

4.6 安裝梁鋼筋

在具體的安裝操作中，需要將梁角部中的鋼筋垂直于牛腿板安裝，在焊接主鋼筋的過程中，必須在工件結合后再次固定點焊位置，等待連接好后即可開始焊接，焊接長度需要滿足雙面要求5d，焊縫高度需達到6mm左右，但需要注意的是，鋼筋的焊接強度應保持在鋼筋的屈服強度以上。如果鋼筋發生脆性斷裂或焊接性能差，則需要對這批鋼筋進行化學測試。其中梁中部的鋼筋必須穿過SRC柱的腹板截面，在此處可以預留一個孔洞以便進行通長連接，但是需要避免鋼、孔接觸的情況，充分保護孔的橫截面。最后，需要調整梁主筋的位置，實施綁扎箍筋。

4.7 模板安裝

型鋼梁的橫截面尺寸相對較大，所以應計算模板支撐體系以確定支撐框架的水平、垂直間距以及梁側對拉螺栓的排距和間距，并且按照規范要求增加構造措施。在梁內型鋼的影響下，對拉螺栓不能直接穿過梁，另外如果經過設計院的同意就可以將對拉螺栓分為兩部分并對稱的焊接到型鋼梁的腹板上，從而對梁模板進行固定。對于大跨度的型鋼梁，必須根據設計要求將其拱起，另外考慮到型鋼梁下支撐腳手架容易產生撓度，因此可以根據實際情況增加鋼梁的起拱高度。

4.8 混凝土施工

由于勁性混凝土中的鋼筋通常太密實，因此在進行混凝土振搗時，需要盡量避免與鋼筋、型鋼、模板、吊環等發生碰振。混凝土振搗時應遵循邊澆邊振搗，并將振搗棒垂直插入混凝土中，從而使混凝土的上層和下層緊密結合。在操作過程中，需要做到快速插入和緩慢拔出，以避免發生分層離析或空洞現象。

澆筑混凝土前，施工人員必須嚴格按照有關要求進行施工，充分保證澆筑達到施工要求的質量。針對SRC的結構來說，柱梁節點結構具有一定的復雜性，如果鋼筋很密，則應進一步提高混凝土的質量，需要將粗骨料的粒度嚴格控制在25mm左右的范圍內。如果死角多，則需要振動多次，防止發生振搗不實的情況，也可以用四根振動棒實施振搗，并澆筑至頂。另外，為了確保已經澆筑好的混凝土在規定年限內達到設計所需的強度和耐久性，就需要做好混凝土養護工作，以防止后期發生收縮和溫度裂縫。由于勁性混凝土梁通常跨度大，因此勁性混凝土必須嚴格按照規定脫模，同時對已經拆除的模板和支撐結構，需要保證混凝土達到設計強度的要求，這樣才可以承受所有設計載荷。

5 結 語

總而言之，在鋼混組合結構梁柱節點施工過程中，型鋼混凝土與鋼筋混凝土進行組合可以提高梁柱節點結構的性能。本文通過對節點結構進行的分析，總結施工工藝要點，另外還應重視施工過程各個環節的質量控制。