超高层劲性混凝土梁柱节点施工技术要点.docx
-一->>:.ll,r*7*rrrI.或搭接板的单一连接方式,超高层劲性混凝土梁、柱节点施工技术【摘要】劲性混凝土是以型钢作为钢骨，周围配置钢筋并浇筑混凝土埋入式组合构件形成的结构体系，该结构体系充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点，具有截面尺寸小，跨度大，承载能力强，整体刚度好，显著改善结构的抗震性能等优点。但是构件中钢骨的加入使得常规绑扎钢筋、支模等结构施工工艺增加了较大的施工难度。太子广场工程通过对构件内型钢钢骨设计、加工、钢骨安装、钢筋绑扎、模板安装等对节点进行深化设计并制定有效的技术措施，解决了施工难题。【关键词】BIM深化设计、钢筋接驳器、Co2保护焊、钢筋绑扎1工程概况深圳太子广场由地下三层车库，地上四层裙房及四十一层的办公塔楼组成，塔楼建筑高205.48m,首层层高为6.60m,局部大堂高度达17.20m,标准层层高为4.49m,175层为框架.核心筒结构，16层以上为核心筒-支托桁架结构体系，113层采用劲性碎结构，1426层核心筒外侧为1/2劲性结构+1/2钢结构，27层以上为核心筒外侧均采用钢结构，其中在16层和29层设有避难层，即桁架层。其中16层桁架层在核心筒两侧分别为劲性结构+钢结构，由核心筒处环桁架和其外侧悬挑桁架组成。核心筒劲性柱数量再422根不等，B31.161.261.40层劲性柱截面形式为H型和箱型，1.I71.25层核心简劲性柱截面为箱型，塔楼外框柱数量在416根不等，主要截面形式为十字型和箱型,1.171.40层全为箱型柱。劲性十字柱最大截面尺寸为：÷1100×550×50×50,最大箱型柱截面尺寸为1500X1500X60X60,核心筒处箱型柱最大截面尺寸为600×600×90×90o裙房为框架结构，型钢柱均为十字柱外包混凝土，型钢梁均为工字型外包混凝土，最大跨度达27.5米。钢材型号均选用Q345B。2工程特点分析本工程为大型城市商业综合体，异形结构多，跨度大，转换结构多，型钢柱、型钢梁分布广，整个工程工设有型钢柱211根，型钢梁188根，其中最大框支梁截面尺寸为100OXl800,型钢梁柱节点钢筋密集，局部梁底筋钢筋直径为堂32,多达三排。节点连接复杂，针对复杂型钢梁柱节点，规范要求梁钢筋与型钢柱的连接采用搭接板（即短牛腿）或套筒连接，若单独使用套筒遇到多层梁钢筋同时与型钢柱连接时，现场操作面间隙狭窄，施工难度大、钢筋连接质量难以保证。3确定施工方法3.1工程特点（1）本工程为大型城市商业综合体，单层面积大，楼层高，每层布局均不同，异型结构多。（2）本工程跨度大，转换结构多，型钢柱、箱型柱、型钢梁较多。（3）本工程梁柱钢筋配筋较大，最大规格为业36,钢筋密集、层数多，局部核心筒处暗柱配筋达156亚32,梁配筋达上下各3032；钢筋间距较小。型钢梁柱节点位置钢筋连接复杂。特别是裙房和塔楼连接通廊处一个型钢柱处涉及多个方向梁的叠加，钢筋摆放、连接施工复杂，难度大。3.2钢筋与钢结构综合连接技术为了提高施工现场可操作性，降低施工工艺难度，减少钢筋搭接接头数量，降低成本，缩短施工工期。针对太子广场项目实际情况，项目部多次邀请设计、监理、建设单位参加劲性结构节点连接研讨会，形成了针对型钢柱与型钢梁、钢筋混凝土结构框梁；型钢柱与斜梁、正交梁；型钢柱次梁；箱型柱与钢筋混凝土结构框梁；箱型柱与柱帽等节点施工的会议纪要。并经过设计院多次复核后，决定针对每个节点的实际情况，综合采用搭接板、钢筋接驳器、型钢腹板开孔、优化钢筋间距、排距绕过型钢、微调整梁的平面位置绕过型钢等方法，充分利用各种钢筋连接方式的优点，充分利用工厂化加工的优点，提高了现场的可操作性，降低了施工工艺难度，减少钢筋搭接接头的数量和钢筋连接的现场焊接工程量，保证了钢筋与钢结构的连接质量，降低了综合成本，缩短了工期，取得了一定的经济效益。4劲性结构梁柱节点深化技术4.1 十字型型钢柱的柱、梁节点深化设计4.1.1 型钢柱与型钢梁对比分析：型钢梁与型钢柱钢筋的连接通常采用搭接板连接或套筒连接，但是采用直螺纹套筒会导致采用一根通长钢筋无法解决，必须在规范允许的搭接区间内出现搭接接头，而且种搭接接头过多，会导致在某个区间内钢筋间距很小，影响钢筋对混凝土的握裹力，特别是对大直径钢筋搭接长度会很长。如果允许连接区内采用焊接，对于型钢梁的底筋很难保证焊接质量，故建议采用搭接板连接。当型钢柱主筋为单排，型钢梁底部钢筋为单排，不大于7根时，操作空间较大，在型钢柱两侧可采用搭接板连接，梁钢筋与搭接板焊接长度为双面焊5d（d为钢筋直径），搭接板长度5d+20mm（由于型钢梁会优先安装，然后再进行梁钢筋施工，故需确保每个搭接板处只焊接3根钢筋，以保证焊接质量）o在搭接板钢筋正式施工前，先按照钢结构深化设计图结合土建设计图纸，对梁钢筋在搭接板处位置进行优化设计，初步确定位置，并确定型钢腹板开孔位置，绕过型钢柱钢筋的根数；然后再在电脑上结合BlM软件，将钢筋、型钢生成三维图纸，对钢筋位置进行最后确定，以保证钢筋与搭接板位置不与型钢及节点处钢筋位置发生矛盾，出现打架现象，同时确定绕过型钢柱的梁钢筋根数，具体如下图：型钢柱节点处立面图型钢柱搭接板钢筋深化图梁柱节点BlM深化图当型钢柱主筋为单排，型钢梁底部钢筋为双排及以上时，操作空间会很小，此时梁两端再采用搭接板连接将很难保证施工质量，若两端同时采用套筒连接，因现场型钢柱、梁已经安装就位，要实现钢筋两端均能拧进套简，则必须是该根钢筋在搭接区断开，采用搭接的形式。但大部分与型钢柱连接的梁钢筋直径较大、根数较多。GB50010-2010混凝土结构设计规范中第8.4条规定“轴心受拉及小偏心受拉的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接；其它构件中的钢筋采用绑扎搭接时，受拉钢筋直径不宜大于25mm,受压钢筋直径不宜大于28mm,且同一搭接区段内接头数量不得超过50%”因此对于型钢梁、柱节点钢筋，为避免大直径钢筋*现搭接接头，减少搭接接头数量，可采用一端套筒连接，另一端用搭接板连接，也可两端都采用搭接板连接。对比分析：梁两端钢筋与型钢柱均采用搭接板连接，当钢筋为2排及以上时，会导致由于钢筋间距、排距过密（一般均为25mm）,操作空间小，出现无法焊接2排筋及以上排数梁底筋的情况，很难保证焊接质量。而采用一端搭接板+一端套筒连接的连接方式，在设计采用双排钢筋时，将套筒+搭接板在梁两端调换使用，将保证焊接质量。对于第三及以上排数钢筋，由于随着钢筋排数的增加，根数将会减少，此时采用在腹板开孔（开孔面积左腹板总面积的25%）和绕过劲性结构的形式，来综合解决梁底钢筋的绑扎施工，也不建议采用三排搭接板+套筒形式，可通过与设计沟通，经设计计算后来增加钢筋排数减少每排钢筋根数的形式。采用套筒+搭接板连接形式，对于型钢梁、柱这种节点，由于梁、柱间距离己经确定，要求搭接板长度为5d+20mm+套筒长度（d：为焊接钢筋直径），钢筋下料长度为型钢柱净距套筒长度-IOmm,并在钢筋一端套好丝扣，同时，深化设计时，要确保钢筋净距满足要求，以保证钢筋能够完全拧入套筒内。具体见下图：型钢梁底部钢筋套筒+搭接板深化图型钢梁上部钢筋搭接板+开孔+绕过型钢梁柱节点深化完成后4.1.2 型钢柱与普通框架梁型钢柱与普通框架梁连接节点涉及两种情况：第一种情况是一端采用型钢柱，另一端采用普通钢筋混凝土柱，针对这种情况，在型钢柱与普通框梁节点处，采用套筒连接，因为此时在另一端没有型钢柱限制框梁钢筋长度，钢筋可以很快捷的拧进套筒内；第二种情况是梁两端均设有型钢柱，此时在节点位置采用搭接板+直落套筒形式。具体要求同4.1.1中相关要求4.1.3型钢斜梁、正交梁与型钢柱在裙房IT层局部位置存在一根型钢梁与型钢柱正交，另一根型钢梁与该型钢柱斜交，此种情况再使用直螺纹套筒+焊接托板的形式，存在很大难度，因为斜向套筒的焊接对精度要求高，必须保证位置正确，才不会影响钢筋的下料长度，同时钢结构加工厂焊接斜向套筒，由于受到焊接应力的影响，套筒焊接角度很难保证，导致钢筋无法拧紧套筒。为此在该节点处，梁钢筋与型钢柱采用搭接板连接。在进行搭接板深化设计时，要求搭接板长度为型钢柱主筋外侧再加5d+20mm（d为焊接钢筋直径），如果不伸出柱主筋外侧，焊接时，会受到柱主筋位置的影响，很难保证焊接质量，而且斜向钢筋排布时，对搭接板要求会加长，还要同时保证斜向钢筋和正交方向梁的钢筋同时在搭接板上能排布。具体如下图：4.1.4 型钢主、次梁节点型钢主次梁节点分为等高主次梁和不等高主次梁节点两种，对于等高主次梁，由于劲性结构采用钢骨后，配置的钢筋不会太密集，一般情况下，可按照UG902-1图集中有关主次梁节点纵向钢筋构造绑扎即可，不涉及钢筋绑扎对钢骨的加工要求。但是在大跨度型钢主次梁节点施工时，需要对节点处钢筋排布进行仔细深化，特别是底部钢筋，涉及开孔时，需要经过设计单位同意。在裙房屋顶层，跨度22.7m的型钢主梁上设有2道跨度22.5m的型钢次梁，主梁,截面：800X1100,底部钢筋为18亚32(7/11),次梁截面：600X1100,底部钢筋为24亚32(8/8/8),两根梁的钢骨高度均为850mm,留给主次梁钢筋上、下部的距离均为125mm,而梁下节点处放置5排亚32外加保护层厚度25mm,就需要185mm,钢骨的底部距离125mm是无法满足钢筋排布要求的。由于等高型钢主次梁节点不涉及加连接板后钢筋的焊接和直落纹机械连接，所以先对型钢梁内钢筋排布进行优化，将次梁截面：600X1100,底部钢筋24亚32(8/8/8)调整为24曲32(4/10/10),保证底部钢筋尽可能多的在钢骨下通过，对于不能在钢骨下通过的钢筋，采取弯锚或开孔穿过型钢腹板。具体如下图：型钢梁平面图说明：主要针对型钢梁5Q-GK1.-71和5Q-GK1.-49、5Q-GK1.50的节点进行深化设计型钢梁5Q-GK1.-71和5Q-GK1.-49节点深化设计图型钢梁5Q-GK1.-71和5Q-GK1.-50节点深化设计图型钢梁5Q-GK1.-71和5Q-GK1.-49、5Q-GK1.-50节点深化设计图4.1.5 悬挑型钢梁节点型钢悬挑梁具有悬挑长度长，梁上部设计配筋多，梁身采用变截面，梁底部钢筋下料时，需按照变截面斜边长度进行下料，同时，为保证梁下部焊接质量，型钢柱处搭接板须按照梁下部变截面角度加工成一定的倾角，以保证梁底部钢筋能够完全放置在搭接板上，同时在梁上部钢筋排布时需要仔细进行深化，当钢筋排布间距较小时，可参照规范采用并筋形式，同时对梁上部钢筋按照设计要求加工弯起钢筋，以保证悬挑梁施工质量。在裙房四层设有悬挑梁，截面尺寸为600X1200,悬挑长度为7.5m,梁底变截面为1200-800mm,梁上部钢筋设计采用21亚32(7/7/7),下部钢筋为4亚25；型钢梁内钢骨高度为800500mm,并在梁的上部设有M22间距200的双排栓钉。按照设计要求，采用3排亚32钢筋，自栓钉上表面至梁截面顶部排布下就需要：25+32+30+32+30+32=18Imm的距离,而实际梁截面顶部至栓钉顶的距离为120mm,钢筋无法满足三排布放的要求，只能放置2排钢筋。将梁上部钢筋由21亚32(7/7/7)调整为21亚32(11/10),由于梁截面只有60Omm宽，在这么小的范围内放置11堂32钢筋，还要让开型钢柱的翼缘板，同时还要保证框柱的竖向钢筋位置，需要借助BlM软件进行深化。并参照规范要求对钢筋排布进行调整。混凝土结构设计规范(GB50010-2010)第427构件中的钢筋可采用并筋的配置形式，直径28mm及以上的钢筋并筋根数不应超过3根；直径32mm的钢筋并筋数量宜为2根。参照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UGIOI中P56对并筋要求和P89对悬挑梁钢筋绑扎的有关要求，对钢筋排布进行深化设计，优化后提请设计单位进行审核。并筋排布要求悬挑梁钢筋绑扎要求梁底焊接搭接板在节点处采用一定倾角深化4.1.6 型钢柱钢筋与框梁或型钢梁钢筋焊接搭接板节点当型钢柱主筋遇到节点处搭接板或型钢梁翼缘时，可以采用在搭接板处开孔方式直接通过，但当开孔后遇到型钢翼缘时，就无法解决柱主筋通过的问题，此时按照型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图(12SG904-l)P2-I5梁柱节点钢筋排布构造IA-I-I中2-2详图要求，将柱主筋在节点处断开，增加搭接板进行焊接或直接在型钢梁钢筋设置的搭接板上焊接套筒后，采用机械连接。为此在进行节点深化设计时，参照型钢梁柱节点设计，在每节型钢柱的节点处，分别采用了套筒+搭接板形式；这样既减少了焊接工程量，又能避免型钢柱安装过程中带来的垂直偏差导致两端均是直螺纹套筒无法使用的情况，但采用此种方法，要求搭接板长度必须加长，以保证直螺纹套筒机械连接能够施工。本工程在裙房四层20轴处设有800X800型钢柱，配筋为4亚22+20业20,钢骨为十字柱+400×200×20×20;型钢梁截面为600X1200,配筋为上下各5业25,钢骨为H800X300X20×30o焊接搭接板长度要求由规范规定的5d+20mm改为5d+40mm(d：焊接钢筋直径)。具体如下图：平面图4.2箱型钢骨柱的柱、梁节点深化设计懒直嬲翻DETAlE1:404.2.1 箱型钢骨柱采用单排筋时，梁柱节点设计对比分析：箱型钢骨柱与普通框梁的连接方式，可参照十字型型钢柱与型钢梁节点处理方法，采用宜螺纹套简+搭接板形式。但是箱型钢骨柱还是有自身的特点，在开孔上，设计单位只同意在X、Y方向上各准许开两个孔，考虑到焊接或机械连接时的操作难度，建议将将X、Y方向上较密的梁底筋优先进行开孔，位置留在下排钢筋相应位置处，另一方向在梁上部钢筋处开孔。这样钢筋穿过箱型柱时，在空间位置处能保证错开。此外由于箱型钢骨柱安装时，一般会安装两个楼层高，这会导致浇筑混凝土时，第一个楼层箱型柱内部的混凝土不能马上随楼层混凝土浇筑，需要等第二个楼层梁板钢筋绑扎前，穿插进行箱型钢骨柱的混凝土浇筑，这样易造成钢柱的垂直度发生偏移，如果采用在钢骨处焊接套筒，会造成钢筋拧进套筒后，位置发生偏移，甚至无法完全拧紧，建议在此节点位置尽量采用搭接板。在搭接板处暗柱纵筋采用开孔形式穿过，开孔规格应比钢筋规格大一个等级，具体见型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图(12SG9O4-1)P1-5一般构造要求中表7,例如：钢筋直径32,开孔为表中要求4>40,在箱型钢骨柱处提高一个级别，开孔为<144。箱型钢骨柱立面图箱型钢骨柱平面图箱型钢骨柱节点图1箱型钢骨柱节点X、Y方向开孔箱型钢骨柱节点X、Y方向搭接板竖向钢筋开孔4.2.2箱型钢骨柱采用双排筋时，梁柱节点设计箱型钢骨柱配筋为双排时，在钢骨柱与框架梁节点处，除在钢骨柱上开孔+搭接板采用这种方法进行节点设计，为保证钢筋在钢骨处的焊接质量（焊枪伸进暗柱双排竖向钢筋里侧或在其旁边焊接难度很大），在深化节点时，将搭接板的长度由原规范要求的5d+20mm（d为焊接钢筋直径），调整为钢骨至暗柱最外排主筋距离+5d+20mm,框梁纵向钢筋为双排时，将第二排搭接板长度调整为钢骨至暗柱最外排主筋距离+2（5d+20mm）,其他要求均和箱型钢骨柱主筋为单排筋时相同，具体如下图：对箱型钢骨柱和框梁搭接板进行加长设计节点箱型钢骨柱暗柱双排钢筋搭接板深化加长后箱型钢骨柱暗柱双排钢筋搭接板深化加长框梁钢筋完成后4.3 箱型柱的柱、梁、板节点深化设计4.3.1 带柱帽箱型柱柱帽节点在超高层结构设计中，在核心筒外侧会设置截面尺寸较大的钢柱或劲性柱和核心筒一起作为竖向构件共同承受荷载。本工程在塔楼核心简东西两侧各有一根箱型型钢混凝土柱，贯通整个塔楼，是塔楼核心筒外侧的主要受力构件。地下室为无梁楼盖空间，均为带四棱台柱帽的结构形式。四棱台柱帽钢筋碎结构与箱型柱钢结构施工的节点是需要重点解决的问题。在节点深化时，优先考虑搭接板连接，因为柱帽处顶板钢筋一般为双层双向，且钢筋直径较小一般不大于18,不采用机械连接。搭接板深化设计时须考虑X、丫方向钢筋的高差，两个方向搭接板顶标高要相差一个钢筋直径。具体如下图：带柱帽箱型柱节点钢筋排布示意图节点深化图I节点深化图24.3.2 箱型柱与框梁节点箱型柱与框架梁节点在深化设计时，应综合考虑，如果框架梁一端与箱型柱连接，另一端与普通钢筋碎柱连接，节点应采用搭接板进行焊接；当框架梁的另一端与型钢柱连接时，节点应采用在型钢柱一端采用搭接板，在劲性柱一端采用直螺纹套筒形式，并加长搭接板，以保证直螺纹机械连接施工质量。如果梁的纵向钢筋为单排时，建议在箱型柱一侧采用搭接板焊接梁的纵向钢筋。因为焊接直螺纹套筒要考虑套筒之间的间距(图集：12SG904-1P2-41要求：套筒水平方向静间距不宜小于30mm和套筒外径)，如果梁主筋单排根数较多，会无法满足上述要求。本工程箱型柱在X、Y方向均设有框架梁，其中四层框架梁截面尺寸：600X800,底部主筋均为单排7堂32,上部钢筋X方向为5堂32,Y方向为IO亚32(5/5),板的钢筋为双层双向亚12200,参照柱帽节点深化原则，板的钢筋采用搭接板焊接，并考虑X、Y方向标高相差一个钢筋直径，同时在箱型柱四角处对，对X、Y方向搭接板进行连接，标高随搭接板面的低标高，梁的主筋由于底部钢筋为单排全部采用搭接板连接，上部钢筋当为单排时，全部采用搭接板连接，双排钢筋时，上部第一排钢筋采用直螺纹套筒，第二排钢筋采用搭接板连接，具体如下图：B-B1:1504层箱型柱平面图和立面图4层箱型柱梁柱节点图D-O1:40节点详图箱型柱、框梁节点采用搭接板+直螺纹套筒箱型柱与框梁、楼板节点深化设计完成后4.3.3 箱型柱与钢筋碎悬挑梁节点箱型柱与悬挑梁节点特别是悬挑梁上铁的连接方式，如要在深化设计前与设计单位进行沟通，取得设计同意后，再进行节点深化。特别是悬挑的跨度较大时。本工程在标准层箱型柱处设有跨度达5m的悬挑梁，截面尺寸为600X900/700,上部配筋为9亚32(6/3),下部配筋为7曲32,在深化设计时，设计人员要求，下部钢筋采用搭接板设计，上部钢筋不同意采用搭接板连接形式，要求在箱型柱开孔，并在柱内侧进行加强，为此在进行节点深化时，箱型柱截面尺寸为1500,锚入柱内长度为1440,按照14SG903-2附一中要求，木工程悬挑梁上部钢筋锚固长度为44d,即44X32=1408mm,即在箱型柱对称另一侧不用再开通孔，悬挑梁上部钢筋可直锚入柱内，另一侧框架梁采用搭接板进行连接即可。具体如下图：(32,540(7F)w<Z3Wgc,(28,050(6F)；W<Z3/1150(4)W<Z6Ct(32.540(7F),WXZ6&(28.050(6F)W<Z6GBB1150标准层箱型柱平面图和立面图标准层箱型柱梁柱节点图标准层箱型柱梁柱节点详图悬挑梁上部钢筋开孔穿过箱型钢柱后悬挑梁上、下部钢筋绑扎完成后与箱型柱节点4.4 复杂型钢梁柱节点钢筋验收复杂型钢梁柱节点钢筋连接作为主体结构施工过程中的重点控制项目，钢筋连接形式、锚固长度、与搭接板焊接质量、焊缝长度、拧进套筒的丝扣长度等作为验收的主要控制项目。在施工过程中，提前对钢结构安装精度进行验收，提高安装精度，严格实行“三检制”，复杂型钢柱梁柱节点钢筋单独组织验收，验收合格后方可进行大面积梁板钢筋施工。5结束语劲性结构钢筋与钢结构综合连接，作为主体结构施工过程中的控制点，施工过程中必须加强对钢结构安装的精度控制，提前深化各个节点钢筋排布，钢筋待钢结构安装就位后现场量取尺寸下料。本工程根据各种型钢梁、柱节点钢筋的不同情况，根据相应国家规范及技术规程、图集，针对各个节点制定具有针对性的处理方式。采取了劲性结构钢筋与钢结构综合连接技术有效地降低了施工工艺难度，保证了复杂型钢梁柱节点钢筋连接的可靠性，减少了现场的焊接工程量，加快了施工进度，取得了一定的经济效益。并将型钢梁柱节点单独组织验收，保证节点施工质量。结构安全和可靠性得到有力保证参考文献：1 GB50010-20I0【混凝土结构设计规范】2 12SG9O41型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图3 14SG903-2混凝土结构施工详图-现浇碎框架柱、梁、剪力墙钢筋构造4 IlGlOl-I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现浇碎框架、剪力墙、梁、板5劲性结构钢筋与钢结构“综合连接”技术汪洋、刘波、张金龙、陈冲、
