論型鋼混凝土結構穿筋孔施工

李 鵬

(中鐵二局建筑公司, 四川成都 610000)

論型鋼混凝土結構穿筋孔施工

李 鵬

(中鐵二局建筑公司, 四川成都 610000)

文章以鄂爾多斯廣場作為施工實例，從技術工藝和現場施工兩個方面來介紹如何提高型鋼混凝土組合結構的穿筋孔穿筋質量。通過對可能對穿筋孔準確性有影響的原因進行分析并找出關鍵要因，確定要因后再對鋼結構構件加工質量不合格、鋼結構現場安裝質量達不到要求這兩個要因實施對策從而保證穿筋孔準確性。

鋼結構； 穿筋孔； 型鋼混凝土； 組合結構； 要因

型鋼混凝土的組合結構是指在混凝土之中預先設置型鋼以及鋼筋的結構，是鋼材與混凝土組合的一種較為常用的形式。

在普通鋼筋混凝土結構之中，鋼筋雖然時常交叉碰撞，但在一定的范圍內進行適當的調整就基本能夠正常安裝上去。但是對于型鋼混凝土，凡是涉及交叉鋼筋的節點，鋼骨柱或鋼骨梁上的穿筋孔必須預先確定，因此，要在加工制作之前研究透徹施工大樣圖，熟悉相關的規范，才能確保型鋼混凝土構件順利制作安裝。

1 工程結構概況

鄂爾多斯廣場項目商業樓區域建筑面積約30×104m2，本工程鋼結構主要用于南、北塔樓的鋼骨柱、鋼管混凝土柱、鋼骨梁、樓層梁、核心筒墻內型鋼暗柱和裙房的鋼柱、大跨度樓、屋面鋼梁及屋面鋼桁架等部位。

本工程高層塔樓與裙房在±0.00以下結構連為整體，±0.00以上塔樓與裙房之間設防震縫分開，每一棟塔樓為一個獨立的結構單元。北塔樓高122 m，采用鋼骨框架+鋼筋混凝土核心筒結構，外框架柱為鋼骨混凝土柱，樓面梁采用鋼梁(與核心筒墻鉸接或剛接)，核心筒墻為設有構造鋼骨的鋼筋混凝土墻(與鋼梁交接處及筒體四角設型鋼暗柱)。南塔樓高158 m，采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結構，外框架柱為鋼管混凝土柱，樓面梁采用鋼梁(與核心筒墻剛接)，核心筒墻為設有構造鋼骨的鋼筋混凝土墻(與鋼梁交接處及筒體四角設型鋼暗柱)。樓板采用壓型鋼板+現澆混凝土組合樓板。

本文將從技術工藝和現場施工兩個方面來介紹如何提高型鋼混凝土組合結構的穿筋孔穿筋質量。

2 型鋼混凝土組合結構穿筋孔技術與施工工藝

2.1 工藝介紹

鋼結構的工藝流程如下：鋼結構的設計 → 鋼結構的加工 → 鋼結構的運輸與保護 → 鋼結構的吊裝 → 鋼結構的支護與安裝 → 鋼結構的焊接。

以上流程每個節點都能對穿筋孔的施工質量產生影響。

2.2 開孔原則

本工程型鋼混凝土柱主要包括十字型鋼骨柱、工字型鋼骨柱。根據規范圖集04SG523《型鋼混凝土組合結構構造》的規范規定，加工制作時在型鋼上的穿筋孔因兼顧考慮便于現場施工和減少型鋼的截面損失這兩個方面，因此穿筋孔開孔直徑一般相比鋼筋要大5～8 mm。

2.3 穿筋孔留設部位與留設要求

留設穿筋孔分為在柱身上留設與在梁身上留設兩種情況。

2.3.1 在柱身預留穿筋孔

(1)加勁板部位與縱向筋沖突部位。(2)考慮到混凝土柱身模板安裝工藝，在鋼骨柱柱身上開設固定模板的拉結筋孔。(3)加勁板部位開設灌漿孔。(4)柱箍筋穿牛腿腹板。(5)柱主筋穿過牛腿翼緣板。(6)柱箍筋鋼骨柱腹板。(7)勁性梁縱筋穿鋼柱腹板。(8)框架梁縱筋的主筋或腰筋穿鋼骨腹板。(9)混凝土剪力墻水平筋穿過鋼骨柱。

2.3.2 柱身穿筋孔工藝要領

(1)為了保證型鋼混凝土柱的澆筑質量，應在型鋼柱的工藝板、加勁板增加灌漿孔，孔徑應滿足混凝土振搗棒的施工需要，大截面構件應相應加大灌漿孔的直徑與數量。

(2)型鋼混凝土柱考慮到施工工藝的要求，如型鋼混凝土柱柱身模板的固定措施，往往需要拉設通長的拉筋固定模板，所以在鋼骨柱的相應部位應適當的增加工藝孔。

(3)為滿足結構要求，縱向鋼筋應貫通，在與型鋼沖突部位應增設穿筋孔，并應合理的排布鋼筋，穿筋孔的截面積不大于型鋼截面的25 %。對于大于25 %的應對型鋼做必要的補強處理。圓形孔洞可通過焊接鋼套筒補強。

(4)穿筋孔的位置應遠離焊口，避免應力集中，影響構件加工質量。

2.3.3 在梁身預留穿筋孔

(1)鋼梁上有型鋼混凝土柱的，應開設混凝土柱縱向穿筋孔。(2)腹板部位應在加工廠預留箍筋、拉結筋孔。(3)其它必要的設備孔洞，如穿線管、管道的預留孔洞等。(4)勁性柱箍筋穿過鋼骨梁腹板。(5)梁拉結筋穿過梁腹板。(6)混凝土剪力墻豎向鋼筋穿過鋼骨梁翼緣。

2.3.4 梁身穿筋孔工藝要領

(1)型鋼混凝土梁的開孔位置比較適宜設置在受剪力較小的部位，所開的穿筋孔形狀應為圓形。當孔洞位于里支座1/4跨度以外時，圓形孔的直徑不大于0.4倍的梁高，并且不大于型鋼截面高度的0.7倍；當孔洞位于里支座1/4跨度以內時，圓形孔的直徑不大于0.3倍的梁高，并且不大于型鋼截面高度的0.5倍。

(2)在鋼骨梁縱筋與鋼骨柱交接處，當梁縱筋不能直接通過鋼骨柱時，需要留設穿筋孔使梁縱筋通過，之后鋼骨柱需采用鋼板在單面進行補強處理。補強的鋼板厚度取穿筋孔開孔孔徑與鋼骨柱板厚之間的大值。

(3)梁腰筋為構造鋼筋時，直接頂到鋼骨柱之后再彎錨，如果梁腰筋為抗扭鋼筋時，則需有穿筋孔，抗扭腰筋穿過鋼骨柱。

(4)在鋼筋混凝土梁縱向鋼筋和鋼骨柱交界處，當鋼筋混凝土梁縱向鋼筋不能通過鋼骨柱時，則需要分情況進行處理。當縱向鋼筋數量大于5時，左右外側的兩根縱向鋼筋通過穿過預留的穿筋孔穿過鋼骨柱；當縱向鋼筋數量小于或等于5時，需在鋼骨柱上焊上連接板，縱向鋼筋焊接長度需大于或等于5倍d(d為縱向鋼筋直徑)，且需雙面焊。

(5)當穿過鋼骨柱的縱向鋼筋無法滿足錨固要求時，則需將穿過穿筋孔的縱向鋼筋加工成彎鉤狀，彎鉤狀鋼筋從鋼骨柱板內向外穿出，再使用直螺紋套筒連接這兩段鋼筋。

(6)在柱縱向鋼筋、柱箍筋與鋼骨梁、鋼牛腿的交界處，按其處在裙樓或是主樓兩種情況，布筋方式是有區別的。處在裙樓時，柱縱筋布置按平法標注圖進行布置，采取繞開鋼骨柱牛腿的方式；處在主樓時，則規定兩根柱縱筋需從穿筋孔穿過鋼骨梁或是鋼牛腿，其余柱縱筋則從鋼骨梁或是鋼牛腿兩側通過。

此外，在柱縱向鋼筋、柱箍筋與鋼骨梁、鋼牛腿的交界處，外圍的箍筋需通過穿筋孔穿過，箍筋采用U形箍綁扎固定后使用焊接的方式進行閉合。

(7)在鋼筋混凝土剪力墻與鋼骨梁的交接處，鋼筋混凝土剪力墻需預先埋設好錨固鋼板或是錨固鋼筋，穿入后，鋼骨梁與錨固件進行焊接連接，梁縱筋錨入鋼筋混凝土剪力墻中。

2.3.5 加密區箍筋穿筋孔留設要求

當鋼筋混凝土框架柱、框架梁或鋼骨柱、鋼骨梁的箍筋通過鋼骨腹板時，則需要考慮鋼筋加密區對穿筋孔的影響，由于在不同的工程中，建筑物的抗震等級、梁或柱的截面尺寸、層高或跨度不盡相同，梁或柱的箍筋加密區可能也有所不同。但以一般民用建筑來說，加密區采取100 mm的間距，非加密區采取200 mm的間距比較普遍。因此，在符合設計要求的前提下，箍筋穿筋孔可按非加密區200 mm的間距、加密區100 mm的間距進行穿筋孔留設。

2.4 穿筋孔現場施工工藝特點和難度

(1)本工程型鋼柱重量大，需要分解制作和吊裝焊接，因此鋼構件、型鋼柱的分節制作精度和穿筋孔施工安裝質量為施工重點。

本工程設計有大量的鋼構件、型鋼混凝土柱、型鋼混凝土梁。型鋼混凝土結構鋼筋的穿插、混凝土澆筑難度均大于普通鋼筋混凝土梁柱，是影響工期和施工質量的關鍵因素。

(2)兩個塔樓均為鋼結構+核心筒形式，結構復雜，施工難度大。

(3)樓層高度較高，易產生結構整體位移，為防止結構整體位移，在+114.4～120.7 m標高的第二避難處設伸臂桁架+腰桁架，精度要求高，測量難度大。

3 穿筋孔施工問題剖析與解決措施

3.1 現場鋼結構施工問題

3.1.1 加工問題

鋼結構加工時鋼結構制作質量未達到要求，在切割、下料時，翼緣板尺寸寬窄不一，造成H型鋼與牛腿的尺寸不一致，與牛腿聯系的鋼梁上下翼緣板錯位。這是由于未能很好地會審圖紙，沒有明確鋼構件的穿筋孔開口位置，或是沒有考慮到現場鋼筋的穿插造成的加工誤差。

在對鋼結構進行組裝時，焊接H型鋼無組裝胎架，造成H型鋼高度尺寸有偏差。翼緣板腹板在對接之后，焊縫未矯平，而且有明顯凹凸。輕鋼腹板不平整，組裝前沒有對輕鋼腹板進行矯正，同樣會對穿筋孔準確性產生影響。

構件出廠時，鋼柱、鋼梁的中心線標記未標示，給穿筋孔施工、矯正、檢測帶來困難。

3.1.2 安裝質量問題

鋼骨柱安裝時違反操作規程，將鋼骨柱根根獨立支立，沒有形成穩固的框架單元，如果遇到大風天氣，將會造成鋼骨柱柱體偏移，從而影響穿筋孔定位。

在安裝錨固螺栓時，錨固螺栓高低不一，鋼骨柱柱腳平面在安裝前未測量準確，造成預埋時移位，從而形成鋼骨柱柱偏移，將會造成穿筋孔偏移，所以應先測后埋。

3.1.3 焊接問題

現場焊接質量普遍不合要求，存在焊接變形、焊接應力等問題。在焊接的過程中，因為鋼材單面受熱，再加上受熱以后鋼板本身的部分殘余應力釋放，將會導致受熱不均，從而產生變形，變形則會影響穿筋孔施工精準度。

3.2 影響穿筋孔質量的施工要因

針對現場鋼結構構件施工出現的質量問題，對其產生原因通過“人機料法環”五個方面的原因進行剖析，并對影響穿筋孔的所有潛在因素進行跟蹤分析，現列出12項可能對穿筋孔準確性產生影響的因素，并將其結果分為要因與非要因。(1)無施工經驗。(2)缺少專項技術方案。(3)專業技術交底未進行。(4)鋼結構構件加工質量不合格。(5)鋼結構焊接質量不合格。(6)施工環境及冬季施工因素。(7)工種之間協調配合不到位。(8)鋼結構專業分包單位沒有有相應專業資質。(9)鋼結構專業班組焊接操作人員沒有焊工合格證和安全操作證。(10) 鋼結構施工支護不到位。(11)鋼結構材質不符合工程要求。(12) 鋼結構現場安裝質量達不到要求。

對所有因素進行了一一排查確認，其中鋼結構構件加工質量不合格、鋼結構現場安裝質量達不到要求兩項因素為要因。

3.3 針對要因實施對策

針對兩項要因由專人實施對策并檢查實施效果。

3.3.1 措施一：針對鋼結構構件加工不合格

(1)鋼結構施工前，應由具備專項設計資質的加工制作企業完成鋼結構穿筋孔施工詳圖，并制定出詳盡的施工方案，根據施工階段的荷載工況和結構狀態進行必要的施工驗算或采取有效的臨時施工措施。

(2)鋼構件加工制作前，應考慮結構變形，如豎向構件的軸向變形和焊接變形等可能會產生的穿筋孔安裝偏差的情況，并預先采取相應的預防措施和調整措施。在確保滿足施工安裝和設計要求后，方可進行構件加工、制作和安裝。

(3)所有型鋼混凝土組合結構所用的鋼構件均應在工廠加工制作，現場再進行拼接和安裝。鋼骨梁、鋼骨柱的預留孔洞應按設計圖紙在工廠進行制孔，在施工現場安裝時，未經設計允許，不能隨意打孔和用氣焊擴孔。鋼骨柱、鋼骨梁上的穿筋孔，均應在工廠制孔，不得在工地臨時補開孔，以保證穿筋孔制作質量。

(4)鋼柱每2～3層為一節，在工廠加工，然后在工地拼裝。凡本工程施工圖中未明確的柱工地拼接做法參見國標01SG519《多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖》第7～8頁的相關做法，其中腹板的連接采用全焊接連接。

(5)施工圖中未明確時，變截面工字形(或十字形)柱、箱形柱的工廠拼接做法參見國標01SG519第9～11頁的有關做法。

(6)針對鋼結構構件加工不合格的整改措施：板制H型鋼的尺寸嚴格控制，要求相應從整根H型鋼截取，防止牛腿高差錯位。H型鋼組裝時，應有組裝胎架并隨時檢查調整。鋼板應整張大板拼接。拼制H型鋼，應注意矯正質量，控制角變形值和平整度。構件油漆后應標注構件中心線標記。

(7)框架梁與框架柱之間的剛性連接，先由工廠進行柱與懸臂鋼梁段全熔透焊接，然后在工地進行梁的拼接，拼接時其翼緣為全熔透等強度對焊連接，腹板為高強度螺栓摩擦型連接。次梁與主梁的連接除懸挑梁外，均為鉸接連接，腹板用高強度螺栓摩擦型連接。

(8)組合截面的鋼骨柱、鋼骨梁、鋼斜撐等構件的腹板與翼緣的T形對接焊縫均在工廠采用加引弧板(其厚度和坡口與母材相同)的埋弧自動焊焊接成型(焊縫形式為對接與角接的組合焊縫)，施焊工藝及板材上的坡口尺寸符合GB 50661《鋼結構焊接規范》的有關規定。

3.3.2 措施二：針對鋼結構現場安裝達不到要求

(1)對于由多個構件交匯的復雜節點，以及重要安裝接頭，都應進行鋼結構構件的預拼裝。

(2)鋼骨梁與混凝土構件上的預埋件在進行焊接連接時，應分層進行，不得過熱焊傷混凝土結構。

(3)對于采用普通螺栓連接的接頭，待構件安裝就位，校正擰緊螺栓時將絲口打毛，或與螺母焊死以防止松動。

(4)在鋼結構構件安裝完成后，對所有的連接螺栓都逐一檢查，以防漏擰或松動情況的出現。

(5)混凝土內的鋼構件，需在澆筑混凝土之前，徹底清除鋼構件表面的銹蝕、油跡及附著物等，保證鋼結構表面的干凈。

(6)鋼結構在吊裝前已選擇好吊點并進行驗算，吊裝方案的選定和吊點位置都通過了計算確定，以保證每個安裝階段結構的強度和整體穩定。

(7)鋼結構施工時，應設置可靠的支護體系，形成穩固的框架單元，還應及時安裝臨時支撐，必要時增加纜風繩臨時固定，保證結構在各種荷載作用下結構的穩定性和安全性；若采用對結構有影響的起重機械或其它施工設備時，施工單位應根據具體情況驗算施工荷載對結構的影響。

(8)鋼骨柱、鋼骨梁安裝完畢后，應盡快調整鋼骨柱的垂直度和高差墊片，然后封閉柱腳，并二次灌漿密實。柱腳在地面以下部分應采用C10混凝土包裹，包裹的混凝土高出地面150 mm，確保鋼柱穩定性，從而控制穿筋孔偏差風險。

(9)安裝時整改措施：安裝高強螺栓要把好扭矩系數和緊固軸力的復試。安裝高強螺栓控制好施工扭矩，露絲控制在2～3個絲扣，不允許高強螺栓當做臨時固定螺絲使用，且高強螺栓終擰必須在安裝好高強螺栓的48 h內完成。

4 結束語

通過對型鋼混凝土組合結構的穿筋孔進行技術工藝和現場施工兩方面的調查研究，并以鄂爾多斯廣場作為施工實例，說明技術工藝和現場施工均對型鋼混凝土穿筋孔安裝質量有很大影響。在技術工藝上，因為鋼骨的組合結構式鋼結構骨架與鋼筋混凝土之間組合而成的共同受力的組合構件，現場施工時鋼筋在安裝時常常會受到鋼構件的阻礙，所以在鋼構件工廠進行制作加工時，需要在鋼構件上預留穿筋孔洞，因此鋼結構穿筋孔開孔在設計時就要考慮使其連接的節點盡可能簡單，還要滿足等強受力的原則來進行綜合考慮。型鋼混凝土，凡是涉及交叉鋼筋的節點，鋼骨柱或鋼骨梁上的穿筋孔必須預先確定，因此，要在加工制作之前研究透徹施工大樣圖，熟悉相關的規范，才能確保型鋼混凝土構件順利制作安裝。在現場施工時，需要根據現場實際情況確定施工方案，更要綜合考慮工程本身的抗震等級、跨度、層高、構件尺寸，針對加工、安裝、焊接會出現的各種復雜問題均能做出預防方案和處理措施。

[1] GB 50661-2011 鋼結構焊接規范[S].

[2] GB 50017-2003 鋼結構設計規范[S].

[3] JGJ 3-2010 鋼骨混凝土結構設計規程[S].

[4] JGJ 138-2001 型鋼混凝土組合結構技術規程[S].

[5] JGJ 3-2010 高層民用建筑鋼結構技術規程[S].

TU755.3+3

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[定稿日期]2017-03-29