鋼結構深化設計在勁性混凝土結構施工過程中的應用

宋超 侯海林 范東東

1. 河北工程大學 河北 邯鄲 056000 2. 中建八局軌道交通建設有限公司 江蘇 南京 210046 3. 河北建筑工程學院 河北 張家口 075000 4.華北理工大學 河北 唐山 063000

近年來，隨著城市發展，地下空間工程建設快速發展，地鐵越來越多，每條地鐵線路都包含一座車輛檢修基地。而車輛檢修基地為滿足上蓋物業樓房的 開發，通長采用蔣興剛進混凝土結構增加承重能力，較普通的鋼筋混凝土結構，在增加承重能力的同時也帶來了節點復雜、鋼結構與鋼筋碰撞、鋼結構影響后續模板合模等情況。因鋼結構施工一次成型的要求高，加工后不可在現場進行切割更改，故需在加工前進行鋼結構深化設計，對復雜節點進行建模分析，減小鋼結構現場加工頻率及返廠頻率。本文旨在運用鋼結構深化軟件Tekla及BIM建模進行鋼結構復雜深化節點放樣，通過調整深化設計圖紙，降低現場施工難度，解決復雜深化節點問題。

1 工程概況

雄安新區至北京大興國際機場快線項目運用庫為運用庫位于場地東側，長462m，寬209m，總建筑面積61498.57m2。運用庫主體結構墻柱為型鋼混凝土結構，分為框架柱、型鋼柱、直型剪力墻、回型剪力墻四種，鋼柱截面主要為十字柱、H型柱及“H+T”異形柱，鋼材材質均為Q355B。其中框架柱424個，型鋼柱113個，直型剪力墻128個，回型剪力墻111個，墻柱鋼筋總量1.5萬t，總鋼材用量15000t。主體結構施工復雜，鋼筋密度大、與鋼結構交叉節點多，本文對復雜節點的鋼結構深化技術進行了研究。

2 復雜節點區施工難度分析

運用庫上為小氣車庫及上蓋物業樓開發，蓋上荷載大，樓座下方采用鋼結構+鋼筋混凝土的勁性鋼筋混凝土結構，鋼筋與鋼結構交叉數量眾多，鋼結構節點復雜，較傳統房建施工安裝難度大。

2.1 鋼結構復雜

鋼結構體量大、節點復雜，型鋼柱存在H 型柱、十字型柱，以及“H+T”的異形柱，鋼材截面尺寸有10mm、16mm、20mm、25mm、30mm、35mm，鋼材尺寸多樣，鋼結構安裝高度大、跨度大，綜合考慮加工、運輸、堆放情況，分層、分節復雜，構件形式、數量多。

2.2 鋼結構與鋼筋交叉節點多樣

鋼結構與筏板上鐵鋼筋、鋼結構與梁鋼筋、鋼結構與柱鋼筋、鋼結構與頂板鋼筋等交叉節點數量多、結構復雜。碰撞嚴重，安裝操作難度大[1]。

2.3 鋼筋密集，與鋼結構碰撞頻繁

墻柱主要鋼筋型號為C25、C28、C32，鋼筋直徑大、數量多，結構含鋼量大，鋼筋與鋼結構碰撞節點多。運用庫結構復雜，墻與梁、柱與梁、柱與筏板交叉節點多，節點處鋼筋與鋼結構碰撞頻繁，形成多個復雜節點。

3 結構深化設計在勁性鋼筋混凝土結構施工過程中的應用

3.1 筏板上鐵鋼筋深化技術

3.1.1 存在問題

承臺筏板上鐵與鋼結構交叉節點多，筏板上鐵應與鋼結構牢固連接，兩端都使用套筒連接的話，施工精度要求高，施工難度大；兩端都使用撘筋板，現場焊接的工程量大，增加人工成本。

3.1.2 解決方法

采用一端撘筋板、一端套筒連接的方式，降低施工難度的同時，縮短操作時長。安裝時，先進行直螺紋套筒的連接，達到連接規范要求后，進行搭接焊接一側的焊接，既能保證套筒連接要求又能保證搭接焊接要求，保證鋼筋與鋼結構的連接質量。

圖1 筏板上鐵鋼筋深化示意圖

3.2 回型墻最外圈封閉箍深化技術

3.2.1 存在問題

回型墻暗柱位置最外圈箍筋，使用封閉箍，施工難度大，操作復雜。加工時須將封閉箍筋做成開口箍筋，在穿過鋼結構后，進行現場彎折。在現場彎折過程中由于認為操作不規范，不能達到封閉箍筋彎折角度要求，并且增加施工難度，延長操作時間，增加工期，造成成本浪費。

3.2.2 解決方法

經過鋼結構深化，將暗柱處的封閉箍更改為兩個“U”型箍，可同時穿過橫縱向鋼板墻，在對邊進行搭接綁扎，大大降低施工難度。鋼筋搭接焊焊接接頭應上下層錯開，避免焊接接頭都在一個垂直面上[2]。

圖2 回型墻暗柱封閉箍深化示意圖（3D）

圖3 回型墻暗柱封閉箍深化示意圖（俯視圖）

3.3 柱子內側穿腹板拉筋深化技術

3.3.1 存在問題

柱子內側存在大量穿腹板的拉筋，按照常規方法，需要對鋼結構腹板進行穿孔處理，對鋼材損耗大，增加鋼材加工周期；拉筋端部彎折角度135°，穿腹板過程中施工難度大，拖慢工期。

3.3.2 解決方法

經過鋼結構深化設計，在柱子腹板位置每隔500mm豎向焊接一塊50mm×80mm，厚10mm的撘筋板，施工過程中將構造鋼筋焊接在撘筋板上，柱子拉筋拉結在構造筋上，既滿足了設計要求，同時降低穿孔損耗的同時降低了施工難度[3]。

圖4 型鋼柱內側穿腹板拉筋深化示意圖

3.4 防止鋼板墻變形深化技術

3.4.1 存在問題

本工程中，回型墻的尺寸為6m以上，跨度大、厚度薄。在運輸及吊裝焊接過程中存在變形隱患，導致鋼板墻進場拼接焊接過程中，需要多次調整校正，降低施工進度；鋼板墻變形后影響焊接的焊縫質量，不能保證安裝焊縫的連續性，造成鋼結構整體的安裝質量隱患。

3.4.2 解決方法

通過計算分析，本工程可通過增加橫縱向加勁肋的方式增加鋼板墻整體性，減少鋼板墻變形隱患。保證鋼板墻運輸、吊裝、安裝過程中不產生形變，保證了安裝精度和焊接質量，進而達到保證整體施工質量的目的。橫豎向加勁肋可使用10mm厚鋼板進行制作。同時為保證鋼板墻鋼筋的安裝，水平向加勁肋使用厚10mm、寬100mm的鋼板進行焊接；豎向加勁肋使用厚10mm、寬50mm的鋼板進行焊接。橫豎向加勁肋間距不應大于3m。

圖5 鋼板墻橫豎向加勁肋深化示意圖

3.5 鋼結構安裝臨時固定技術

3.5.1 存在問題

本工程鋼結構高度大、跨度長，需要分批次進行安裝。安裝過程中的臨時固定措施尤為重要。臨時固定措施不到位，不能保證焊接質量的同時甚至會帶來很大的安全隱患。

3.5.2 解決方法

在鋼結構深化設計過程中，結合現場安裝經驗，在加工過程中就加裝上臨時連接耳板，到達現場后，上下鋼結構構件的耳板使用高強螺栓進行連接，起到臨時固定的目的的同時，將材料浪費降低到最小。同時還達到了可快速拆卸的目的。在保證焊接質量的同時，降低施工難度。

連接耳板也可做測量定位點的靶點使用，方便測量定位，測量連接耳板即可獲得鋼結構軸線坐標，降低測量難度，增加測量精度，保證安裝質量。

圖6 鋼結構安裝臨時連接耳板示意圖

4 結語

（1）結合本工程鋼結構形式多樣、節點復雜、與鋼筋交叉多的特點，提供了此類勁性鋼筋混凝土結構的深化技巧與施工經驗。

（2）通過鋼結構深化設計對現場施工的指導作用，降低施工難度，增加施工便利性。

（3）通過Tekla、BIM等建模軟件的可視化有點，通過優化模型的方式在施工前對需要施工區域進行深化設計，解決復雜節點的安裝及鋼筋與鋼結構的碰撞問題，為其他類似工程提供寶貴經驗。