型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋施工質(zhì)量控制

朱甲學(xué)，李文元，李昕彥，陳碩

（中電建建筑集團(tuán)有限公司，北京 100120）

1 引言

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和箍筋組成，基本構(gòu)件為梁和柱。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)分為全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用勁性混凝土的結(jié)構(gòu)和部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用勁性混凝土的結(jié)構(gòu)。勁性混凝土具有強(qiáng)度高、構(gòu)件截面尺寸小、混凝土握裹力強(qiáng)、節(jié)約混凝土、增加使用空間、降低工程造價(jià)、提高工程質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)[1]。

國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域已經(jīng)有豐富的案例和成功經(jīng)驗(yàn)，并發(fā)布了GB 50901—2013《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》。規(guī)范第7.2.1條規(guī)定了梁與柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求[2]，不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)采用繞開(kāi)法、穿孔法、連接件法處理[3]。但受結(jié)構(gòu)體型、型鋼類型、加工安裝條件及工藝等限制，型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單根型鋼立柱與多根型鋼梁連接，節(jié)點(diǎn)處鋼筋排布困難，安裝難度大。同時(shí)，因施工水平參差不齊，梁柱節(jié)點(diǎn)部位的施工仍存在排布、連接、位置關(guān)系等不符合要求的質(zhì)量問(wèn)題。

2 工程概況

中電建科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目位于北京市海淀區(qū)，由地上商業(yè)寫(xiě)字樓、人防及非人防地下組成，總建筑面積20.92 萬(wàn)m2，其中，地上建筑面積12.94 萬(wàn)m2；地下建筑面積7.98 萬(wàn)m2，建筑高度60 m。地下4 層為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，樓蓋為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)；地上15 層為鋼框架-屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)體系，樓蓋采用鋼筋桁架樓承板，玻璃幕墻外墻。地下主要為設(shè)備用房、辦公配套用房、車庫(kù)等。

A#、C#及E#樓主樓等部位（地下室4 個(gè)大角）鋼結(jié)構(gòu)自地下2 層開(kāi)始錨固，其他部位自地下1 層錨固。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)有H 形鋼梁組合結(jié)構(gòu)、H 形及箱形柱組合結(jié)構(gòu)。梁柱節(jié)點(diǎn)部位的鋼筋連接方式主要有套筒連接、連接件連接、穿孔貫通等方式。

3 梁柱節(jié)點(diǎn)施工工藝流程

型鋼梁柱主要為大跨度或轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，為滿足混凝土高大模板支撐穩(wěn)定性要求，工藝流程為：柱腳預(yù)埋→型鋼柱施工→型鋼梁及屋面板施工。

型鋼梁采用的工藝流程為：型鋼梁加工制作→型鋼梁安裝→鋼筋綁扎→模板支設(shè)→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)。

普通截面型鋼混凝土柱采用的工藝流程為：鋼柱加工制作→鋼柱安裝→柱鋼筋綁扎→柱模板支設(shè)→柱混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)。

箱形或圓形截面型鋼混凝土柱采用的工藝流程為：鋼柱加工制作→鋼柱安裝→內(nèi)灌混凝土澆筑→柱外側(cè)鋼筋綁扎→柱模板支設(shè)→柱混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)。

本工程采用盤扣式模板支撐體系，在支撐架上設(shè)置木跳板及防護(hù)網(wǎng)，作為梁柱節(jié)點(diǎn)的施工操作平臺(tái)。

4 梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋施工質(zhì)量控制

4.1 節(jié)點(diǎn)鋼筋深化設(shè)計(jì)控制

梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋按設(shè)計(jì)圖紙要求可采取彎錨、與搭板焊接、套筒連接等方式處理?；炷亮汉托弯撝B接深化原則：

1）梁第一排縱筋遇到型鋼翼緣時(shí)采用鋼筋焊接板或套筒的形式連接；

2）梁縱筋不得隨意彎折；

3）梁鋼筋焊接于焊接板上時(shí)，不得采取仰焊；

4）因深化需要調(diào)整梁縱筋的排布時(shí)，需經(jīng)原設(shè)計(jì)方認(rèn)可方可調(diào)整；

5）梁縱筋在腹板上穿時(shí)，開(kāi)孔面積超過(guò)腹板面積25%時(shí)，要補(bǔ)強(qiáng)；

6）梁縱筋彎錨時(shí)，需滿足規(guī)范上平直段不小于0.4Lae（Lae為受拉鋼筋抗震錨固長(zhǎng)度）的要求；

7）梁鋼筋排布時(shí)要注意兩個(gè)方向上鐵相互間的上下關(guān)系；注意梁、柱縱筋直徑不同時(shí)，鋼筋的保護(hù)層厚度不一樣。

按上述深化原則，在滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求的同時(shí)，項(xiàng)目技術(shù)人員、生產(chǎn)管理人員、鋼結(jié)構(gòu)深化人員共同制定了型鋼部位鋼筋排布控制要點(diǎn)：

1）主次梁排布要求主梁在下，鋼筋東西向放在下，南北向在上方；

2）優(yōu)先采取穿孔措施貫通，型鋼開(kāi)孔面積不超過(guò)20%；

3）搭板寬度不應(yīng)同型鋼同寬度，保證單根鋼筋占用寬度在60～80 mm；

4）兩側(cè)能采取搭板連接的均采用連接板，連接板寬度不小于5d+200 mm（d為鋼筋直徑）；

5）要充分考慮豎向立柱鋼筋及拉筋的排布，確保與梁鋼筋位置不發(fā)生沖突；

6）節(jié)點(diǎn)部位應(yīng)考慮相同標(biāo)高、不同方的鋼筋的層次關(guān)系，保證梁鋼筋在柱內(nèi)外能錯(cuò)開(kāi)。

采用Tekla 軟件，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)部位鋼筋進(jìn)行了深化，并形成了BIM、CAD 詳圖（見(jiàn)圖1）。在深化設(shè)計(jì)階段項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)充分考慮了鋼筋安裝對(duì)操作空間的要求，部分梁底鋼筋由兩排調(diào)整為3 排，為后續(xù)施工創(chuàng)造有利條件。

圖1 型鋼梁柱典型節(jié)點(diǎn)圖

鋼結(jié)構(gòu)深化圖經(jīng)原設(shè)計(jì)確認(rèn)符合要求后組織鋼筋加工。

4.2 節(jié)點(diǎn)鋼筋加工質(zhì)量控制

加工前，制定鋼筋配料表，鋼筋接頭位置在符合規(guī)范的情況下，充分考慮安裝順序和安裝操作空間，經(jīng)技術(shù)人員確認(rèn)無(wú)誤后加工。鋼筋直螺紋加工長(zhǎng)度見(jiàn)表1。

表1 鋼筋直螺紋套絲加工長(zhǎng)度表

直螺紋絲扣的加工端頭應(yīng)平齊，不能有毛刺；絲扣的有效長(zhǎng)度為套筒長(zhǎng)度/2+1 mm；直螺紋中間不應(yīng)有斷絲扣現(xiàn)象；加工完的直螺紋應(yīng)加塑料帽保護(hù)。

首批加工的鋼筋需在監(jiān)理單位見(jiàn)證下組織工藝檢驗(yàn)，搭板連接的每種型號(hào)鋼筋取一組試件，一組試件3 個(gè)，連接試件總長(zhǎng)550～600 mm，焊接接頭區(qū)中，試件規(guī)格尺寸如圖2 所示。

圖2 鋼筋與鋼板連接試件圖（單位：mm）

套筒連接的每種鋼筋型號(hào)試件取一組，一組3 個(gè)，試件規(guī)格尺寸如圖3 所示。

圖3 鋼筋與鋼板連接試件圖（單位：mm）

工藝檢驗(yàn)合格后方可組織大規(guī)模加工。繞筋法、穿孔法的鋼筋加工重點(diǎn)控制錨固長(zhǎng)度要求。繞筋法部分梁因截面尺寸不足，按照設(shè)計(jì)要求采取了梁加腋做法。

圖4 梁加腋大樣圖（單位：mm）

針對(duì)搭板連接及套筒連接的鋼筋，嚴(yán)格控制下料長(zhǎng)度，保證其在搭板的位置符合單面焊接10d或雙面焊接5d的要求，均采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

采用套筒連接的鋼筋，加工時(shí)嚴(yán)控套絲長(zhǎng)度、絲頭精度、端部平整度等，運(yùn)輸過(guò)程中采用塑料螺帽保護(hù)好絲扣。

梁柱節(jié)點(diǎn)焊接采用二氧化碳保護(hù)焊施工。樣板段施工后，將焊絲改用藥芯焊絲，焊槍采用小直徑噴嘴，對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，確保了焊接質(zhì)量。

4.3 節(jié)點(diǎn)鋼筋安裝質(zhì)量控制

型鋼柱施工后，組織梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋安裝。安裝前，應(yīng)檢查連接套筒、搭板數(shù)量是否符合設(shè)計(jì)，不得隨意在型鋼上開(kāi)孔或施焊。梁鋼筋安裝時(shí)，按照3 排（如有）、2 排、1 排的順序安裝。每排鋼筋控制好安裝順序，先安裝套筒段，后施工搭板焊接段，自中間鋼筋向兩側(cè)鋼筋施工。

節(jié)點(diǎn)鋼筋安裝時(shí)，套筒連接控制絲扣外露長(zhǎng)度、緊固力。搭板連接控制搭接長(zhǎng)度、焊縫長(zhǎng)度、焊縫高度等。

鋼筋、焊絲、套筒等原材料合格后，再組織施工?，F(xiàn)場(chǎng)加工的鋼筋絲扣驗(yàn)收合格再運(yùn)至作業(yè)面安裝。施工所用的測(cè)量計(jì)量器具均經(jīng)校準(zhǔn)合格，且在有效期內(nèi)。

已出廠的型鋼構(gòu)件主焊縫到現(xiàn)場(chǎng)后復(fù)測(cè)了一次，重點(diǎn)檢查了對(duì)接焊縫。所有鋼結(jié)構(gòu)焊縫均按設(shè)計(jì)要求做探傷檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間應(yīng)安排在焊接完成48 h 后。

連接板焊接鋼筋，局部因拼接偏差及安裝累計(jì)誤差，連接板不能滿足要求，部分連接板采用了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的方式施工。嚴(yán)控連接板與型鋼柱連接部位的焊縫質(zhì)量，特別是部分現(xiàn)場(chǎng)新增耳板及加勁板。

節(jié)點(diǎn)部位施工，避開(kāi)了雨天、夜間等不利的環(huán)境條件。鋼筋焊接、搭接及套筒連接嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，接頭位置錯(cuò)開(kāi)，焊前控制好搭接長(zhǎng)度。

4.4 節(jié)點(diǎn)鋼筋驗(yàn)收質(zhì)量控制

節(jié)點(diǎn)部位鋼筋施工到位后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)組織驗(yàn)收，確認(rèn)合格后組織下道工序施工。

驗(yàn)收時(shí)，檢查接頭力學(xué)性能報(bào)告、套筒資料、鋼筋連接件與鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝報(bào)告等。一般允許偏差項(xiàng)目按設(shè)計(jì)與規(guī)范要求驗(yàn)收，合格率應(yīng)達(dá)到80%以上，且不應(yīng)有嚴(yán)重缺陷。質(zhì)量驗(yàn)收記錄、質(zhì)量證明文件等資料完整，施工記錄、照片等應(yīng)符合歸檔要求，并同步形成。

5 梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋問(wèn)題及處理

5.1 梁柱節(jié)點(diǎn)部位施工及檢查難度大

通過(guò)采用基于BIM 的可視化交底技術(shù)、手機(jī)端實(shí)時(shí)查閱節(jié)點(diǎn)、CAD 三維模型等技術(shù)，將梁柱節(jié)點(diǎn)直觀展示，降低了施工及管理難度，增強(qiáng)了管理人員和作業(yè)人員的質(zhì)量意識(shí)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)施工前，現(xiàn)場(chǎng)按預(yù)排布順序，合理安排各鋼筋的安裝順序。自下而上組織安裝，每排自中部向兩側(cè)安裝，將交叉干擾降到最低。

鋼筋焊接、搭接及套筒連接嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，接頭位置錯(cuò)開(kāi)，焊前控制好搭接長(zhǎng)度。

節(jié)點(diǎn)鋼筋密集區(qū)，每完成一部分組織一次過(guò)程檢查，并留存好相關(guān)的影像資料，防止后續(xù)無(wú)法驗(yàn)收或難以驗(yàn)收。待節(jié)點(diǎn)部位鋼筋施工到位后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)組織過(guò)程檢查、驗(yàn)收，確認(rèn)合格后組織下道工序施工。

5.2 核心區(qū)及箍筋加密區(qū)鋼筋安裝

梁柱節(jié)點(diǎn)部位的核心箍及加密區(qū)箍筋安裝難度大，采用分段安裝與型鋼結(jié)構(gòu)預(yù)留搭板焊接或直接將箍筋焊接。

梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式會(huì)造成縱筋施工的特殊性。例如，若節(jié)點(diǎn)處焊接了鋼牛腿，此時(shí)柱內(nèi)縱筋的布置應(yīng)盡量集中在邊角部，避免與牛腿的沖突。若框架柱中縱筋布置較密，宜采用直螺紋連接，且接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)[4]。在箍筋施工過(guò)程中，可采用箍筋先掰開(kāi)就位，后恢復(fù)原狀綁扎的方法。柱鋼筋施工前，作業(yè)區(qū)周邊支模架搭設(shè)到位且經(jīng)驗(yàn)收合格，柱周邊1 m 范圍暫不搭設(shè)，為型鋼柱施工預(yù)留操作空間。因型鋼柱栓釘較密集、上部節(jié)點(diǎn)立柱帶有1 m 長(zhǎng)鋼梁，型鋼柱吊裝前將2/3 數(shù)量的箍筋提前安裝到型鋼柱連接部位下方。

型鋼柱鋼筋先施工豎向主筋，下料、加工后人工安裝，采用套筒連接，連接合格后，組織箍筋安裝。提前安放的箍筋自下而上安裝到設(shè)計(jì)部位，剩余少量鋼筋采用人工安裝到位。

型鋼柱鋼筋驗(yàn)收合格后，安裝型鋼柱模板、混凝土澆筑。

5.3 套筒連接部位鋼筋安裝難度大

套筒連接部位鋼筋長(zhǎng)度控制難度大，稍長(zhǎng)安裝不進(jìn)去，稍短搭板部位無(wú)法滿足鋼筋搭接長(zhǎng)度要求。為解決此問(wèn)題，在加工階段嚴(yán)控加工精度，同時(shí)通過(guò)借用搭板部位端的貫通孔，將鋼筋先穿入貫通孔，待套筒安裝后，再將鋼筋調(diào)整正確位置。

5.4 個(gè)別連接件漏設(shè)

針對(duì)個(gè)別連接件漏設(shè)（套筒或搭板），與原設(shè)計(jì)商定采用現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)搭板連接的方式解決。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊方式增設(shè)搭板，焊工經(jīng)考核合格，持證上崗，嚴(yán)控焊接質(zhì)量，搭板與鋼結(jié)構(gòu)采用坡口焊焊縫。

5.5 柱鋼筋與型鋼梁鋼筋沖突

首段發(fā)現(xiàn)個(gè)別節(jié)點(diǎn)有此問(wèn)題后，對(duì)柱鋼筋進(jìn)行了微調(diào)，確保貫通孔部位鋼筋能貫通，其他部位調(diào)整梁鋼筋，與原設(shè)計(jì)商定局部增設(shè)了搭板。

后續(xù)段施工時(shí)，提前調(diào)整立柱鋼筋位置，即重新增設(shè)了鋼筋錨入下層柱，確保上部鋼筋的位置與梁鋼筋不發(fā)生沖突。

5.6 箱型柱局部洞口部位不能加腋

因電梯井、預(yù)留風(fēng)管孔等部位，加腋會(huì)影響后續(xù)安裝工程。針對(duì)此種情況，與原設(shè)計(jì)商定調(diào)整了鋼筋貫通數(shù)量。在滿足當(dāng)轉(zhuǎn)換梁處于偏心受拉時(shí)，其支座上部縱向鋼筋應(yīng)至少50%沿梁全長(zhǎng)貫通的要求下[5]，適當(dāng)減少了貫通鋼筋數(shù)量，增設(shè)了搭板。

5.7 柱混凝土澆筑期成品保護(hù)

由于型鋼柱間鋼筋十分密集，里面空間很狹小，混凝土流動(dòng)性被嚴(yán)重限制，型鋼制作時(shí)，加勁肋中心預(yù)留半徑r=200 mm灌灰孔，澆筑混凝土?xí)r，施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)是確保型鋼和鋼筋之間的混凝土的密實(shí)度。選擇合適的混凝土施工配合比，嚴(yán)格控制混凝土坍落度，在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)加強(qiáng)鋼柱兩側(cè)對(duì)稱振搗，通過(guò)振動(dòng)棒在有效半徑內(nèi)的充分振搗，從而使型鋼空隙部分的混凝土擠密，確保鋼骨柱混凝土的澆筑質(zhì)量。

梁柱節(jié)點(diǎn)部位鋼筋密集，均采用C50 自密實(shí)混凝土澆筑，確保混凝土能澆筑密實(shí)。自密實(shí)混凝土摻入了膨脹劑、粉煤灰、礦粉、高效減水劑等，有效防止了混凝土的收縮。

柱混凝土澆筑時(shí)，梁鋼筋尚未安裝，對(duì)鋼筋套筒及貫通孔采取覆蓋防護(hù)（保護(hù)帽及塑料布），下料時(shí)盡量減少對(duì)搭板的影響，搭板部位及時(shí)清理。柱芯混凝土澆筑時(shí)，嚴(yán)格控制澆筑高度，確保貫通孔不被污染或覆蓋。

5.8 梁混凝土澆筑期的鋼筋位置維護(hù)

對(duì)于框架鋼梁、鋼柱節(jié)點(diǎn)處，鋼筋太密，混凝土澆筑有困難的地方，與設(shè)計(jì)協(xié)商改為澆筑自密實(shí)混凝土。一是在柱或梁的適當(dāng)位置預(yù)留下料孔和振搗孔，保證下料順暢，待混凝土澆筑至該部位時(shí)再封堵相應(yīng)的模板；二是在上部預(yù)留箍筋暫不綁扎，預(yù)留出下料振搗孔，澆筑至該部位再進(jìn)行鋼筋綁扎、連接；三是在模板外側(cè)設(shè)置加強(qiáng)附著式振搗器或振搗點(diǎn)，預(yù)留排氣孔等措施；四是采用小直徑的振搗器，深入鋼筋密集區(qū)內(nèi)振搗；五是在設(shè)計(jì)和規(guī)范允許的范圍內(nèi)可采用分層分段施工的方法，通過(guò)預(yù)留施工縫降低施工難度。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深化設(shè)計(jì)階段鋼筋預(yù)排布、施工過(guò)程中嚴(yán)控加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量和驗(yàn)收質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后與設(shè)計(jì)單位洽商，個(gè)別部位增設(shè)了搭板，調(diào)整安裝順序，優(yōu)化施工工藝，綜合采取了繞筋法、穿孔法和連接件（套筒及搭接板），改用自密實(shí)混凝土等過(guò)程控制措施保證了梁柱節(jié)點(diǎn)的鋼筋質(zhì)量，確保了該節(jié)點(diǎn)一次驗(yàn)收合格率達(dá)100%。