超高層結構勁性柱的節點處理與研究

中建七局總承包公司 鄭州 450004

1 工程概況

洛陽泉舜豪生國際商務中心工程為一類超高層，地下2 層，地上27 層，建筑高度180.25 m，總建筑面積82 772.05 m2，結構形式為鋼筋混凝土核心筒-框架剪力墻結構體系。框架柱采用型鋼-混凝土結構，鋼骨柱為鋼板拼焊對稱型鋼及工型鋼，最大截面800 mm×400 mm×50 mm，材質Q345B。筒體剪力墻四角設置鋼骨暗柱，與框架鋼骨柱采用焊接工字鋼梁連接，梁、樓板采用現澆鋼筋混凝土結構。

該工程的6～27 層設置夾層，夾層部分采用鋼柱、鋼梁及壓型鋼板結構形式，梁柱節點的鋼筋施工成為結構施工中的難點及重點，鋼筋與鋼結構的連接是難點中的重點，為此項目部成立攻關研究小組。

2 勁性柱節點類型分析

2.1 鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱

節點形式主要有以下兩種[1-3]：

第一種，柱的翼緣較窄，梁所有縱筋都從柱型鋼翼緣邊通過，又穿過腹板，該種形式既不會造成型鋼翼緣的截面損失，又能保證梁縱筋的貫通和錨固，同時也方便施工。

第二種，梁內部分主筋穿過型鋼混凝土柱連續配置，部分主筋可在柱兩側截斷，與型鋼混凝土柱伸出的鋼牛腿可靠焊接，鋼牛腿的長度應滿足焊接強度的要求。

連接型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節點，梁筋應盡量在柱型鋼兩側通過，對于必須與柱中型鋼相交的鋼筋，梁筋在柱型鋼兩側斷開，但應與柱翼緣可靠焊接。并在柱型鋼翼緣之間，梁筋水平處設置足夠剛強的加勁肋。為了便于澆灌節點核心區的混凝土，加勁肋可以不是通長的，僅在柱型鋼翼緣附近一段長度內局部設置，此時節點抗剪強度不應考慮翼緣框的作用。對于加勁肋的設置，要求加勁肋的強度應不小于梁鋼筋換算后的強度，這樣才能保證梁翼緣的拉力能可靠地傳遞到節點，并可防止柱型鋼翼緣板發生局部彎曲。

2.2 型鋼梁-型鋼混凝土柱

對于型鋼混凝土柱-型鋼梁的情況，鋼梁在型鋼混凝土柱的兩側斷開，型鋼混凝土柱內型鋼與型鋼梁的連接應采用剛性連接，且鋼梁翼緣與柱內型鋼翼緣應采用全熔透焊縫連接；梁腹板與柱宜采用摩擦型高強螺栓連接，懸臂梁段與柱應采用全焊縫連接。

3 勁性柱節點解決方案

3.1 鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱

3.1.1 三種連接方案

梁為鋼筋混凝土結構，而柱為勁性結構，如何將鋼筋混凝土梁中的鋼筋和柱中的鋼結構有效地連接便成為首要的技術難題。為此，討論了3 套施工方案：在鋼柱上焊鋼筋接駁器作為鋼筋和鋼柱的連接手段；在梁的末端增加鋼筋彎頭，與鋼柱焊接；在鋼結構出廠前，預先在鋼結構上開孔，使得梁內鋼筋穿過柱鋼結構，達到錨固長度。

3.1.2 三種連接方法的利弊分析

（a）采用鋼筋接駁器連接：其優點是接駁器在鋼結構出廠前根據施工深化圖紙，預先在廠內進行焊接，其焊接質量及空間位置可以得到有效保證。現場鋼筋施工時只需將鋼筋擰入接駁器即可。現場施工速度快。缺點是前期準備工作要求較高，需根據結構施工圖紙準確定位每一個鋼筋接駁器的空間位置。同時對時間要求高，必須考慮到鋼結構的加工周期。

（b）采用鋼筋彎頭進行連接：其優點是鋼筋彎頭進行現場加工，對精度要求較低，可以根據現場的施工偏差對鋼筋的位置進行調整，前期準備工作周期短。缺點是需要進行現場焊接，現場施工周期長。由于焊接條件不好，故焊接質量難以得到有效保證。由于洛陽泉舜豪生國際商務中心工程現澆混凝土梁的鋼筋直徑達到32 mm，根據規范要求，單面焊焊接長度達到320 mm，其焊接質量難以得到有效控制。另外，其焊接面通常在平臺操作面以下，對焊接施工和質量的驗收造成困難。同時，由于勁性柱內鋼結構柱面到混凝土面僅為200 mm，且勁性柱內的豎向鋼筋直徑為32 mm，故采用此方法會導致柱內鋼筋過密，澆筑混凝土容易產生蜂窩、空洞等質量缺陷。

（c）采用勁性柱開孔連接：其優點是鋼結構上開孔在鋼結構廠內進行，其成孔位置容易得到保證，現場鋼筋混凝土梁鋼筋施工只需將鋼筋穿過預先開孔的孔洞即可，現場施工速度快，可縮短現場施工工期。缺點是前期準備工作要求較高，需根據結構施工圖紙準確定位每個空洞的空間位置。但是，結構設計規定，在采取加強措施的前提下，鋼結構的開孔面積不得大于30%，限制了開孔的數量和尺寸，由于梁配筋較多，開孔無法保證全部鋼筋的通過，還需與其他方法相結合。

3.2 型鋼梁-型鋼混凝土柱

3.2.1 兩種施工方案

對于此類節點，梁為鋼梁，柱子為勁性柱，如何將勁性柱內鋼筋有效、合理地穿過鋼梁成為了我們在施工過程中第2個技術難題。為此，我們討論了兩種施工方案：

（a）在鋼梁上開孔，在開孔周圍加焊加勁肋；（b）在鋼梁上焊鋼板，然后將鋼筋與鋼板焊接。

3.2.2 兩種施工方法利弊分析

（a）在鋼梁上開孔：其優點是鋼梁開孔及加勁板在鋼結構廠內完成，可以加快現場施工進度，但對于復雜的節點而言（尤其在夾層，其柱節點處多為箱型粱，且交錯復雜），由于留給其開孔的位置很小，若幾道梁開孔位置存在偏差，則柱縱向鋼筋無法穿過。

（b）在梁上焊接鋼板，將柱縱向鋼筋與鋼板焊接。其優點是在鋼筋施工時，可以不考慮鋼梁對柱縱向鋼筋的影響。鋼板的位置在鋼結構廠進行焊接。但此方法現場焊接施工量大，一般為仰焊和立焊，其焊接質量難以控制，需派專人進行監督，并對焊接質量進行抽查。

4 勁性柱節點施工技術

通過對方案的對比分析，在考慮工期、安全、成本、進度等因素的情況下，本工程采用了以下連接形式。

（a）梁上皮和下皮鋼筋中沒有2 層鋼筋時，當梁截面均一致時，梁鋼筋與柱翼緣相碰，焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的焊在鋼骨柱隔板上，連接形式見圖1。

圖1 梁截面一致時連接形式

當梁截面不一致時，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的焊在鋼骨柱隔板上，無隔板處的鋼筋在腹板上穿孔，連接形式見圖2。

圖2 梁截面不一致時連接形式

當梁截面不一致時且橫梁鋼筋與縱梁鋼筋在一側打架時，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的焊在鋼骨柱隔板上，與焊在隔板上的鋼筋打架的鋼筋在腹板上穿孔，無隔板處的鋼筋在腹板上穿孔，連接形式見圖3。

圖3 縱橫梁鋼筋打架時連接形式

（b）梁上皮和梁下皮鋼筋中均有2 層鋼筋及梁上皮或梁下皮中一個有2 層鋼筋時，當梁截面均一致時，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的1 層鋼筋焊在鋼骨柱隔板上，2 層鋼筋腹板開孔穿筋，連接形式見圖4。

圖4 梁截面一致時連接形式

當梁截面不一致時，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的1 層鋼筋焊在鋼骨柱隔板上，2 層鋼筋腹板開孔穿筋，無隔板處的鋼筋全部開孔，連接形式見圖5。

圖5 兩截面不一致時連接形式

當梁截面不一致且橫梁鋼筋與縱梁鋼筋在一側打架時，梁鋼筋與柱翼緣相碰的焊在柱翼緣牛腿上，梁鋼筋能貫通的自然貫通，既不與柱翼緣相碰也不能貫通的1 層鋼筋焊在鋼骨柱隔板上，與焊在隔板上的鋼筋打架的鋼筋在腹板上穿孔，2 層鋼筋腹板開孔穿筋，無隔板處的鋼筋全部開孔，連接形式見圖6。

圖6 縱、橫梁鋼筋打架時連接形式

當有3 根以上（含3 根）鋼筋需要穿孔時，由于腹板寬度限制，只能在腹板上開2 個孔，其他的鋼筋焊接在鋼骨柱隔板上或直接從柱邊拐出（圖7）。

5 施工質量保證措施[4-9]

（a）以上節點中所有采用鋼筋與連接板及鋼筋與隔板搭接焊的節點，當采用雙面角焊縫時，焊縫長度L＞5d（d為鋼筋直徑）當采用單面角焊縫時，焊縫長度L＞10d（d為鋼筋直徑）。

圖7 3 根以上鋼筋需穿孔時連接形式

（b）凡焊接到隔板處的鋼筋，腹板上所對應的鋼筋的位置均在車間加工時開孔，現場鋼筋綁扎時能穿則穿，不能穿的情況下焊接到隔板上。

（c）當南北方向的梁高于東西方向的梁時，先安裝南北方向的梁，后安裝東西方向的梁。當南北方向的梁低于東西方向的梁時，先安裝東西方向的梁，后安裝南北方向的梁。

（d）根據現場情況將鋼骨柱翼緣處的牛腿開孔向柱身方向加深10 mm。以消除鋼柱現場安裝誤差對柱子鋼筋位置的影響。

6 結語

對于超高層結構，在確保質量受控的前提下，要求我們事先對各種可能出現的情況進行分析，兼顧施工工藝的可操作性、可檢查性和經濟性，選定一種工藝為主、數種工藝為輔的施工方案。從技術上確定每個節點的做法，并在施工過程中予以全過程監控，是保證工程順利進行、確保工期的前提。