鋼管柱混凝土環梁節點在超高層施工中的應用

楊增鈺 南文斌 王星亮 李慧偉

(中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北 武漢 430074)

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鋼管柱混凝土環梁節點在超高層施工中的應用

楊增鈺 南文斌 王星亮 李慧偉

(中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北 武漢 430074)

以太原迎澤項目1號樓、2號樓、北區裙房及北區地下車庫工程為實際案例，從鋼管柱、環梁、圓模板、混凝土澆筑等方面，闡述了環梁節點施工方法和控制要點，并分析了鋼管混凝土施工的重難點，為鋼管柱混凝土環梁在超高層建筑中的應用提供參考。

鋼管混凝土柱，環梁節點，圓模板，超高層建筑

鋼管柱混凝土環梁節點構造，用于多道鋼筋混凝土梁與鋼管柱的連接節點加強，用于增強圍護結構，能整體提高建筑結構的抗震性。抗剪環設置在環梁高度范圍內，一般通過閉合鋼筋環或閉合帶鋼筋環采用雙面焊縫焊接于鋼管柱外壁上，增強了環梁節點處鋼筋與混凝土的握裹力。鋼筋直徑d一般在20 mm～30 mm左右。抗剪環與環形牛腿一樣，實為鋼管柱的環形凸緣。基于與環形牛腿同樣的考慮，沿抗剪環需設置閉合的混凝土環梁或與之相當的混凝土托盤，與鋼管柱緊密箍抱，樓蓋梁的縱筋則錨固于環梁內，借助環梁傳遞彎矩。

1 工程概況

太原迎澤橋西項目1號樓、2號樓、北區裙房及北區地下車庫工程位于太原市迎澤大街以南，新晉祠路以東，濱河西路西側。總建筑面積271 288.96 m2，其中地上建筑面積228 524.30 m2，地下建筑面積42 764.66 m2，總建筑高度229.05 m。1號、2號塔樓依托于下部的北區裙房，呈中軸線對稱布局，自然形成具有時代氣息和品質感的超高層綜合體，兩座塔樓均為超高層建筑。地上53層，北區裙房地上5層，6層及以上為1號、2號塔樓部分，地下為5層的地下空間。鋼管混凝土框架——鋼筋混凝土核心筒+環帶桁架混合結構體系為兩座主塔樓的結構形式。

2 鋼管混凝土柱環梁節點設計與施工

2.1 鋼管混凝土環梁節點形式

鋼管混凝土柱環梁節點是一種新型的鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土框架梁連接方式，節點設計的關鍵是要保證在地震作用等水平低周往復作用下實現“強節點”的延性設計概念。鋼管混凝土柱環梁節點是由以下幾個部分構成：

1)鋼筋混凝土環梁。鋼筋混凝土環梁的作用是傳遞與環梁節點連接的框架梁端彎矩，與普通混凝土梁一樣，鋼筋混凝土環梁內配置縱向鋼筋、腰筋及箍筋；框架梁內的縱向鋼筋一般采取末端彎折后在環梁內錨固；混凝土環梁寬400 mm～550 mm，環梁高度為所連接框架梁中最高梁高+50 mm。

2)鋼管內側柔性抗剪件。鋼管內側柔性抗剪件主要作用是在鋼管混凝土柱的外側鋼管與內部混凝土之間傳遞環梁節點承擔的豎向荷載。

3)鋼管外側抗剪環。鋼管外側抗剪環的主要作用是傳遞與環梁節點連接的框架梁端剪力。

環梁節點見圖1。

2.2 環梁施工要點

每棟主樓外框架設計有16根外框圓鋼管混凝土柱，柱徑從地上首節到頂部共發生6次變化，截面由φ1 400×35 mm～φ800×16 mm。由混凝土環梁節點形式可見，混凝土環梁的施工質量好壞是節點能否發揮作用的關鍵。混凝土環梁的施工質量大致有三個方面：

1)混凝土的澆筑質量。混凝土澆筑振搗密實是保證環梁抗剪及環向鋼筋與混凝土共同工作的關鍵。故在施工中應加強環梁的振搗，同時應減少環梁內環向鋼筋接頭占用的空間及合理排列梁縱向鋼筋在環梁內的彎錨，以便為混凝土的澆筑提供進一步的保障。

2)環形鋼筋的連接質量。鋼筋混凝土環梁正常工作中，環向鋼筋應力較大，故應重視環形鋼筋的連接，由于環形鋼筋的具體特點，結合現場施工要求，采用搭接長度、綁扎要求及搭接接頭面積百分率滿足規范要求的驗收標準。

3)抗剪環的焊接質量。環梁部位緊貼鋼管外表面焊接有2根φ25抗剪環，抗剪環的焊接固定采用預先焊接方式固定，與現場焊接相比不僅降低了施工難度而且更容易保證焊接質量。

3 梁端剪力、彎矩傳遞

在鋼管柱外側周圈環梁高度范圍內，貼焊兩道鋼筋作為抗剪環，通過抗剪環，環梁將框架梁端剪力傳至鋼管，環梁圍繞鋼管，與鋼管緊密箍抱，將梁端彎矩傳遞給框架柱，且環梁承載力符合“強連接、弱構件”的設計概念。

框架梁端彎矩作用于環梁上，使環梁產生扭矩。當框架梁端為負彎矩時，環梁下端擠壓鋼管混凝土柱，其反作用力將產生對環梁的抵抗扭矩，這將大大降低對環梁的抗扭要求。樓板在平面內對環梁上部有很大的約束作用，減小了扭轉產生的環梁與柱之間的相對脫離，由變形與內力關系可知，環梁的扭矩也會進一步減小。框架梁端為正彎矩時，略為不利，因為沒有樓板的約束作用。

對環梁傳遞彎矩的機理更為簡明的解釋是：將框架梁端負彎矩分解為環梁上部和下部的一對拉力和壓力，拉力由環梁上部環筋與樓板共同承擔，壓力由環梁下部的商品混凝土承擔并傳遞擴散至鋼管商品混凝土柱上。這一設想與實際受力情況基本吻合。

4 環梁施工重難點分析

4.1 環梁鋼筋加工與綁扎

環梁節點處主梁與環梁縱橫交錯，梁斷面尺寸相應較大，工序繁雜，交叉作業，工序之間造成互相制約。環梁鋼筋需穿過框柱鋼筋且與環梁相交處框架梁鋼筋主筋多，要全部錨入環梁內，但是框柱鋼筋間距較小，環梁節點鋼筋密集及鋼管柱柱身栓釘密集，箍筋間距小，因此環梁鋼筋綁扎過程中環筋、框架梁縱筋綁扎的先后順序和定位是本工程控制的重難點。環梁鋼筋多為弧形，鋼筋無法在現場實現高效率弧形加工，現場環梁鋼筋放樣和加工制作難度大。

4.2 環梁模板施工

框架柱的四個角均在環梁的外側，環梁與柱相交位置模板的支設不易施工；環梁圓形混凝土結構弧度要求較高，模板的加工及模板系統的加固難度大。

4.3 環梁混凝土施工

混凝土的施工自重較為集中，因此對承重架的豎向抵抗力要求較高，環梁部位鋼筋密集，混凝土澆筑質量的控制是本工程控制的重點。

5 環梁施工流程

環梁鋼筋放樣及加工→定位放線→模板支撐架及底模安裝→梁底模板安裝→環梁鋼筋綁扎→框架梁鋼筋綁扎→框架梁側模安裝→環梁圓模板安裝→混凝土澆筑→混凝土養護。

5.1 環梁鋼筋安裝

1)環梁加工采用場外數控技術進行環梁圓弧鋼筋的加工，采用新型鋼筋彎弧機調整曲率半徑制作環梁鋼筋，較好的控制了環筋的弧度，保證圓弧鋼筋的加工速度與質量，同時提高了施工進度。2)環梁鋼筋采用搭接連接，搭接接頭面積百分率為50%；將環梁截面加大，環梁外徑同框架柱對角線的長度；征得設計同意并辦理設計變更手續。3)將所有制作好的環形主筋全部套入鋼管柱后，再將所有箍筋套入環筋。4)綁扎與環梁相連的框架梁鋼筋。

環梁鋼筋施工見圖2。

5.2 環梁模板安裝

根據環梁圓弧尺寸定制圓模板，自帶企口，并根據鋼管柱尺寸大小在現場預拼裝，模擬模板安裝，保證圓模板安裝質量。圓模板重量輕于一般楊木，強度大、韌性好，一般2個～3個工人即可操作安裝，手工批量化安裝拆卸；拼縫少，內外環氧樹脂覆膜光滑防水且具有透氣性；保證了環梁混凝土的成型效果。側模加固采用40×90木方，后背弧形鋼管加固。環梁底模采用15 mm厚多層板放樣制作而成。

環梁模板施工見圖3。

5.3 環梁混凝土澆筑

鋼管混凝土柱內部和地下車庫鋼管混凝土柱及外圍方形柱采用自密實混凝土。環梁節點部位的鋼筋密集，混凝土下料困難，澆筑時控制好混凝土下料的速度，混凝土振搗時根據環梁鋼筋間隙選擇合適的振搗棒，必要時此部分可采用同等強度同等配合比的細石混凝土進行澆筑，此外振搗棒頭可改用片式并輔以人工搗固配合。環梁部位必須連續分層澆筑，必須在前層混凝土初凝前將此層混凝土澆筑完畢，澆筑時采用二次振搗工藝。混凝土澆筑過程中，嚴格跟蹤檢查模板及其支撐的穩固等情況，發現問題及時加固。混凝土澆筑完成后及時進行養護。

環梁混凝土成型效果見圖4。

6 結語

在超高層建筑工程施工過程中，鋼管混凝土柱環梁節點由于其理想的受力性能和良好的經濟效益，已越來越多的用于超高層建筑。在施工過程中加強質量控制，使其符合工程設計的相關要求。通過環梁鋼筋場外加工和環梁定制圓模板，施工方便，加快了施工進度，保證了施工質量，提升了施工效率，為鋼管向上安裝提供了有利條件。

[1] 李引勝，劉 福，王曉偉，等.鋼管混凝土柱大截面環梁節點施工技術[J].施工技術，2015(10):25-27.

[2] 李 穎.鋼筋混凝土環梁及梁帽施工技術研究[J].工程科技，2014(3):186-187.

[3] 劉 洋，宋 波，孔 亮.鋼管混凝土柱環梁節點及其應用[J].城市建設理論研究(電子版)，2013(36)：78-79.

[4] 楊春宇,張秀榮.鋼筋混凝土結構工程施工的質量問題及處理措施[J].黑龍江科技信息，2008(4)：231-233.

Application of concrete filled steel tubular column ring beam joint in super high rise construction

Yang Zengyu Nan Wenbin Wang Xingliang Li Huiwei

(TheSecondConstructionCo.,LtdofChinaConstructionThirdEngineerigBureau,Wuhan430074,China)

In this paper, Taiyuan Yingze No.1 building, No.2, and north Qunfang and underground garage project as a case of ring beam construction methods and control points are described from steel tube column and ring beam, circular template, concrete pouring and other aspects, analyzes the difficulties and key points in the construction of concrete filled steel tube. The construction characteristics of concrete filled steel tubular column and its application in super high rise buildings are introduced in this paper.

concrete filled steel tubular column, ring beam joint, circular template, super high rise building

1009-6825(2016)31-0107-03

2016-08-21

楊增鈺(1987- )，男，工程師； 南文斌(1986- )，男，助理工程師； 王星亮(1989- )，男，助理工程師； 李慧偉(1991- )，男，助理工程師

TU974

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