·鋼結構工程··鋼結構工程·10/1111/11·鋼結構工程·1/11型鋼混凝土結構梁柱節點深化設計及施工技術北京分公司楊小文摘要：本文以工程實例為基礎，講述了型鋼混凝土結構梁柱節點的深化設計方法以及施工中的技術質量問題。通過對工程實例中三種復雜梁柱節點的分析、設計方案以及施工問題的探討，為型鋼混凝土結構梁柱節點的處理提供了一定的借鑒作用。關鍵詞：勁性結構、梁柱節點、設計、施工、勁板、鋼筋連接器1前言隨著對建筑物結構性能的要求不斷增強，越來越多的型鋼混凝土組合結構被應用在工程中。作為一種把型鋼骨埋入鋼筋混凝土中的獨特結構形式，型鋼混凝土結構可以獲得比傳統鋼筋混凝土結構更好的結構承載力、剛度以及抗震性能。同時，相比于普通鋼結構形式，型鋼混凝土結構更具有防火性能好、整體穩定性高、造價相對低廉等優勢。然而，如何處理好鋼骨與外部鋼筋混凝土之前的關系，也同樣成為型鋼混凝土結構施工中的重點及難點之一。2工程概況本工程為百度科技園二期北標段工程，坐落于馬連洼路北，后廠村路南，海淀區中關村軟件園二期內。是具有研發中心運營及研發場所的綜合性研發辦公樓，建成后將作為百度在線網絡技術有限公司研發及辦公總部。二期北標段工程為2#、3#研發樓，總建筑面積約14.28萬平方米，其中地上7.77萬平方米，地下6.51萬平方米；地上7層，地下3層；建筑高度31.45米。結構形式為框架-剪力墻結構。如下圖所示（圖1），百度科技園二期2#樓4至7層局部采用的大跨度懸挑造型內設有勁性鋼梁、鋼柱、支撐桁架。其中勁性鋼骨柱由地下3層一直到地上6層頂（-13.5m~26.3m）。鋼結構制作安裝總量超過1000噸。其中需要進一步深化設計的勁性鋼柱、鋼梁節點超過110處，涉及到的鋼結構構件占總安裝重量的70%。因此，在施工之前，對所涉及到的型鋼混凝土結構梁柱節點進行深化設計就成為了本工程鋼結構施工的重中之重。圖1百度科技園二期鋼結構整體示意圖3梁柱節點施工難點分析3.1施工難點分析一般來說，勁性鋼結構大多使用在結構轉換層中，以完成從鋼筋混凝土結構向鋼結構的構造轉變。然而，在本工程中，超過70%的鋼構件采用勁性鋼結構的方式。這也就使得勁性鋼柱、鋼梁、混凝土梁結構錯綜交錯，各個方向的鋼筋立體穿插，空間排布困難。尤其在梁柱節點位置，如何保持鋼筋在力學性質上的貫通就成為了施工中的重點和難點之一。通過對圖紙的前期分析，可以把本工程中需要深化設計的型鋼混凝土節點主要分為以下三大類：第一類，如圖2所示，勁性鋼柱與混凝土梁相交，混凝土梁上下鐵縱筋被勁性H型鋼柱翼緣、腹板打斷。這種類型是本工程中涉及到最多的一種節點形式。圖2勁性鋼柱與混凝土梁相交節點平面圖另外一種節點形式是勁性鋼柱與勁性鋼梁相交。如圖3所示，這類節點除第一種節點梁縱筋的問題外，部分柱縱筋也會被勁性鋼梁打斷，無法保持貫通。圖3勁性鋼柱與勁性鋼梁相交剖面圖第三種形式是勁性鋼柱、鋼梁、鋼桁架支撐相交節點（圖4）。這種節點不但要處理前兩種節點形式中需要處理的問題，并且鋼桁架也會影響梁柱縱筋的貫通。該節點處型鋼、鋼筋密集交錯，施工十分困難，是本工程中最復雜的一種節點形式。圖4勁性鋼梁、鋼柱、鋼支撐節點軸側圖3.2處理方式分析針對本工程中涉及到的三種節點形式，可采用的解決辦法主要有三種：第一種是在鋼骨上開孔，使得鋼筋可以貫通。這種方式應用簡便，施工速度快。然而，根據規范要求，鋼骨翼緣上不得開孔，腹板開孔率也不得大于25%。所以這種方式開孔的數量和面積有限制，并不是十分適用于本工程中的三種節點形式。第二種方式是在鋼骨相應標高處加設勁板來搭接被打斷的鋼筋。這種處理方式是最目前被普遍采用的一種解決辦法，但是弊端也很明顯。首先，勁板的標高需要在工廠加工前進行確認，且精確度要求很高。同時，由于這種方式需要在梁縱筋鋪設完畢后進行鋼筋與勁板的雙面焊接，需要土建與鋼結構施工隊伍交叉作業。當梁縱筋鋼筋密集時，甚至需要對2排甚至3排鋼筋分別焊接，工作量大大增加了。最后，還有不能忽視的一點，就是搭筋勁板會影響柱縱筋的鋪設以及上下貫通。這樣，不但增加了柱縱筋的鋪設難度，對勁板的尺寸也有著很多限制。因此，這種方式對施工前期的梁柱節點深化設計有非常高的要求。第三種連接方法是在鋼筋被打斷位置設置鋼筋連接器對鋼筋進行機械連接。這種方式施工簡單、方便，鋼筋連接器全部在工廠預先完成焊接，大大縮短了現場的施工時間。但是，這種方式對鋼筋連接器的定位有著非常高的精度要求，尤其當梁柱主筋直徑過大時，細微的偏差都可能造成鋼筋與連接器無法對接，造成鋼筋連接器無法起到應有的作用。因此，無法大面積使用。基于以上這些分析不難看出，三種解決辦法各有利弊，尤其是加設勁板和鋼筋連接器，都有各自應用的局限性。因此，這些方法在本工程中應該被綜合利用起來，以達到簡化施工難度、減低施工成本、加快施工進度的目的。4節點深化設計方案根據本工程所涉及到的梁柱節點的類型以及對跟中節點解決辦法的分析，本工程采用加設搭筋勁板與鋼筋連接器相結合的方式來處理各類梁柱節點。但是，因為加設勁板和鋼筋連接器對焊接工藝要求很高（一級焊縫），現場施工難度較大。所以，所有的勁板及鋼筋連接器定位都需要在鋼結構加工前進行深化設計。本工程所涉及到的三種節點的深化設計方案如下所示：4.1型鋼柱、混凝土梁節點勁性鋼柱與混凝土梁相交，混凝土梁部分上下鐵縱筋被勁性H型鋼柱翼緣、腹板打斷。對于這種節點，本工程中采用加設與鋼骨同材質的25mm厚勁板的辦法來解決這一問題。對于梁上下縱筋，采用能貫通盡量貫通的辦法。不能貫通的縱筋，則采用雙面焊工藝焊接在加設的勁板上。以圖5所示的KZ8節點為例，根據鋼骨(300x600x40x40)和柱截面尺寸，設計勁板長邊L與鋼骨翼緣或腹板等長。這樣既能保證被鋼骨打斷的梁縱筋可以焊接在勁板上，也可以保證其余梁縱筋的貫通。此外，勁板外緣距柱邊線距離不但需要大于鋼筋直徑、箍筋直徑、鋼筋保護層三者的總和，同時又要保證梁縱筋的搭接長度大于5d（d為鋼筋直徑），所以，根據KZ8處的配筋信息（表1），勁板短邊的設計長度為130mm。同時，根據表1可以看出，KL13上下縱筋出現2排和3排排布。對于這種情況，應優先與設計單位溝通，通過等強替換原則，盡量減少鋼筋數量。當無法進一步減少鋼筋數量時，就要合理排布鋼筋位置，在滿足規范要求的前提下，盡量使其中一排鋼筋都能繞過鋼骨貫通，不再為此排鋼筋加設勁板，降低施工難度。圖5KZ8處節點平面示意圖表1KZ8節點處梁柱構造信息截面尺寸頂標高配筋信息KZ81000x10000mm-0.1m2825KL11400x12000mm-0.1m525,525KL12500x650mmm-0.1m825,825KL13700x900mmm-0.95m1325，2025勁板的標高定位也同樣需要仔細考慮。如圖6中KZ8節點剖面圖所示，KL13處鋼筋分兩層鋪設，上層勁板在工廠中點焊定位，現場拆除上層勁板厚優先鋪設下層鋼筋，當下層鋼筋焊接完畢并驗收合格后，再焊接上層勁板，并進行上層鋼筋鋪設及焊接。梁上部縱筋勁板標高設計時，需為鋼筋鋪設和混凝土保護層預留一定高度。由于勁板厚度為25mm，下部縱筋搭接勁板的下表面可與梁下表面平齊。同時，考慮到不同方向鋼筋鋪設時的相互交叉問題，相同標高且相鄰的兩道梁，勁板標高上應錯開至少一個鋼筋直徑的距離。圖6KZ8節點處勁板設計圖4.2型鋼梁、柱節點勁性鋼柱與勁性鋼梁相交的節點，除考慮勁板尺寸、標高及數量的問題外，還需要考慮被勁性鋼梁打斷的柱縱筋的貫通問題。由于梁水平縱筋和搭接勁板的存在，在垂直方向上很難繼續加設搭筋勁板。同時，考慮到柱主筋的受力形式，搭接勁板與柱主筋之間也無法起到良好的力學傳遞。因此，在本工程中，被打斷的柱主筋采用鋼筋連接器進行續接。如圖7所示，深化設計前應根據勁性柱截面和配筋信息提前模擬鋼筋排布，取得柱縱筋的定位信息，再映射到鋼骨梁上，得到鋼筋連接器精確的設計定位值。最后，再將此信息提供給鋼結構加工工廠，在工廠內采用一級焊縫將鋼筋連接器焊接在鋼梁翼緣上。圖7鋼筋連接器定位加工設計圖4.3型鋼梁、柱、桁架節點勁性鋼柱、鋼梁、鋼桁架斜撐三者相交節點是本工程面臨的最復雜的施工節點之一。如圖8所示，在這種節點處，桁架斜撐的存在將會影響勁板、鋼筋連接器的安裝，無法按照常規的方法焊接，對節點的深化設計造成一定難度。針對這種情況，本工程利用三維模擬軟件（TEKLA）的立體可視化優勢，在三維模型中進行空間模擬和碰撞檢查，對勁板及鋼筋連接器的數量和位置進行優化。圖8：型鋼梁、柱、桁架節點三維模擬圖深化設計后的節點設計圖如圖9所示。從圖上可以看出，為了避免鋼桁架斜撐影響勁板與梁上部縱筋的連接，本工程節點設計方案采取延長搭筋勁板至斜撐另一側的方式。這樣既可以保證梁縱筋順利與勁板搭接，還可以保證鋼筋在力學上順利傳遞。對于垂直方向被打斷的柱縱筋，考慮到在節點處鋼筋連接器焊接難度很大，本工程充分利用節點處的鋼斜撐腹板來搭接柱縱筋的方式來解決這一問題。節點處未受斜撐影響的位置仍采用正常型鋼梁柱節點的方式來處理。圖9：型鋼梁、柱、桁架節點設計圖5施工過程質量控制現場施工時，搭筋勁板的焊接、鋼筋與勁板的焊接都需要進行嚴格的質量控制。現場應配置焊接專業質檢員，負責對材料供應、焊前準備、組裝、焊接，焊后處理和成品檢查、驗收等全過程質量，進行嚴格檢查驗收并記錄。安裝焊接全過程質量必須符合設計要求和現行國家有關標準。嚴格按照焊接工藝規定施焊，認真執行“三檢制”并作好焊前、焊中、焊后質量檢查記錄。焊縫外觀質量符合規范要求，一級焊縫需自檢并第三方超聲波探傷合格。同時，在施工時，應嚴格按照設計標高安裝。以每柱為單元進行標高調整。第一節柱的標高，用地腳螺栓上雙螺母的方法精確控制，待標高調整到位后焊死。上部鋼柱標高控制時，應先在柱身上標定標高基準點，然后以水準儀測定其偏差值，利用在柱腳底板下設置的調整螺母或調整斜鐵來調整柱的標高和垂直偏差。采用柱腳底板下調整螺母調整標高，比較方便而且精確度高。鋼柱吊裝前可通過水準儀先將調整螺母上表面的標高調整到設計要求的標高。放上柱子后，利用底板下的調整螺母進行微調，精度控制在±1mm以內。每節鋼柱安裝完畢后需進行標高復測，需滿足國家及地方要求，當出現正差需要將下節待安裝鋼柱的長度進行修正時，只能修正襯板，不得傷到母材。本工程施工現場勁板標高控制成果如圖10所示。圖10施工現場勁板標高控制成果6結語本工程通過對型鋼混凝土結構梁柱節點類型的分析以及深化設計，使得型鋼混凝土結構中的各種復雜梁柱節點都得到了一定程度的優化。在后期安裝施工時大大降低了施工難度，并起到了縮短工期、節約施工成本的目的。由于深化設計中的勁板及鋼筋連接器定位準確，設計合理，在實際施工過程中鋼筋與勁板、鋼筋連接器搭接簡便、施工速度快，起到了良好的實踐應用效果。希望通過本文的闡述，對今后的同類工程起到一定的參考及借鑒作用。參考文獻[1]GB50017-2003鋼結構設計規范[S][2]GB50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規范[S][3]JGJ138-2001型鋼混凝土組合結構技術規程[S][4]JGJ99-98高層民用建筑鋼結構技術規程[S][5]李星榮，魏才昂.鋼結構