论文部分内容阅读
筑博设计股份有限公司 广东深圳 518000
摘要：随着大量超高层建筑如雨后春笋般遍布全国各地，型钢混凝土组合结构可显著减小柱截面尺寸，减轻房屋整体自重，提高承载力，不但刚度大，而且抗震性能好等优点在超高层房屋建筑工程中逐渐普遍应用。本文结合工程实例，分析型钢混凝土组合结构（SRC）梁柱节点深化设计与施工。
关键词：型钢混凝土组合结构（SRC）；深化设计；施工
随着社会经济的不断发展，型钢混凝土结构作为一种新型结构将不断得到推广和应用。型钢混凝土结构适用于框架结构框架-剪力墻结构底层大空间剪力墙结构框架-核心筒结构筒中筒结构等。型钢混凝土结构具有以下优点：
1）与普通混凝土结构比较：①型钢混凝土结构构件的承载能力高于同样外形的钢筋混凝土构件1倍以上，且不受含钢率的限制，因而可以减小构件截面，增
加使用面积和层高，经济效益显著；②型钢在浇筑混凝土之前已形成钢结构，具有较大的承载能力，能承受构件自重和施工荷载，因此，可将模板悬挂在型钢上，不需设置支撑，这样可简化支模，加快施工速度；③型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，因而具有良好的抗震性能。刚度强、抗屈服能力高。
2）与钢结构比较：①同钢结构比较，外包混凝土参与承受荷载，与型钢结构共同受力；同时由于外包了混凝土，能够抵抗有害介质侵蚀，防腐性能好；②由于钢筋混凝土和型钢共同承受荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一种有效手段，因此，型钢混凝土框架较钢结构可节省钢材50%以上；③受力性能好，型钢混凝土结构构件内部的型钢由于受到外部钢筋混凝土的约束，克服了普通钢结构构件受压失稳的弱点，同时也克服了钢结构耐火性能差的弱点，型钢混凝土结构具有良好的耐火性和耐久性。
某工程建筑结构形式为组合型钢混凝土框剪结构，主体施工过程中，能不能妥善处理好组合型钢混凝土结构的细部节点构造，成为影响本工程成败的关键因素之一。
1.型钢砼组合结构节点常用施工方法
1.1打孔法
根据型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）规定，型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的梁柱节点应采用刚性连接，梁的纵向钢筋应伸入柱节点，且应满足钢筋锚固要求。柱内型钢的截面型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25%； 但必须在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔时，宜按柱端最不利组合的M、N验算预留孔截面的承载能力，不满足承载力要求时，应进行补强。
1.2 钢牛腿连接法
钢牛腿设置时主要考虑以下几点：设置钢筋保护层； 横向梁主筋与纵向梁主筋打孔贯通部位在竖向高度上应相互错开；牛腿翼缘板在柱主筋通过位置需要开孔等。为了保证结构本身强度，梁柱连接节点钢筋往往设置较多，需要在设计单位同意的前提下根据现场实际情况对钢筋进行等强代换或调整钢筋上下排布置。
1.3 钢筋连接套筒
此连接方式要求连接套筒的钢材为不低于Q345B的低合金高强度结构钢，此连接方式能解决穿孔连接方式削弱型钢结构的强度以及钢牛腿连接方式用钢量增加的问题，能够加快施工进度并降低成本。但对于钢筋连接套筒与型钢柱之间的焊接质量要求严格。
1.4 梁主筋绕过柱钢筋和型钢
梁上下排钢筋的最外两侧钢筋弯折后从外侧绕过柱型钢，但弯折弯度不应超过1：6，因此受梁、柱尺寸限制。当梁主筋较大时钢筋加工难度较大且与其他梁筋连接时不易施工。
2 .本工程型钢砼柱与钢筋砼梁节点施工中的设计优化
2.1 连接节点施工难点
（1）SRC柱需要在翼缘或腹板位置精确预留钢筋孔，工字型牛腿板在翼缘上的设置位置必须精确。
（2）SRC柱与RC梁连接节点形式较复杂，RC梁钢筋通过工字型牛腿板与SRC柱连接。当RC梁钢筋分为上下两排时，RC梁钢筋与牛腿板现场施焊难度大。
（3）柱头节点由于多根RC梁相交，造成多层钢筋互相重叠，钢筋与SRC柱连接及钢筋标高的控制难度较大。
2.2 原节点设计方案
SRC柱与RC梁连接节点原设计方案说明：
RC梁在SRC柱与RC梁连接节点位置上部与下部分别包含8根钢筋 当梁宽大于SRC柱翼缘宽度时，SRC梁角部钢筋深入柱内锚固（此情况较少），中间钢筋通过钢牛腿与SRC柱连接； 当梁宽小于SRC柱翼缘宽度时，RC梁主筋通过钢牛腿SRC柱连接（普遍存在）。主筋与牛腿焊接前应先在牛腿上主筋位置焊接缀板，主筋焊在缀板上。
2.3 原设计方案不足之处
（1）SRC柱与RC梁连接节点工作面狭窄、部分主筋需要现场仰焊，现场施焊难度较大，焊接质量难以保证。
（2）由于RC梁现场绑扎后主筋位置存在一定安装偏差，SRC柱牛腿板若事先已在工厂完成焊接，现场施工时无法保证RC梁主筋与牛腿板焊接质量。
（3）SRC柱与RC梁连接方式绝大多数依靠牛腿板，故牛腿板与SRC柱的焊接质量至关重要，很小的缺陷都会影响柱与RC梁节点传力性能，甚至引起质量事故。
（4）由于钢牛腿的存在，导致梁柱节点浇捣混凝土时振动棒难以插入，梁柱节点混凝土浇捣质量无法保证。
（5）SRC柱与RC梁连接节点的绝大多数RC梁主筋需要和牛腿板现场焊接，现场焊接工作量大，研究院属于本项目关键工作，关键工序的延长直接影响工期。
（6）按原设计方案，需要花费大量技术工时和材料，施工成本较高。
2.4 优化后的设计方案
SRC柱与RC梁连接节点优化后的设计方案： （1）经过原设计单位结构核算，采用等强度钢筋代换，在保证承载能力的前提下加大RC梁主筋直径，减小主筋数量（上排主筋由8根减小为6根，下排主筋由6根减小为4根）。
（2）当RC梁梁宽与SRC柱翼缘宽度差值大于120mm（钢筋保护层厚度与钢筋直径之和）时，RC梁角部钢筋深入柱内锚固（此情况较少），中间钢筋穿入SRC柱翼缘孔内，在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔的做法经过原设计单位按柱端最不利组合的MN验算，预留孔截面承载能力符合要求，不需要补强。
（3）当RC梁梁宽与SRC柱翼缘宽度差值小于120mm（钢筋保护层厚度与钢筋直径之和）或RC梁宽小于SRC柱翼缘宽度时，RC梁角部钢筋通过优化后的钢牛腿与SRC柱连接，中间钢筋穿入SRC柱翼缘孔内，在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔的做法经过原设计单位按柱端最不利组合的MN验算，预留孔截面承载能力符合要求，不需要补强。
（4）优化牛腿板构造，将角部钢筋焊接于竖向牛腿板上，增加了工作面空间，避免仰焊，使焊接工作更容易操作，是保证焊接质量的重要条件。
（5）在保证SRC柱牛腿板在工厂焊接的前提下，调整现场RC梁主筋绑扎顺序，先将RC梁主筋焊接于牛腿板再绑扎RC梁箍筋，减小主筋安装偏差。
（6）SRC柱在工厂预先放样RC梁主筋位置，并在翼缘板主梁钢筋穿入位置预先采用机械式开孔，开孔面积严格按照原设计单位核算结果，使梁柱节点位置部分梁主筋能够直接贯通连接。
（7）改变牛腿板构造，增加了梁柱节点工作面空间，便于浇捣混凝土，保证了梁柱节点混凝土浇捣的施工质量。
（8）由于现场焊接工作量减小，缩短了本工程关键工序持续时间，保证了工期目标的实现。
（9）优化后的设计方案，较原方案减小了人工和材料费，节约了施工成本 优化后的方案简化了施工难度，因此提高了施工人员的工作效率，缩短了关键工序的持续时间。
3.结束语
型钢混凝土组合结构节點区钢筋密集，型钢柱的阻挡给钢筋工程带来极大的操作困难。通过深化设计采取钢筋穿腹板、焊锚、焊套筒、弯锚等多种措施，在保证主筋贯通率不低于三分之一的前提下，提供了施工的方便性和可操作性，解决了型钢混凝土组合结构节点区钢筋穿叉难题。既满足型钢柱腹板不受钢筋穿孔应力集中带来的承载力损失影响，又保证了钢筋工程的施工质量，土建与钢结构交叉施工高度配合，本文介绍了型钢混凝土组合结构柱与钢筋混凝土梁连接节点常用的施工方法，并结合建设项目工程实例，详细分析了梁柱节点优化设计的过程，具有较强的指导性和可操作性，为型钢混凝土组合结构的顺利实施提供了技术保证，并为今后的类似工程提供了宝贵的经验。
摘要：随着大量超高层建筑如雨后春笋般遍布全国各地，型钢混凝土组合结构可显著减小柱截面尺寸，减轻房屋整体自重，提高承载力，不但刚度大，而且抗震性能好等优点在超高层房屋建筑工程中逐渐普遍应用。本文结合工程实例，分析型钢混凝土组合结构（SRC）梁柱节点深化设计与施工。
关键词：型钢混凝土组合结构（SRC）；深化设计；施工
随着社会经济的不断发展，型钢混凝土结构作为一种新型结构将不断得到推广和应用。型钢混凝土结构适用于框架结构框架-剪力墻结构底层大空间剪力墙结构框架-核心筒结构筒中筒结构等。型钢混凝土结构具有以下优点：
1）与普通混凝土结构比较：①型钢混凝土结构构件的承载能力高于同样外形的钢筋混凝土构件1倍以上，且不受含钢率的限制，因而可以减小构件截面，增
加使用面积和层高，经济效益显著；②型钢在浇筑混凝土之前已形成钢结构，具有较大的承载能力，能承受构件自重和施工荷载，因此，可将模板悬挂在型钢上，不需设置支撑，这样可简化支模，加快施工速度；③型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，因而具有良好的抗震性能。刚度强、抗屈服能力高。
2）与钢结构比较：①同钢结构比较，外包混凝土参与承受荷载，与型钢结构共同受力；同时由于外包了混凝土，能够抵抗有害介质侵蚀，防腐性能好；②由于钢筋混凝土和型钢共同承受荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一种有效手段，因此，型钢混凝土框架较钢结构可节省钢材50%以上；③受力性能好，型钢混凝土结构构件内部的型钢由于受到外部钢筋混凝土的约束，克服了普通钢结构构件受压失稳的弱点，同时也克服了钢结构耐火性能差的弱点，型钢混凝土结构具有良好的耐火性和耐久性。
某工程建筑结构形式为组合型钢混凝土框剪结构，主体施工过程中，能不能妥善处理好组合型钢混凝土结构的细部节点构造，成为影响本工程成败的关键因素之一。
1.型钢砼组合结构节点常用施工方法
1.1打孔法
根据型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）规定，型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的梁柱节点应采用刚性连接，梁的纵向钢筋应伸入柱节点，且应满足钢筋锚固要求。柱内型钢的截面型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25%； 但必须在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔时，宜按柱端最不利组合的M、N验算预留孔截面的承载能力，不满足承载力要求时，应进行补强。
1.2 钢牛腿连接法
钢牛腿设置时主要考虑以下几点：设置钢筋保护层； 横向梁主筋与纵向梁主筋打孔贯通部位在竖向高度上应相互错开；牛腿翼缘板在柱主筋通过位置需要开孔等。为了保证结构本身强度，梁柱连接节点钢筋往往设置较多，需要在设计单位同意的前提下根据现场实际情况对钢筋进行等强代换或调整钢筋上下排布置。
1.3 钢筋连接套筒
此连接方式要求连接套筒的钢材为不低于Q345B的低合金高强度结构钢，此连接方式能解决穿孔连接方式削弱型钢结构的强度以及钢牛腿连接方式用钢量增加的问题，能够加快施工进度并降低成本。但对于钢筋连接套筒与型钢柱之间的焊接质量要求严格。
1.4 梁主筋绕过柱钢筋和型钢
梁上下排钢筋的最外两侧钢筋弯折后从外侧绕过柱型钢，但弯折弯度不应超过1：6，因此受梁、柱尺寸限制。当梁主筋较大时钢筋加工难度较大且与其他梁筋连接时不易施工。
2 .本工程型钢砼柱与钢筋砼梁节点施工中的设计优化
2.1 连接节点施工难点
（1）SRC柱需要在翼缘或腹板位置精确预留钢筋孔，工字型牛腿板在翼缘上的设置位置必须精确。
（2）SRC柱与RC梁连接节点形式较复杂，RC梁钢筋通过工字型牛腿板与SRC柱连接。当RC梁钢筋分为上下两排时，RC梁钢筋与牛腿板现场施焊难度大。
（3）柱头节点由于多根RC梁相交，造成多层钢筋互相重叠，钢筋与SRC柱连接及钢筋标高的控制难度较大。
2.2 原节点设计方案
SRC柱与RC梁连接节点原设计方案说明：
RC梁在SRC柱与RC梁连接节点位置上部与下部分别包含8根钢筋 当梁宽大于SRC柱翼缘宽度时，SRC梁角部钢筋深入柱内锚固（此情况较少），中间钢筋通过钢牛腿与SRC柱连接； 当梁宽小于SRC柱翼缘宽度时，RC梁主筋通过钢牛腿SRC柱连接（普遍存在）。主筋与牛腿焊接前应先在牛腿上主筋位置焊接缀板，主筋焊在缀板上。
2.3 原设计方案不足之处
（1）SRC柱与RC梁连接节点工作面狭窄、部分主筋需要现场仰焊，现场施焊难度较大，焊接质量难以保证。
（2）由于RC梁现场绑扎后主筋位置存在一定安装偏差，SRC柱牛腿板若事先已在工厂完成焊接，现场施工时无法保证RC梁主筋与牛腿板焊接质量。
（3）SRC柱与RC梁连接方式绝大多数依靠牛腿板，故牛腿板与SRC柱的焊接质量至关重要，很小的缺陷都会影响柱与RC梁节点传力性能，甚至引起质量事故。
（4）由于钢牛腿的存在，导致梁柱节点浇捣混凝土时振动棒难以插入，梁柱节点混凝土浇捣质量无法保证。
（5）SRC柱与RC梁连接节点的绝大多数RC梁主筋需要和牛腿板现场焊接，现场焊接工作量大，研究院属于本项目关键工作，关键工序的延长直接影响工期。
（6）按原设计方案，需要花费大量技术工时和材料，施工成本较高。
2.4 优化后的设计方案
SRC柱与RC梁连接节点优化后的设计方案： （1）经过原设计单位结构核算，采用等强度钢筋代换，在保证承载能力的前提下加大RC梁主筋直径，减小主筋数量（上排主筋由8根减小为6根，下排主筋由6根减小为4根）。
（2）当RC梁梁宽与SRC柱翼缘宽度差值大于120mm（钢筋保护层厚度与钢筋直径之和）时，RC梁角部钢筋深入柱内锚固（此情况较少），中间钢筋穿入SRC柱翼缘孔内，在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔的做法经过原设计单位按柱端最不利组合的MN验算，预留孔截面承载能力符合要求，不需要补强。
（3）当RC梁梁宽与SRC柱翼缘宽度差值小于120mm（钢筋保护层厚度与钢筋直径之和）或RC梁宽小于SRC柱翼缘宽度时，RC梁角部钢筋通过优化后的钢牛腿与SRC柱连接，中间钢筋穿入SRC柱翼缘孔内，在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔的做法经过原设计单位按柱端最不利组合的MN验算，预留孔截面承载能力符合要求，不需要补强。
（4）优化牛腿板构造，将角部钢筋焊接于竖向牛腿板上，增加了工作面空间，避免仰焊，使焊接工作更容易操作，是保证焊接质量的重要条件。
（5）在保证SRC柱牛腿板在工厂焊接的前提下，调整现场RC梁主筋绑扎顺序，先将RC梁主筋焊接于牛腿板再绑扎RC梁箍筋，减小主筋安装偏差。
（6）SRC柱在工厂预先放样RC梁主筋位置，并在翼缘板主梁钢筋穿入位置预先采用机械式开孔，开孔面积严格按照原设计单位核算结果，使梁柱节点位置部分梁主筋能够直接贯通连接。
（7）改变牛腿板构造，增加了梁柱节点工作面空间，便于浇捣混凝土，保证了梁柱节点混凝土浇捣的施工质量。
（8）由于现场焊接工作量减小，缩短了本工程关键工序持续时间，保证了工期目标的实现。
（9）优化后的设计方案，较原方案减小了人工和材料费，节约了施工成本 优化后的方案简化了施工难度，因此提高了施工人员的工作效率，缩短了关键工序的持续时间。
3.结束语
型钢混凝土组合结构节點区钢筋密集，型钢柱的阻挡给钢筋工程带来极大的操作困难。通过深化设计采取钢筋穿腹板、焊锚、焊套筒、弯锚等多种措施，在保证主筋贯通率不低于三分之一的前提下，提供了施工的方便性和可操作性，解决了型钢混凝土组合结构节点区钢筋穿叉难题。既满足型钢柱腹板不受钢筋穿孔应力集中带来的承载力损失影响，又保证了钢筋工程的施工质量，土建与钢结构交叉施工高度配合，本文介绍了型钢混凝土组合结构柱与钢筋混凝土梁连接节点常用的施工方法，并结合建设项目工程实例，详细分析了梁柱节点优化设计的过程，具有较强的指导性和可操作性，为型钢混凝土组合结构的顺利实施提供了技术保证，并为今后的类似工程提供了宝贵的经验。