鋼骨混凝土水平鋼筋與鋼柱套筒連接施工的探索

董婷婷

（山西三建集團有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

鋼-混凝土組合結構逐漸成為建筑工程中廣泛應用的結構形式，該結構因受力均勻而得到廣泛應用。但由于該結構體系連接節點多，施工難度大，對鋼柱和鋼筋連接質量提出了更高的要求。因此本文提出水平鋼筋與鋼柱套筒的焊接施工方法，以期通過科學合理的焊接施工方法全面提高施工效率以及質量，保證鋼-混凝土結構連接節點質量。

1 工程概述

本文以某酒店建筑工程為例，該工程地上部分9 層，地下部分1 層，總建筑面積為78400m2，建筑高度40m，抗震等級為一級。本工程主要使用HRB400E 級鋼筋，Q345B 鋼材，使用鋼-混凝土組合結構。

2 施工難點

鋼-混凝土結構主要難點在于水平鋼筋和鋼柱的連接施工，在鋼柱結構中直接開孔，順直穿過鋼筋可能造成鋼柱應力過于集中，從而對鋼柱強度產生影響。若在施工現場進行開孔，可能會對型鋼材料造成損傷，影響鋼結構強度。因此本文提出鋼筋和鋼珠套筒的連接施工技術以解決這一難點。表1 為本工程鋼-混凝土結構的參數信息。

表1 鋼-混凝土結構參數信息

3 施工流程

本文采取水平鋼筋和鋼筋套筒連接施工，先對現場展開定位放線測量，準確對施工要點定位并做好標記。安裝鋼骨柱埋件材料，對鋼骨柱進行提前預裝，并進行吊裝在現場安裝。再對鋼梁進行吊裝施工，對柱鋼筋、柱模板進行安裝，對套筒定位后焊接套筒。進一步支設梁模板，同時搭設支撐架，并安裝梁鋼筋以及樓板模板，安裝樓板鋼筋，最后進行混凝土的澆筑作業[1]。

4 水平鋼筋施工方法

準確定位柱鋼筋后，按照設計方案加工制作型鋼構件，型鋼構件需要配合小構件制作同時安裝。完成主要鋼結構的吊裝作業以及鋼結構定位后，對邊緣鋼筋處理便于繞過鋼柱結構，對套筒定位焊接。由于型鋼柱邊緣厚度達到36mm，套筒和型鋼柱焊縫不超過6mm，使用CO2氣體保護焊進行焊接作業。使用加長套筒可以保證套筒和鋼筋的連接質量避免鋼筋偏差對工程質量產生的影響。由于鋼柱橫截面積為900mm×900mm，翼緣和柱邊保持150mm 間距，梁寬度350mm，下部使用9φ25 鋼筋，上部使用7φ25 鋼筋，因此受力鋼筋間距只有50mm 距離。在CAD 軟件支持下分析鋼筋以及型鋼之間的關系，通過彎曲上部外圍鋼筋（坡度1:6），穿過型鋼柱，對水平主筋進行加密箍筋，可以避免受到外力影響，且不會對混凝土結構整體產生影響。對底部鋼筋間距進行調整，按照04LaE+15d 方式將鋼筋錨入型鋼柱，剩余鋼筋部分和套筒進行焊接，均使用加長套筒進行焊接，采取CO2氣體保護焊接方式，按照混凝土澆筑要求進行焊接。完成焊接后需要根據抗震設計要求對構件展開質量驗收，由專業試驗檢測結構進行現場驗收，往復加載驗證結構質量，直到節點達到抗震設計等級后，才能通過驗證。

其中要注意對厚鋼板的焊接技術控制，由于厚鋼板焊接坡口大，熱量高，極容易產生焊接變形的問題，若不能控制焊接變形問題，可能會對鋼板材料外形產生影響，造成外形尺寸進度誤差。由于鋼結構復雜，存在多處焊接接頭，焊縫出現應力集中，對焊縫造成過大約束度，可能出現層狀撕裂的問題。在焊接節點位置容易出現焊縫透焊問題或者焊縫密集。因此應使用窄間隙小坡口焊接技術，多層多道進行焊接，不允許擺寬道，前一道對后一道焊縫產生預熱作用，后一道對前一道產生后熱作用，從而保證應力分布的均勻性，以保證焊接質量的改善。為了對變形的控制，分別多次對正反面進行多次焊接，或者對同一焊縫多次焊接。提前準備剛性胎膜加劇固定厚板，經過固定后可以減少焊接變形問題。為改善殘余應力問題，可利用工件整平處理，通過切割鋼構件邊緣并對鋼構件反復碾壓處理，能夠在一定程度上削弱收縮應力。焊接后也可以通過烘烤背部以及側面，從而消解殘余應力，高溫可以對熱影響區產生沖擊作用，也能達到除銹效果，改善殘余應力對厚板的影響。

對套筒焊接過程中，需要根據各個鋼結構節點上使用的套筒數量進行位置和型號的標注，能夠清楚標注不同位置的標高，在現場完成型鋼標注數據，確保套筒焊接位置準確。先通過人工手工焊接方式對套筒進行固定處理，再利用CO2氣體保護焊焊接套筒，完成焊接作業后對焊縫展開檢查，檢查焊縫能否達到質量要求，然后將焊縫提交給業主以及監理人員進行質量驗收，通過質量驗收后才允許進入下一階段作業。在安裝綁扎柱鋼筋時，對于梁鋼筋產生直接影響的位置可以先放置，在縱向鋼筋完成安裝后，對柱鋼筋以及受力水平鋼筋進行箍筋。支設模板作業先對模板加固處理后，再對梁底部柱混凝土進行澆筑施工。模板支設固定作業優先進行中段位置的支設，在節點位置1.5cm 暫時不進行支設作業，鋼筋梁和節點位置完成安裝作業后才能進行節點附近位置的支設固定。先進行水電預埋件以及板鋼筋的安裝作業，經過質量驗收以及檢查后，才能展開澆筑作業。混凝土作業采取分層澆筑方式，使用振搗棒從混凝土柱中插入均勻振搗作業，但由于型鋼位于混凝土柱的中間位置，占據很大部分空間，很難展開振搗工作。為了保證混凝土柱可以得到密實振搗，可使用自密實混凝土進行施工，這類混凝土對于振搗作業要求并不高，能夠提高澆筑后的密實程度。但也由于該材料的特殊性，對于澆筑工作提出新要求。由于該材料的流動性更強，在澆筑過程中應當進行交替澆筑作業，避免對單側造成過大壓力，可能造成鋼柱位移或者變形問題的發生[2]。在澆筑過程中應嚴格控制每次澆筑的時間間隔以及高度，從而保證模板結構穩定。在澆筑后仍然需要使用振搗棒充分振搗，在鋼柱外圍使用振搗棒敲擊，振搗棒可以對模板體系產生傳遞作用，從而保證混凝土充分振搗密實。

使用本文提出的型鋼與鋼筋套筒連接施工能夠減少鋼筋材料結構上的開孔作業，從而減少鋼結構加工制作時間，全面提高施工速度以及施工效率，并保證鋼結構不會出現質量損害，能夠全面提高施工質量以及施工水平。同時借助于加長套筒以及焊接施工，能夠規避鋼柱安裝誤差帶來的影響，可以規避人工施工過程中帶來的焊接質量問題，并減少施工材料的使用，也能達到良好的鋼-混凝土連接效果。

5 鋼柱拉筋節點設計

本工程外框鋼柱主要使用鋼骨柱，圓柱混凝土樁，鋼骨柱截面為十字形，每根配筋方式都不同。對拉筋和鋼骨連接時，利用螺栓套筒以及焊接方式進行連接施工。使用焊接連接板，要求焊縫長度不低于單面12d、雙面6d。為了保證鋼骨柱拉筋作業，避免鋼筋彎折超過135°，鋼骨柱腹板上要增加長圓孔，拉筋彎鉤使用135°彎鉤，另一端使用90°彎鉤，將彎鉤一端通過鋼板連接水平鋼筋。拉筋和鋼骨柱垂直連接，應在鋼骨柱腹板上設置b×h 的長圓孔，其中h 為長度，b 為寬度。按照腹板厚度以及拉筋直徑，重復試驗計算以確定最終的數據。拉筋和鋼骨柱進行水平連接時，長圓孔尺寸應為[（b+4）×h]~[（b+6）×h]。經過數據計算，按照上述尺寸進行開孔施工，能夠通過拉筋穿過型鋼，可以控制開孔率，且保證施工質量以及效率。

6 縱筋節點設計

縱向鋼筋在施工過程中容易受到鋼筋連接板的影響，以往設計主要利用套筒連接縱向鋼筋以及鋼梁底部以及頂部，可采取縱筋中間斷開進行鋼筋連接板的焊接連接，但該施工技術由于施工效率低，柱縱筋作為重要連接鋼筋，對工程質量產生重要影響。斷開縱筋將會存在焊接風險，影響工程質量[3]。另外也可以通長布置縱筋，將鋼梁底部固定在套筒內部，將連接板底部干結頂部套筒。由于縱筋下料長度很難控制，和連接板焊接和套筒焊接時，受到空間局限約束很難實現四周焊接。因此本文采取連接板頂部使用套筒焊接方式，在底部使用搭筋板方式進行焊接，由于混凝土柱使用圓柱材料，利用搭筋板焊接更加容易便利。搭筋板和鋼筋的焊接可采取單雙面焊作業，更能保證焊接效果。搭筋板應選擇混凝土柱同等弧度的鋼板材料，常規平直搭筋板并不能滿足縱筋焊接需要，以同等弧度搭筋板能夠順應縱筋曲度，以保證達到理想的綁扎焊接質量，保證了外框鋼柱結構。完成焊接施工后還需要到現場展開質量驗收，經過質量驗收后才允許進行下一階段的施工。本文為了解決圓柱混凝柱的問題，提出選擇弧形搭筋板進行連接作業，能夠充分滿足焊接需要，減少質量隱患問題。

7 鋼柱和混凝土梁連接設計

在本工程地下室結構中使用了十字鋼柱結構，和周圍混凝土梁的連接施工相對復雜，連接節點較多，施工難度更高。由于混凝土梁由于數量較多，結構復雜，多處存在四根混凝土梁連接一根鋼柱材料[4]。以往多使用在鋼柱梁高范圍區域內增加鋼筋連接板材料，在鋼筋連接板上焊接梁鋼筋進行連接，焊接方法使用雙面焊技術。本文提出使用組合結點方法連接施工，減少施工工序和難度。將以往使用的連接板去除，使用直錨技術對鋼筋進行錨固處理，要求錨固長度達到LaE。在鋼筋連接鋼骨位置，可使用套筒連接技術進行焊接，要求焊接長度應超過單面焊10d，雙面焊5d，套筒連接部分采取圍焊技術進行固定，要求焊腳高度應達到6mm。要求平直段連接長度在0.6LaE以上，后彎段連接長度應達到15d。鋼筋連接鋼骨架架柱時，底筋和面筋有多排結構，第一排使用搭筋板面部進行面筋的焊接，第二排使用搭筋板底部的焊接，第三排使用套筒方式進行焊接。對鋼骨結構焊接主要使用直錨以及彎錨技術。若存在多排鋼筋結構的混凝土梁，使用搭筋板進行焊接，可滿足焊接需要。由于搭筋板焊接施工需要大量仰焊施工，施工難度較大，因此還需要加強對焊接質量的驗收，以積極解決焊接質量問題。此外還可以利用套筒連接和搭筋板連接兩種方法結合方式進行焊接，第一排使用搭筋板面部進行焊接，第二排使用套筒連接方法焊接面筋，能夠對面筋焊接節點問題進行優化和質量控制。

8 剪力墻連接節點設計

剪力墻和鋼筋連接位置，以往在封閉箍筋位置，在垂直方向上間隔100mm，使用搭筋板（10mm×150mm×50mm）在鋼板墻焊接，將箍筋封閉焊接在搭筋板上，保證焊接長度應達到單面焊5d。封閉箍筋連接施工時，可在連接位置增加鉤筋板，在鉤筋板上將封閉箍筋彎折90°進行鉤接。鉤筋板厚度為12mm，制作為鋸齒形狀，將一側和鋼板剪力墻進行焊接成為鉤筋孔，再將鋼筋焊接固定。施工該施工技術能夠大幅減少焊接工作，提高效率。

9 結語

綜上所述，本文以某酒店建筑工程為例，該工程采取鋼-混凝土結構，該結構施工難點在于水平鋼筋和鋼柱的連接，為避免在鋼柱直接開孔，造成鋼柱應力過于集中，本文提出水平鋼筋和鋼柱套筒連接施工方法。通過從水平鋼筋、鋼柱拉筋、縱筋、鋼柱和混凝土梁、剪力墻連接等連接節點的分析，更有利于利用焊接連接施工保證鋼筋混凝土結構得到充分連接，減少質量隱患，提高工程焊接質量。借助于焊接連接施工充分發揮出混凝土和鋼結構的性能優勢，能夠全面提高施工質量。