論型鋼混凝土結(jié)構(gòu)穿筋孔施工

李 鵬

(中鐵二局建筑公司, 四川成都 610000)

論型鋼混凝土結(jié)構(gòu)穿筋孔施工

李 鵬

(中鐵二局建筑公司, 四川成都 610000)

文章以鄂爾多斯廣場作為施工實例，從技術(shù)工藝和現(xiàn)場施工兩個方面來介紹如何提高型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的穿筋孔穿筋質(zhì)量。通過對可能對穿筋孔準(zhǔn)確性有影響的原因進行分析并找出關(guān)鍵要因，確定要因后再對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工質(zhì)量不合格、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝質(zhì)量達不到要求這兩個要因?qū)嵤Σ邚亩ＷC穿筋孔準(zhǔn)確性。

鋼結(jié)構(gòu)； 穿筋孔； 型鋼混凝土； 組合結(jié)構(gòu)； 要因

型鋼混凝土的組合結(jié)構(gòu)是指在混凝土之中預(yù)先設(shè)置型鋼以及鋼筋的結(jié)構(gòu)，是鋼材與混凝土組合的一種較為常用的形式。

在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之中，鋼筋雖然時常交叉碰撞，但在一定的范圍內(nèi)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整就基本能夠正常安裝上去。但是對于型鋼混凝土，凡是涉及交叉鋼筋的節(jié)點，鋼骨柱或鋼骨梁上的穿筋孔必須預(yù)先確定，因此，要在加工制作之前研究透徹施工大樣圖，熟悉相關(guān)的規(guī)范，才能確保型鋼混凝土構(gòu)件順利制作安裝。

1 工程結(jié)構(gòu)概況

鄂爾多斯廣場項目商業(yè)樓區(qū)域建筑面積約30×104m2，本工程鋼結(jié)構(gòu)主要用于南、北塔樓的鋼骨柱、鋼管混凝土柱、鋼骨梁、樓層梁、核心筒墻內(nèi)型鋼暗柱和裙房的鋼柱、大跨度樓、屋面鋼梁及屋面鋼桁架等部位。

本工程高層塔樓與裙房在±0.00以下結(jié)構(gòu)連為整體，±0.00以上塔樓與裙房之間設(shè)防震縫分開，每一棟塔樓為一個獨立的結(jié)構(gòu)單元。北塔樓高122 m，采用鋼骨框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，外框架柱為鋼骨混凝土柱，樓面梁采用鋼梁(與核心筒墻鉸接或剛接)，核心筒墻為設(shè)有構(gòu)造鋼骨的鋼筋混凝土墻(與鋼梁交接處及筒體四角設(shè)型鋼暗柱)。南塔樓高158 m，采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，外框架柱為鋼管混凝土柱，樓面梁采用鋼梁(與核心筒墻剛接)，核心筒墻為設(shè)有構(gòu)造鋼骨的鋼筋混凝土墻(與鋼梁交接處及筒體四角設(shè)型鋼暗柱)。樓板采用壓型鋼板+現(xiàn)澆混凝土組合樓板。

本文將從技術(shù)工藝和現(xiàn)場施工兩個方面來介紹如何提高型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的穿筋孔穿筋質(zhì)量。

2 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)穿筋孔技術(shù)與施工工藝

2.1 工藝介紹

鋼結(jié)構(gòu)的工藝流程如下：鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計 → 鋼結(jié)構(gòu)的加工 → 鋼結(jié)構(gòu)的運輸與保護 → 鋼結(jié)構(gòu)的吊裝 → 鋼結(jié)構(gòu)的支護與安裝 → 鋼結(jié)構(gòu)的焊接。

以上流程每個節(jié)點都能對穿筋孔的施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。

2.2 開孔原則

本工程型鋼混凝土柱主要包括十字型鋼骨柱、工字型鋼骨柱。根據(jù)規(guī)范圖集04SG523《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造》的規(guī)范規(guī)定，加工制作時在型鋼上的穿筋孔因兼顧考慮便于現(xiàn)場施工和減少型鋼的截面損失這兩個方面，因此穿筋孔開孔直徑一般相比鋼筋要大5～8 mm。

2.3 穿筋孔留設(shè)部位與留設(shè)要求

留設(shè)穿筋孔分為在柱身上留設(shè)與在梁身上留設(shè)兩種情況。

2.3.1 在柱身預(yù)留穿筋孔

(1)加勁板部位與縱向筋沖突部位。(2)考慮到混凝土柱身模板安裝工藝，在鋼骨柱柱身上開設(shè)固定模板的拉結(jié)筋孔。(3)加勁板部位開設(shè)灌漿孔。(4)柱箍筋穿牛腿腹板。(5)柱主筋穿過牛腿翼緣板。(6)柱箍筋鋼骨柱腹板。(7)勁性梁縱筋穿鋼柱腹板。(8)框架梁縱筋的主筋或腰筋穿鋼骨腹板。(9)混凝土剪力墻水平筋穿過鋼骨柱。

2.3.2 柱身穿筋孔工藝要領(lǐng)

(1)為了保證型鋼混凝土柱的澆筑質(zhì)量，應(yīng)在型鋼柱的工藝板、加勁板增加灌漿孔，孔徑應(yīng)滿足混凝土振搗棒的施工需要，大截面構(gòu)件應(yīng)相應(yīng)加大灌漿孔的直徑與數(shù)量。

(2)型鋼混凝土柱考慮到施工工藝的要求，如型鋼混凝土柱柱身模板的固定措施，往往需要拉設(shè)通長的拉筋固定模板，所以在鋼骨柱的相應(yīng)部位應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾庸に嚳住?/p>

(3)為滿足結(jié)構(gòu)要求，縱向鋼筋應(yīng)貫通，在與型鋼沖突部位應(yīng)增設(shè)穿筋孔，并應(yīng)合理的排布鋼筋，穿筋孔的截面積不大于型鋼截面的25 %。對于大于25 %的應(yīng)對型鋼做必要的補強處理。圓形孔洞可通過焊接鋼套筒補強。

(4)穿筋孔的位置應(yīng)遠離焊口，避免應(yīng)力集中，影響構(gòu)件加工質(zhì)量。

2.3.3 在梁身預(yù)留穿筋孔

(1)鋼梁上有型鋼混凝土柱的，應(yīng)開設(shè)混凝土柱縱向穿筋孔。(2)腹板部位應(yīng)在加工廠預(yù)留箍筋、拉結(jié)筋孔。(3)其它必要的設(shè)備孔洞，如穿線管、管道的預(yù)留孔洞等。(4)勁性柱箍筋穿過鋼骨梁腹板。(5)梁拉結(jié)筋穿過梁腹板。(6)混凝土剪力墻豎向鋼筋穿過鋼骨梁翼緣。

2.3.4 梁身穿筋孔工藝要領(lǐng)

(1)型鋼混凝土梁的開孔位置比較適宜設(shè)置在受剪力較小的部位，所開的穿筋孔形狀應(yīng)為圓形。當(dāng)孔洞位于里支座1/4跨度以外時，圓形孔的直徑不大于0.4倍的梁高，并且不大于型鋼截面高度的0.7倍；當(dāng)孔洞位于里支座1/4跨度以內(nèi)時，圓形孔的直徑不大于0.3倍的梁高，并且不大于型鋼截面高度的0.5倍。

(2)在鋼骨梁縱筋與鋼骨柱交接處，當(dāng)梁縱筋不能直接通過鋼骨柱時，需要留設(shè)穿筋孔使梁縱筋通過，之后鋼骨柱需采用鋼板在單面進行補強處理。補強的鋼板厚度取穿筋孔開孔孔徑與鋼骨柱板厚之間的大值。

(3)梁腰筋為構(gòu)造鋼筋時，直接頂?shù)戒摴侵笤購濆^，如果梁腰筋為抗扭鋼筋時，則需有穿筋孔，抗扭腰筋穿過鋼骨柱。

(4)在鋼筋混凝土梁縱向鋼筋和鋼骨柱交界處，當(dāng)鋼筋混凝土梁縱向鋼筋不能通過鋼骨柱時，則需要分情況進行處理。當(dāng)縱向鋼筋數(shù)量大于5時，左右外側(cè)的兩根縱向鋼筋通過穿過預(yù)留的穿筋孔穿過鋼骨柱；當(dāng)縱向鋼筋數(shù)量小于或等于5時，需在鋼骨柱上焊上連接板，縱向鋼筋焊接長度需大于或等于5倍d(d為縱向鋼筋直徑)，且需雙面焊。

(5)當(dāng)穿過鋼骨柱的縱向鋼筋無法滿足錨固要求時，則需將穿過穿筋孔的縱向鋼筋加工成彎鉤狀，彎鉤狀鋼筋從鋼骨柱板內(nèi)向外穿出，再使用直螺紋套筒連接這兩段鋼筋。

(6)在柱縱向鋼筋、柱箍筋與鋼骨梁、鋼牛腿的交界處，按其處在裙樓或是主樓兩種情況，布筋方式是有區(qū)別的。處在裙樓時，柱縱筋布置按平法標(biāo)注圖進行布置，采取繞開鋼骨柱牛腿的方式；處在主樓時，則規(guī)定兩根柱縱筋需從穿筋孔穿過鋼骨梁或是鋼牛腿，其余柱縱筋則從鋼骨梁或是鋼牛腿兩側(cè)通過。

此外，在柱縱向鋼筋、柱箍筋與鋼骨梁、鋼牛腿的交界處，外圍的箍筋需通過穿筋孔穿過，箍筋采用U形箍綁扎固定后使用焊接的方式進行閉合。

(7)在鋼筋混凝土剪力墻與鋼骨梁的交接處，鋼筋混凝土剪力墻需預(yù)先埋設(shè)好錨固鋼板或是錨固鋼筋，穿入后，鋼骨梁與錨固件進行焊接連接，梁縱筋錨入鋼筋混凝土剪力墻中。

2.3.5 加密區(qū)箍筋穿筋孔留設(shè)要求

當(dāng)鋼筋混凝土框架柱、框架梁或鋼骨柱、鋼骨梁的箍筋通過鋼骨腹板時，則需要考慮鋼筋加密區(qū)對穿筋孔的影響，由于在不同的工程中，建筑物的抗震等級、梁或柱的截面尺寸、層高或跨度不盡相同，梁或柱的箍筋加密區(qū)可能也有所不同。但以一般民用建筑來說，加密區(qū)采取100 mm的間距，非加密區(qū)采取200 mm的間距比較普遍。因此，在符合設(shè)計要求的前提下，箍筋穿筋孔可按非加密區(qū)200 mm的間距、加密區(qū)100 mm的間距進行穿筋孔留設(shè)。

2.4 穿筋孔現(xiàn)場施工工藝特點和難度

(1)本工程型鋼柱重量大，需要分解制作和吊裝焊接，因此鋼構(gòu)件、型鋼柱的分節(jié)制作精度和穿筋孔施工安裝質(zhì)量為施工重點。

本工程設(shè)計有大量的鋼構(gòu)件、型鋼混凝土柱、型鋼混凝土梁。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的穿插、混凝土澆筑難度均大于普通鋼筋混凝土梁柱，是影響工期和施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

(2)兩個塔樓均為鋼結(jié)構(gòu)+核心筒形式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大。

(3)樓層高度較高，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)整體位移，為防止結(jié)構(gòu)整體位移，在+114.4～120.7 m標(biāo)高的第二避難處設(shè)伸臂桁架+腰桁架，精度要求高，測量難度大。

3 穿筋孔施工問題剖析與解決措施

3.1 現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)施工問題

3.1.1 加工問題

鋼結(jié)構(gòu)加工時鋼結(jié)構(gòu)制作質(zhì)量未達到要求，在切割、下料時，翼緣板尺寸寬窄不一，造成H型鋼與牛腿的尺寸不一致，與牛腿聯(lián)系的鋼梁上下翼緣板錯位。這是由于未能很好地會審圖紙，沒有明確鋼構(gòu)件的穿筋孔開口位置，或是沒有考慮到現(xiàn)場鋼筋的穿插造成的加工誤差。

在對鋼結(jié)構(gòu)進行組裝時，焊接H型鋼無組裝胎架，造成H型鋼高度尺寸有偏差。翼緣板腹板在對接之后，焊縫未矯平，而且有明顯凹凸。輕鋼腹板不平整，組裝前沒有對輕鋼腹板進行矯正，同樣會對穿筋孔準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

構(gòu)件出廠時，鋼柱、鋼梁的中心線標(biāo)記未標(biāo)示，給穿筋孔施工、矯正、檢測帶來困難。

3.1.2 安裝質(zhì)量問題

鋼骨柱安裝時違反操作規(guī)程，將鋼骨柱根根獨立支立，沒有形成穩(wěn)固的框架單元，如果遇到大風(fēng)天氣，將會造成鋼骨柱柱體偏移，從而影響穿筋孔定位。

在安裝錨固螺栓時，錨固螺栓高低不一，鋼骨柱柱腳平面在安裝前未測量準(zhǔn)確，造成預(yù)埋時移位，從而形成鋼骨柱柱偏移，將會造成穿筋孔偏移，所以應(yīng)先測后埋。

3.1.3 焊接問題

現(xiàn)場焊接質(zhì)量普遍不合要求，存在焊接變形、焊接應(yīng)力等問題。在焊接的過程中，因為鋼材單面受熱，再加上受熱以后鋼板本身的部分殘余應(yīng)力釋放，將會導(dǎo)致受熱不均，從而產(chǎn)生變形，變形則會影響穿筋孔施工精準(zhǔn)度。

3.2 影響穿筋孔質(zhì)量的施工要因

針對現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工出現(xiàn)的質(zhì)量問題，對其產(chǎn)生原因通過“人機料法環(huán)”五個方面的原因進行剖析，并對影響穿筋孔的所有潛在因素進行跟蹤分析，現(xiàn)列出12項可能對穿筋孔準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響的因素，并將其結(jié)果分為要因與非要因。(1)無施工經(jīng)驗。(2)缺少專項技術(shù)方案。(3)專業(yè)技術(shù)交底未進行。(4)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工質(zhì)量不合格。(5)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量不合格。(6)施工環(huán)境及冬季施工因素。(7)工種之間協(xié)調(diào)配合不到位。(8)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包單位沒有有相應(yīng)專業(yè)資質(zhì)。(9)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)班組焊接操作人員沒有焊工合格證和安全操作證。(10) 鋼結(jié)構(gòu)施工支護不到位。(11)鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)不符合工程要求。(12) 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝質(zhì)量達不到要求。

對所有因素進行了一一排查確認，其中鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工質(zhì)量不合格、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝質(zhì)量達不到要求兩項因素為要因。

3.3 針對要因?qū)嵤Σ?/p>

針對兩項要因由專人實施對策并檢查實施效果。

3.3.1 措施一：針對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工不合格

(1)鋼結(jié)構(gòu)施工前，應(yīng)由具備專項設(shè)計資質(zhì)的加工制作企業(yè)完成鋼結(jié)構(gòu)穿筋孔施工詳圖，并制定出詳盡的施工方案，根據(jù)施工階段的荷載工況和結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行必要的施工驗算或采取有效的臨時施工措施。

(2)鋼構(gòu)件加工制作前，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)變形，如豎向構(gòu)件的軸向變形和焊接變形等可能會產(chǎn)生的穿筋孔安裝偏差的情況，并預(yù)先采取相應(yīng)的預(yù)防措施和調(diào)整措施。在確保滿足施工安裝和設(shè)計要求后，方可進行構(gòu)件加工、制作和安裝。

(3)所有型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)所用的鋼構(gòu)件均應(yīng)在工廠加工制作，現(xiàn)場再進行拼接和安裝。鋼骨梁、鋼骨柱的預(yù)留孔洞應(yīng)按設(shè)計圖紙在工廠進行制孔，在施工現(xiàn)場安裝時，未經(jīng)設(shè)計允許，不能隨意打孔和用氣焊擴孔。鋼骨柱、鋼骨梁上的穿筋孔，均應(yīng)在工廠制孔，不得在工地臨時補開孔，以保證穿筋孔制作質(zhì)量。

(4)鋼柱每2～3層為一節(jié)，在工廠加工，然后在工地拼裝。凡本工程施工圖中未明確的柱工地拼接做法參見國標(biāo)01SG519《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造詳圖》第7～8頁的相關(guān)做法，其中腹板的連接采用全焊接連接。

(5)施工圖中未明確時，變截面工字形(或十字形)柱、箱形柱的工廠拼接做法參見國標(biāo)01SG519第9～11頁的有關(guān)做法。

(6)針對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工不合格的整改措施：板制H型鋼的尺寸嚴格控制，要求相應(yīng)從整根H型鋼截取，防止牛腿高差錯位。H型鋼組裝時，應(yīng)有組裝胎架并隨時檢查調(diào)整。鋼板應(yīng)整張大板拼接。拼制H型鋼，應(yīng)注意矯正質(zhì)量，控制角變形值和平整度。構(gòu)件油漆后應(yīng)標(biāo)注構(gòu)件中心線標(biāo)記。

(7)框架梁與框架柱之間的剛性連接，先由工廠進行柱與懸臂鋼梁段全熔透焊接，然后在工地進行梁的拼接，拼接時其翼緣為全熔透等強度對焊連接，腹板為高強度螺栓摩擦型連接。次梁與主梁的連接除懸挑梁外，均為鉸接連接，腹板用高強度螺栓摩擦型連接。

(8)組合截面的鋼骨柱、鋼骨梁、鋼斜撐等構(gòu)件的腹板與翼緣的T形對接焊縫均在工廠采用加引弧板(其厚度和坡口與母材相同)的埋弧自動焊焊接成型(焊縫形式為對接與角接的組合焊縫)，施焊工藝及板材上的坡口尺寸符合GB 50661《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

3.3.2 措施二：針對鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝達不到要求

(1)對于由多個構(gòu)件交匯的復(fù)雜節(jié)點，以及重要安裝接頭，都應(yīng)進行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)拼裝。

(2)鋼骨梁與混凝土構(gòu)件上的預(yù)埋件在進行焊接連接時，應(yīng)分層進行，不得過熱焊傷混凝土結(jié)構(gòu)。

(3)對于采用普通螺栓連接的接頭，待構(gòu)件安裝就位，校正擰緊螺栓時將絲口打毛，或與螺母焊死以防止松動。

(4)在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝完成后，對所有的連接螺栓都逐一檢查，以防漏擰或松動情況的出現(xiàn)。

(5)混凝土內(nèi)的鋼構(gòu)件，需在澆筑混凝土之前，徹底清除鋼構(gòu)件表面的銹蝕、油跡及附著物等，保證鋼結(jié)構(gòu)表面的干凈。

(6)鋼結(jié)構(gòu)在吊裝前已選擇好吊點并進行驗算，吊裝方案的選定和吊點位置都通過了計算確定，以保證每個安裝階段結(jié)構(gòu)的強度和整體穩(wěn)定。

(7)鋼結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)設(shè)置可靠的支護體系，形成穩(wěn)固的框架單元，還應(yīng)及時安裝臨時支撐，必要時增加纜風(fēng)繩臨時固定，保證結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性；若采用對結(jié)構(gòu)有影響的起重機械或其它施工設(shè)備時，施工單位應(yīng)根據(jù)具體情況驗算施工荷載對結(jié)構(gòu)的影響。

(8)鋼骨柱、鋼骨梁安裝完畢后，應(yīng)盡快調(diào)整鋼骨柱的垂直度和高差墊片，然后封閉柱腳，并二次灌漿密實。柱腳在地面以下部分應(yīng)采用C10混凝土包裹，包裹的混凝土高出地面150 mm，確保鋼柱穩(wěn)定性，從而控制穿筋孔偏差風(fēng)險。

(9)安裝時整改措施：安裝高強螺栓要把好扭矩系數(shù)和緊固軸力的復(fù)試。安裝高強螺栓控制好施工扭矩，露絲控制在2～3個絲扣，不允許高強螺栓當(dāng)做臨時固定螺絲使用，且高強螺栓終擰必須在安裝好高強螺栓的48 h內(nèi)完成。

4 結(jié)束語

通過對型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的穿筋孔進行技術(shù)工藝和現(xiàn)場施工兩方面的調(diào)查研究，并以鄂爾多斯廣場作為施工實例，說明技術(shù)工藝和現(xiàn)場施工均對型鋼混凝土穿筋孔安裝質(zhì)量有很大影響。在技術(shù)工藝上，因為鋼骨的組合結(jié)構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)骨架與鋼筋混凝土之間組合而成的共同受力的組合構(gòu)件，現(xiàn)場施工時鋼筋在安裝時常常會受到鋼構(gòu)件的阻礙，所以在鋼構(gòu)件工廠進行制作加工時，需要在鋼構(gòu)件上預(yù)留穿筋孔洞，因此鋼結(jié)構(gòu)穿筋孔開孔在設(shè)計時就要考慮使其連接的節(jié)點盡可能簡單，還要滿足等強受力的原則來進行綜合考慮。型鋼混凝土，凡是涉及交叉鋼筋的節(jié)點，鋼骨柱或鋼骨梁上的穿筋孔必須預(yù)先確定，因此，要在加工制作之前研究透徹施工大樣圖，熟悉相關(guān)的規(guī)范，才能確保型鋼混凝土構(gòu)件順利制作安裝。在現(xiàn)場施工時，需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定施工方案，更要綜合考慮工程本身的抗震等級、跨度、層高、構(gòu)件尺寸，針對加工、安裝、焊接會出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題均能做出預(yù)防方案和處理措施。

[1] GB 50661-2011 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

[2] GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JGJ 3-2010 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[S].

[4] JGJ 138-2001 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[5] JGJ 3-2010 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

TU755.3+3

B

[定稿日期]2017-03-29