型钢混凝土组合结构的钢筋节点施工深化分析

发表时间:2020/8/24   来源:《基层建设》2020年第10期   作者:吴斌
[导读] 摘要:型钢混凝土具有钢结构和混凝土结构双重优点,所以在工程中得到了广泛应用,尤其是应用在高层和超高层建筑,但该混合结构施工较为复杂,节点优化不好,很难保证工程质量。

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        摘要:型钢混凝土具有钢结构和混凝土结构双重优点,所以在工程中得到了广泛应用,尤其是应用在高层和超高层建筑,但该混合结构施工较为复杂,节点优化不好,很难保证工程质量。文章某大厦为例,对型钢混凝土结构施工进行深化研究,在满足设计要求的前提下,保证施工质量和进度。
        关键词:型钢混凝土;梁柱节点;钢筋深化
        1工程概况
        某大厦总建筑面积165908m2。拟建的工程项目集娱乐为一体的大型五星级酒店和一栋现代化办公大楼及附属配套裙房。办公楼地上32层高146.15m,酒店地上22层,建筑高度99.55m,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构。附属裙房地上7层,高度38.5m,框架剪力墙结构。型钢混凝土结构主要设计在裙房的局部和办公楼7层以下等部位。柱采用十字型型钢混凝土柱,最大截面为1300mm×1300mm,混凝土强度等级最大为C60;梁采用H型型钢混凝土梁,分布于1~3层、5层、6层及裙房局部屋面层,梁最大截面为600mm×1800mm,最长跨度约30m。梁柱节点最大钢筋交叉多达100多根。
        2 梁柱节点钢筋施工难点分析
        1)多根梁汇集在柱端头,空间位置复杂,钢筋安装施工较为困难,由于钢筋过度密集,钢筋位置避让不当会造成节点区混凝土浇筑的质量隐患。
        2)根据设计“强柱、强节点、强锚固”的原则,节点作为框架结构的应力集中部位,是施工隐蔽验收重点检查部位,型钢柱型钢梁的布置对核心区箍筋和梁支座钢筋锚固要求布置合理。
        3)部分梁与型钢柱斜向连接,型钢框架梁钢筋容易与型钢构件冲突,钢筋伸入到框架柱很难保证最小锚固要求。
        4)型钢柱核心区箍筋与钢柱腹板碰撞。
        3 解决施工中难点的思路
        1)参照本工程施工图纸的初步设计方案,对于不与型钢柱冲突的梁纵向钢筋采用型钢柱腹板预留孔洞进行钢筋的贯穿。
        2)无法贯穿型钢柱翼缘的梁顶面纵向受力筋采用与型钢柱牛腿焊接的方式连接,梁腰筋正常弯锚。3)斜向与型钢柱连接的梁,可以锚入型钢柱的按16G101图集节点施工,伸入支座内的钢筋平直段长度不小于0.4laE。
        4)型钢柱核心区箍筋采用分体设计贯穿型钢柱腹板搭焊或者直接焊接在型钢柱的腹板上。
        4 梁柱节点钢筋的施工过程
        本工程存在多处复杂钢梁柱相交节点,现以裙房6层R轴/12.1轴相交节点的深化设计和施工进行分析。
 
        图 1 R 轴/12.1 轴相交节点
        4.1型钢柱的钢筋设计优化
        1)该相交节点的混凝土型钢柱为KZ2,配筋情况如图2所示。根据GGKL梁的平面位置关系可以确定十字型钢柱牛腿的方向,牛腿影响型钢柱钢筋有ABD3边筋各1C16,C侧边筋1C16和1C28两根钢筋。C16规格钢筋在牛腿以下弯锚,牛腿顶面起插筋做200mm180°弯头焊接在牛腿顶面。1C28钢筋在牛腿的位置进行避让。
        2)根据型钢柱钢筋排布图计算可以获得内箍筋的翻样尺寸(按钢筋外包尺寸计算)。
        短边长度为:[(1200-2hc-2gd-d)/8]×6+d+2gd=[(1200-2×20-2×10-28)/8]×6+28+2×10=882mmhc——保护层厚度,取20mm。gd——箍筋直径;d——主筋直径;型钢尺寸为:30+220+300+220+30=800mm,栓钉长度按80mm计,800+80×2=960mm。
        表 1 型钢混凝土梁配筋表
 
        图2  R轴/12.1轴混凝土型钢柱大样图
        经计算箍筋短边长度小于型钢的截面尺寸,柱内箍筋无法从柱顶顺利套下,通过与设计沟通,根据工《型钢混凝土钢筋排布及构造详图》(12SG904-1)中对柱内箍筋型式优化为两个U形组合,分体箍筋采用单面焊的连接形式,如图3所示。

        图 3 箍筋分体做法示意
        4.2型钢梁的钢筋深化
        参照图纸初步设计意图,梁柱节点处梁的纵向受力钢筋可以通过绕过柱型钢、型钢柱腹板开孔钢筋贯穿及与型钢柱加劲板焊接连接三种方式解决。根据型钢混凝土梁的配筋信息(表1)和型钢混凝土柱大样图,利用AutoCAD绘制梁柱节点的钢筋排布示意图,如图4所示。选取的典型节点可以用三种方式共同解决该问题,不碰撞型钢翼缘的梁角筋在满足腹板合理开孔率的情况下贯穿,梁底筋面筋中部无法通过柱腹板的纵向受力筋与型钢柱牛腿焊接连接,斜交梁角筋无法合理贯穿型钢腹板,伸入型钢柱弯锚,弯锚长度满足16G101图集0.4laE+15d。构造腰筋伸入支座长度12d,根据柱截面尺寸,满足要求,不做深化处理。

        图4 AutoCAD梁柱节点钢筋排布示意
        1)梁纵向受力筋穿过型钢柱腹板。根据《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138—2001)的规定,型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁或型钢混凝土梁的梁柱节点应采用刚性连接,梁的纵向钢筋应深入柱节点,且应满足钢筋锚固要求,柱内型钢的的截面形式和纵向钢筋的配置,宜便于梁纵向钢筋的贯穿,设计上应减少梁纵向钢筋穿过柱内型钢柱的数量,且不宜穿过型钢翼缘,也不应与柱内型钢直接焊接连接;当必须在柱内型钢腹板上预留贯穿孔时,型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积的25%;当必须在柱内型钢翼缘上预留管穿孔时,可按柱端不利组合的M、N验算预留孔截面的承载力,不满足承载力要求时,应进行补强。由上述表格和排布图可知,梁截面宽度扣减钢梁宽度每侧还余150mm,除去保护层厚度足可以满足两根直径32mm钢筋通过,型钢梁上下8根角筋贯穿型钢柱腹板,开孔大小40mm。梁底筋根据标高和截面高度布置型钢柱腹板开孔的精确定位。
        2)梁纵向受力筋与型钢柱翼缘板连接。型钢混凝土梁的上下受力筋的中间钢筋由于与型钢柱翼缘碰撞无法贯穿其腹板,只能与型钢柱的翼缘板焊接连接,依据设计要求,钢筋不能直接与型钢的翼缘板焊接,对此采用翼缘板对应位置上下焊接加劲板的方式与梁钢筋焊接连接,根据型钢梁配筋表格可知,需要焊接的最大钢筋上部3D32,下部3D32,考虑到加劲板与梁翼缘铆钉空间位置容易冲突,尽量缩短型钢柱加劲板的入梁长度,采用5d的双面焊接。现场对焊接质量严控,避免焊接造成质量问题。加劲板的构造保证有效焊接面的同时不影响混凝土浇筑密实。
        3)斜交梁的角筋处理。斜交梁的角筋因与型钢柱的腹板不垂直,如需开孔贯穿,需开长圆孔,开孔的孔距不满足设计要求,且现场施工钢筋不易穿过,根据排布示意图可知,梁角筋可以按锚入框架柱施工,根据已知条件(C60、D32钢筋、一级抗震)依据16G101图集计算可得:d×0.4×LaE=32×0.4×35×1.1=493mm,参考柱截面尺寸,梁主筋锚入的平直段长度满足0.4laE,所以可以按0.4×laE+15d进行柱内弯锚设计,考虑本工程图纸,斜交梁不多且最小型钢柱截面都大于1200mm,都能满足此深化要求。
        4.3 核心区柱箍筋深化
        节点核心区是梁柱交汇的节点区域,抗震设计时,对节点核心区的抗剪承载力有特殊规定与限值,以保证节点的可靠性。在一般的梁柱框架结构中,框架柱核心区一直是现场钢筋施工的难点和钢筋隐蔽验收的质量检查重点。在型钢混凝土结构中,存在的问题是核心区箍筋与钢梁腹板的处理。柱箍筋可以采用分体式设计焊接在型钢梁腹板上,也可以采用在型钢梁腹板开孔的方式穿过。根据本工程实际情况纵横方向都是型钢梁,采用后者,由钢筋翻样对钢结构深化交底箍筋开孔大小、尺寸、间距。箍筋参考16G101图集节点化为4个“L”形分体箍筋穿过腹板孔后电焊形成整体。
        5 施工中遇到的问题及处理措施
        1)型钢腹板开孔包含对拉螺杆孔容易混淆。对型钢混合结构钢筋绑扎工序做好施工重点难点的交底工作,深入现场及时检查,杜绝现场孔洞错穿和钢筋的错用乱用。
        2)梁底核心区箍筋存在搭接焊长度不满足要求的问题。因焊接工作量较大,现场质量控制应把焊接做为重点之一,核心区的钢筋验收应在梁侧模封闭前进行。
        3)设计变更引起的节点区钢筋修改。钢结构入场以后,对于部分柱核心区箍筋规格调整的设计变 更,由于开孔大小已经确定,箍筋如无法穿入需用铰刀现场扩孔,严禁用气割的方式扩孔。
        6 总结
        文章通过工程实例,分析了型钢混凝土节点的几种深化形式,为现场钢筋绑扎工做足了准备工作,保证了节点区工程质量和施工进度,较好的解决了组合结构节点处理的复杂难题。对型钢混合结构中钢结构的深化起了很大作用。
        参考文献:
        [1]JGJ138—2001.型钢混凝土组合结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
        [2]16G101.混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》[S].北京:中国计划出版社,2016.
        [3]12G901-1.混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图[S].北京:中国计划出版社,2012.
        [4]龙叶天,张振兴,周佳军,雷小勤,刘宁波.复杂型钢梁柱节点深化设计[J].施工技术,2012,41(2):34-36,69.
        [5]郑根发.型钢混凝土组合结构的钢筋节点设计深化与施工[J].低碳世界,2016(5):143-145.

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