型鋼-混凝土組合梁柱節(jié)點施工技術(shù)

劉東海 張 衡 聶博儀

1. 綠城樂居建設(shè)管理集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310007；

2. 中建科技集團(tuán)有限公司華東分公司 上海 201109

鋼-混組合結(jié)構(gòu)體系憑借承載力高、剛度大、跨越能力強(qiáng)、截面尺寸小、自重輕、利于抗震、綜合效益好等優(yōu)勢[1]，在實際工程應(yīng)用中愈加頻繁。鋼筋混凝土柱-鋼梁組合框架結(jié)構(gòu)具有施工速度快、材料利用率高、成本低、耗能強(qiáng)等特點[2]，相較于勁性型鋼混凝土、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系，具有優(yōu)良的性價比。型鋼-混凝土組合梁柱節(jié)點內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，加工制作難度大，現(xiàn)場施工要求高。本文以實際項目為例，詳細(xì)介紹梁柱節(jié)點鋼套筒的深化加工、吊裝、連接等施工技術(shù)，為類似工程提供經(jīng)驗參考。

1 結(jié)構(gòu)體系簡介

南京一中江北校區(qū)（高中部）建設(shè)工程項目為裝配式框架結(jié)構(gòu)工程，是全國首個全部采用裝配式建筑的校園，也是江蘇省首個住建部綠色校園示范工程項目。其中，9#體育館采用鋼筋混凝土柱-鋼梁組合結(jié)構(gòu)＋不出筋疊合板（局部鋼筋桁架樓承板）新型樓蓋體系。

該建筑地上2層（局部夾層），地下1層（局部夾層），建筑最高點為23.90 m，地下建筑大面標(biāo)高為－11.05 m，單層建筑面積約3 700 m2；結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土柱-鋼梁組合結(jié)構(gòu)，最大跨度為33.6 m，屋面為輕鋼桁架結(jié)構(gòu)。其梁柱節(jié)點采用新型鋼筋混凝土柱-鋼梁組合鋼套筒節(jié)點，并在項目中得到成功應(yīng)用。

2 工程重難點

本項目采用鋼筋混凝土柱-鋼梁組合結(jié)構(gòu)中的梁貫通型節(jié)點構(gòu)造，且暫無類似施工案例經(jīng)驗可供參考，建造施工難度大[3]。因此，對梁柱節(jié)點的深化加工、現(xiàn)場吊裝、固定及技術(shù)質(zhì)量管控等環(huán)節(jié)，需全面考慮，統(tǒng)籌安排。

1）梁柱節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，焊接制作難度大。節(jié)點區(qū)外包型鋼形成的鋼套筒內(nèi)部空間狹小，三橫兩縱式多道水平隔板將內(nèi)部空間分隔為眾多小空間（圖1），一級全熔透焊縫焊接質(zhì)量要求高，筒壁內(nèi)側(cè)均布150 mm×150 mm抗剪栓釘，常規(guī)焊接工藝已無法滿足鋼套筒制作要求。

圖1 鋼套筒立剖面

2）梁柱節(jié)點區(qū)貫通縱筋定位、穿筋困難。梁柱節(jié)點鋼套筒筒壁長4.95 m，柱截面為1.5 m×1.0 m，柱內(nèi)分布縱筋4φ32 mm＋28φ28 mm，鋼筋采用直螺紋套筒連接（圖2），柱內(nèi)縱筋均需整體一次性穿過3道水平隔板上的預(yù)留穿筋孔。鋼套筒的吊裝直接影響后續(xù)鋼梁吊裝與樓板施工。受梁柱節(jié)點鋼套筒構(gòu)造和施工工藝影響，縱筋穿過水平隔板過程中無法人為調(diào)節(jié)，同時縱筋受周邊環(huán)境和自身重力等影響易傾斜和晃動，鋼筋穿過核心區(qū)橫隔板的難度大。因此，鋼套筒下口柱端鋼筋需預(yù)留5～6 m的自由端，且鋼筋連接點需避開水平隔板區(qū)域。

圖2 鋼套筒橫剖面

3）型鋼大梁吊裝難度大。型鋼大梁跨度31.95 m，高1.35 m，重23.36 t，采取“分段加工，跨外拼裝，整體吊裝”的施工工藝。梁柱節(jié)點鋼套筒和型鋼大梁吊裝過程中的誤差消除是確保鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的基礎(chǔ)；鋼梁吊裝中有效的臨時支撐、連接固定方式是順利吊裝的保障。

4）鋼套筒內(nèi)部混凝土的密實度、均勻性將直接影響主體結(jié)構(gòu)的安全性。鋼套筒內(nèi)部的縱橫向多道隔板，將內(nèi)部空間分割為16個區(qū)域，澆筑的混凝土通過中央澆筑孔及四角的透氣孔逐層填充、密實，因此良好的混凝土骨料粒徑、級配和流動性是確保梁柱核心區(qū)新澆混凝土密實的重要保障。

3 節(jié)點構(gòu)造、深化加工

3.1 節(jié)點構(gòu)造要求

1）牛腿腹板均需插入套筒內(nèi)，與套筒單面坡口熔透焊接。一側(cè)相對的牛腿腹板宜貫通，另一側(cè)牛腿腹板通過端部T板錨固于套筒內(nèi)。腹板上下，一側(cè)與隔板坡口熔透焊接，另一側(cè)在隔板上開槽穿過并采用單面開坡口焊接。

2）鋼套筒內(nèi)隔板均貫通，且需與牛腿上下翼緣平齊，避免牛腿翼緣直接撕扯鋼套筒壁（圖3）。套筒壁板與隔板為T形單面坡口焊縫。

圖3 鋼套筒實體

3）水平隔板上澆筑孔、透氣孔的孔徑大小及定位需在確保結(jié)構(gòu)受力安全的條件下，充分考慮現(xiàn)場施工，避免無法澆筑混凝土或混凝土成形后分塊。

3.2 深化加工要求

1）深化設(shè)計時根據(jù)設(shè)計圖對鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、節(jié)點構(gòu)造進(jìn)行完善。分析焊接應(yīng)力及結(jié)構(gòu)變形，提出結(jié)構(gòu)預(yù)變形的處理措施；注明構(gòu)件編號、定位尺寸、質(zhì)量等信息；要有能反映出工程整體三維關(guān)系、主要控制坐標(biāo)等的宏觀信息，以利于安裝時測量控制。

2）加工制作時，在下料制孔、裝配控制、構(gòu)件矯正、成品檢測等環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程跟蹤檢查控制。

3）焊縫交叉重合易造成應(yīng)力集中，影響焊接質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全，因此在深化設(shè)計時應(yīng)注意每條焊縫的位置、施焊空間，并在構(gòu)造上予以處理，盡量避免焊縫交叉重合。

4 施工工藝流程

4.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝前置準(zhǔn)備工作

4.1.1 縱筋放樣及綁扎

梁柱節(jié)點鋼套筒壁高4.95 m，柱內(nèi)縱筋為28φ32 mm＋4φ36 mm，根據(jù)工藝要求，柱內(nèi)縱筋均需整體一次性穿過水平隔板上的預(yù)開穿筋孔。縱筋采用直螺紋套筒連接技術(shù)，橫隔板上預(yù)開穿筋孔孔徑不宜過大，且受套筒內(nèi)壁栓釘影響，柱身鋼筋下料、綁扎過程中需做到如下幾點：

1）柱內(nèi)縱筋放樣、加工時，鋼筋連接接頭處避開筒身高度范圍，避免吊裝時因直螺紋套筒導(dǎo)致縱筋局部凸起，無法穿越內(nèi)部水平隔板。

2）柱身縱筋綁扎采用“框架柱梯子筋”等措施，確保柱內(nèi)縱筋間距合理、受控；同時，柱身箍筋綁扎過程中實時檢查、糾偏，避免柱內(nèi)鋼筋整體扭轉(zhuǎn)變形，影響梁柱節(jié)點鋼套筒安裝、柱身封模。

4.1.2 臨時固定預(yù)埋件安裝

梁柱節(jié)點鋼套筒的水平定位、垂直度直接影響后期鋼套筒與型鋼大梁的拼接；建筑結(jié)構(gòu)各層層高近8 m，柱身高度大，采取“套筒下部混凝土先行澆筑，鋼套筒后期吊裝”的施工工藝。因此，鋼套筒下部混凝土澆筑前需采取如下措施：

1）該區(qū)段柱身箍筋綁扎完成80%時，柱頂部放置縱筋定位鋼板，確?？v筋間距并及時糾偏；柱身封模時，校核縱筋整體定位，確保與橫隔板預(yù)留孔在同一軸線。

2）鋼套筒均為偏心構(gòu)件，單個質(zhì)量約7.8 t，通過在柱模頂部設(shè)置鋼套筒固定預(yù)埋件，可起到標(biāo)高、垂直度、水平定位糾偏和臨時固定作用。

4.2 梁柱節(jié)點鋼套筒安裝

梁柱節(jié)點鋼套筒吊裝施工時采用輔助定位工裝，柱端預(yù)留縱筋通過鋼套管引導(dǎo)穿過套筒內(nèi)水平隔板，完成吊裝固定，順利解決新型組合樓蓋體系施工中的重難點。

4.2.1 吊裝工藝流程

1）下層鋼筋混凝土柱達(dá)到指定強(qiáng)度后，將組合好的引導(dǎo)工裝和鋼套筒進(jìn)行整體吊裝。吊裝過程中，鋼套筒緩緩下落，由現(xiàn)場施工人員調(diào)整鋼套筒的位置，精準(zhǔn)就位。

2）當(dāng)引導(dǎo)管接觸下層柱端縱筋時，施工人員將下層柱縱筋調(diào)整伸入引導(dǎo)管中，然后繼續(xù)緩緩下落，依次將不同長度縱筋全部穿入引導(dǎo)管。鋼筋通過鍍鋅管的引導(dǎo)即可順利穿過多道隔板，此過程避免了鋼筋在套筒中的偏移晃動以及與鋼套筒中栓釘?shù)呐鲎?，施工效率大大提高?/p>

3）鋼筋全部伸入引導(dǎo)管后，鋼套筒繼續(xù)下落，直至到達(dá)指定標(biāo)高。施工人員應(yīng)復(fù)核鋼套筒標(biāo)高與定位。

4.2.2 吊裝控制要點

1）焊接成形的梁柱節(jié)點鋼套筒首件需提前7 d運輸至現(xiàn)場，經(jīng)驗收合格后卸入堆場。吊裝前的驗收內(nèi)容包括：進(jìn)場合格證、構(gòu)件尺寸型號、焊接成形質(zhì)量（扭曲、平整度）和外部涂裝，并著重檢查一級全熔透焊縫的質(zhì)量。

2）鋼套筒吊裝前，重點對預(yù)留縱筋的間距、水平定位、預(yù)埋板標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，確保鋼套筒順利吊裝。

3）柱端預(yù)留鋼筋長度不一致時，鋼套筒下降過程中由人工將縱筋調(diào)整伸入引導(dǎo)管中，然后繼續(xù)緩緩下落，依次將所有柱端縱筋對齊伸入引導(dǎo)管中。

4）鋼套筒吊裝就位，并通過預(yù)埋件及套筒側(cè)邊耳板對鋼套筒的定位、垂直度進(jìn)行校核無誤后，四周與柱端預(yù)埋件采用臨時焊接固定，方便大跨度型鋼梁吊裝就位后的微調(diào)就位、安裝。

4.3 型鋼主梁吊裝

本工程各樓層型鋼梁均為焊接H型鋼實腹式大梁，拼接處腹板采用高強(qiáng)螺栓連接，上下翼緣采用焊接，焊縫為一級全熔透焊縫?，F(xiàn)場采用“整榀分段，胎架支撐，汽車吊吊裝”的方式進(jìn)行拼接安裝。吊裝前采用胎架作為臨時支撐，鋼梁通過QAY260A型汽車吊吊裝就位后，兩端同時通過高強(qiáng)螺栓連接副與鋼套筒連接緊固。

鋼梁吊裝操作步驟如下：

1）吊裝前，復(fù)核吊裝場地地基承載力，并進(jìn)行預(yù)處理，滿足現(xiàn)場吊裝安全要求；型鋼大梁的拼裝場地設(shè)置在起重構(gòu)件的有效吊裝半徑內(nèi)。

2）型鋼梁吊裝前，必須對桁架的編號、外形尺寸、方位等進(jìn)行全面復(fù)核，確認(rèn)符合設(shè)計圖紙要求。

3）根據(jù)鋼梁特點，在鋼梁端部用固定麻繩作為調(diào)整方向的牽制溜繩。吊裝準(zhǔn)備工作就緒后，先進(jìn)行試吊，檢查索具牢固性和吊車的穩(wěn)定性，確定安全后將鋼梁慢慢吊起、轉(zhuǎn)向就位；當(dāng)鋼梁距離支承面40～100 mm高度時，調(diào)整鋼梁與支承面兩基準(zhǔn)線一致，指揮吊車下降就位，并進(jìn)行連接緊固。

4）鋼梁就位后若與鋼套筒牛腿連接孔間存在誤差，使緊固螺栓無法正常安裝，可在吊裝狀態(tài)下將鋼梁臨時擱置在胎架上（圖4），同時立即檢查尺寸偏差情況，確認(rèn)無誤后利用塔吊液壓裝置對鋼套筒微調(diào)、固定，以滿足現(xiàn)場安裝要求。

圖4 型鋼梁與鋼套筒連接

4.4 節(jié)點區(qū)混凝土澆筑

型鋼大梁吊裝、連接緊固完成且復(fù)核無誤后，需盡快澆筑鋼套筒內(nèi)部混凝土，為后續(xù)樓板施工提供有效支撐。梁柱節(jié)點內(nèi)縱橫分隔穿筋孔等構(gòu)造極大地影響梁柱節(jié)點內(nèi)部混凝土密實程度，影響結(jié)構(gòu)安全。澆筑混凝土過程中需從混凝土原材、澆筑方式等方面進(jìn)行管控，具體如下：

1）鋼套筒內(nèi)部栓釘、空隙、孔洞、腔體較多，良好的混凝土級配是確保澆筑成形后結(jié)構(gòu)密實的基礎(chǔ)。澆筑前由技術(shù)人員與混凝土攪拌站及時溝通，明確混凝土粗骨料最大粒徑、流動性，配制最適合現(xiàn)場施工的優(yōu)質(zhì)混凝土。

2）鋼套筒筒壁高5 m，采取常規(guī)澆筑方式，混凝土易離析，導(dǎo)致混凝土不密實。針對該施工質(zhì)量隱患，混凝土澆筑前及時用水流濕潤鋼套筒內(nèi)部，高溫天氣可避開高溫時段澆筑；澆筑過程中采用混凝土溜槽與澆搗管配合澆筑方式，澆筑時確保澆搗管端部距澆筑面不超過300 mm。

3）鋼套筒內(nèi)部環(huán)境相對密閉，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱不易散失，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較多裂縫。為解決該隱患，混凝土運送至現(xiàn)場后，第一時間測試混凝土內(nèi)部溫度，必要時可采取罐車外部流水降溫，將澆筑溫度控制在30 ℃以內(nèi)；混凝土澆筑完成7 d內(nèi)，定時測量筒壁溫度，并采取降溫措施。

5 結(jié)語

本項目采用鋼筋混凝土柱-鋼梁組合樓蓋結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)場實施前開展技術(shù)攻關(guān)，通過吊裝前的基礎(chǔ)保障措施、全過程的質(zhì)量控制及吊裝工裝的研發(fā)，順利實現(xiàn)了新型梁貫通型梁柱結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造的應(yīng)用，為鋼筋混凝土柱-鋼梁組合框架的應(yīng)用積累了經(jīng)驗。同時，也為該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計和裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用提供了經(jīng)驗參考。