勁性混凝土節點優化施工技術研究

吳 云

無錫市五洲建設工程監理有限責任公司 江蘇 無錫 214000

隨著建筑行業的快速發展，混凝土結構的施工，不斷應用于高層、超高層建筑中。同時，與其相關的理論研究也在不斷深入，勁性混凝土施工技術在日益完善。勁性混凝土在施工過程中，能夠支撐整個建筑的框架，實現鋼架剪力墻、核心筒等形式的混凝土鋼結構。在勁性混凝土建筑中，縱向鋼筋、型鋼組成了穩定的結構，與傳統混凝土相比，具有更強的強度性能，同時構件的截面尺寸更小，能夠提升建筑總體的抗震性。勁性混凝土結構，用型鋼代替了傳統的鋼筋骨架，因此內部結構更為復雜。正因如此，勁性混凝土結構中的節點結構，需要進一步完成優化設計，從而避免異形結構過多、轉換結構過多、節點構造復雜，造成的建筑穩定性下降。

一、勁性混凝土施工方法的特點

勁性混凝土建筑采用的主要結構形式，一般為鋼筋混凝土框架、剪力墻及核心筒結構。這些結構形式，包含了勁性鋼骨以及型鋼、混凝土梁內勁性鋼骨、勁性柱內鋼骨、鋼梁、鋼支撐、地下夾層轉換桁架、平面鋼桁架等。此外，建筑外框包含柱內勁性鋼骨型鋼、混凝土梁內勁性鋼骨、鋼框架梁、鋼次梁、核心筒內勁性鋼柱及鋼梁。鋼材料的應用，提升了整個建筑的可塑性、穩定性，同時能夠發揮巨大的高強度性能，提升勁性混凝土結構的施工質量。勁性鋼結構骨架，可以在整個施工過程中，作為建筑的支架及主承載結構，減少了設置支架等施工環節，節約了施工成本，節省了施工時間。整個建筑的結構截面積相對較小，鋼筋及鋼柱的布置較密，這種結構能夠實現型鋼混凝土的有效組合，提升建筑物整體抗震性能。但與此同時，型鋼對于傳統鋼筋骨架的替代，造成了內部結構的復雜性。實際施工時，鋼梁柱在節點處，需要完成穿進施工，鋼柱與鋼筋之間，會出現一部分交叉作業，這就使節點的銜接易出現多種問題。對鋼筋的排布需要進行優化、鋼筋與鋼骨的連接，需要采取多種方式進行優化。針對箍筋、鋼筋腹板穿進孔的設置，同樣需要提升質量控制。由此可見，勁性混凝土施工方法具有成本低、工期短、可塑性好、強度高、穩定性好等特點，但同時具有結構復雜、節點控制難度大等特性。

二、對勁性混凝土節點優化的重要性和必要性

節點控制是勁性混凝土施工技術發展主要的制約因素。盡管勁性混凝土施工具有多重優點，但在建造和施工時，由于節點控制問題，造成的難度差異非常大。因此，只有將勁性混凝土節點施工的問題予以解決，才能夠充分的發揮勁性混凝土施工技術的優勢。對勁性混凝土節點優化，能夠考慮各個節點的施工狀態、對最差穩定條件予以考慮，并對可能出現的各類問題進行優化。同時，節點優化能夠確保施工過程的緊密聯系，確保建筑整體結構的有效分析，提升建設穩定性。節點優化，就是勁性混凝土建筑施工過程中的有效控制，能夠提高施工質量、確保施工安全。同時，通過節點技術的優化，能夠進一步滿足建筑結構狀態的需要，達到勁性混凝土建筑施工安全與質量的目標。

三、勁性混凝土節點優化設計原則

節點優化施工技術涉及到多個施工細節，因此需要注意其中的基本設計原則。（1）鋼柱遇到梁縱筋時，要利用搭接板，將鋼骨與縱筋焊接在一起。（2）當鋼梁翼緣遇到柱縱筋時，鋼梁翼緣需要利用套筒焊接，再將套筒與縱筋連接在一起。（3）鋼梁腹板遇到混凝土次梁縱筋時，需要進行腹板開孔，促使次梁縱筋能夠在鋼梁腹板上穿過。（4）鋼梁腹板遇到梁拉筋時，同樣需要在腹板上開孔，且開孔孔間距為非加密區箍筋間距的兩倍。當開孔超過一排時，上下孔位要錯開。（5）鋼梁腹板遇到刀片柱箍筋時，可選擇開孔，使柱箍筋穿過，也可在鋼梁內加勁板與箍筋焊接。（6）柱縱筋遇到梁筋搭筋板時，可選擇在搭筋板上開槽，讓柱縱筋穿過。（7）梁柱鋼筋保護層的設計要考慮箍筋直徑，一般來說，保護層厚度要比箍筋直徑大20毫米。（8）梁柱節點區排筋時，要遵循重要性原則。最重要的是懸挑梁的有效截面尺寸，其次是勁性框架梁有效截面尺寸、混凝土框架梁有效截面尺寸。更為重要的尺寸，要優先考慮、優先安排。（9）當鋼筋遇到圓形鋼管柱時，可選擇繞過鋼骨，如無法繞過，需將梁筋上筋上排和下筋下排，用搭筋板與鋼骨焊接在一起。（10）型鋼柱遇到無梁樓板時，可利用連接板將鋼柱與鋼筋焊接在一起。

四、勁性混凝土施工存在的技術問題及節點優化施工技術

1.鋼柱焊接收縮變形

勁性混凝土施工涉及到混凝土與鋼材兩種材料。兩種材料之間存在較大的彈性模量差異。隨著建筑結構的升高，兩者之間會出現壓縮變形。建筑結構不斷變化，混凝土與鋼柱結構之間的變形量，就在不斷增大。同時，混凝土材料自身存在著干縮變形、鋼柱存在著焊接變形，這更加劇了兩者之間產生的變形問題，會影響建筑結構的安全及建筑的使用功能。因此，勁性混凝土鋼柱焊接收縮變形問題，是最為主要的節點問題，需要采用BIM技術，模擬施工過程，對鋼柱壓縮焊接收縮的變形值，進行深化考慮。計算需要協調的壓縮及焊接收縮變形值，在施工過程中，進一步對變形值進行校核，通過計算結果及偏差校核，確定變形協調措施，對施工的鋼柱進行變形量的調整。模擬計算內容，包含焊接變形值以及需要協調的壓縮量，重點考慮在勁性混凝土結構焊接過程中，涉及的設計變形值。此外，要對復雜節點進行ANSYS制作模擬。通過軟件模擬，對節點的制作結果進行分析、調整。調整需要參考，建筑鋼結構技術規程，對鋼結構施工涉及的鋼柱及鋼梁焊接收縮進行預防。注意焊接變形涉及的大位移、應力鋼化以及大應變。針對單位選擇、單位形狀、網格密度、荷載以及邊界條件，引入臨界公式，進行變形計算，最終獲得變形量的分析判斷結果，據此完成預調整過程。

2.型鋼柱與鋼筋之間的處理

針對型鋼柱與鋼筋之間的復雜結構，需要完成深化設計，一方面要滿足現場施工的實際需要，另一方面要逐一的對鋼筋與型鋼柱的連接點進行檢查，并完成鋼結構與鋼筋排布位置的現場放樣。只有對節點復雜位置1:1的放樣，才能夠完善節點的檢查與審核，針對可能出現的節點問題，進行細化的分析與處理。

2.1 箍筋形式的改變

以柱結構為例，每一個柱子，都需要設置箍筋，箍筋穿過腹板，穩定整個柱結構。這就涉及到兩個問題：一是，箍筋穿過腹板時需要斷開，一分為二；二是每根柱子累積的焊接箍筋量，是十分巨大的。這種箍筋形式。既不利于結構的穩定性，又導致工程量的增加。由此，在確保結構安全的前提下，可將原有的箍筋形式進行改變。將非節點區域的閉合箍筋，調整為兩根單支箍筋，單支箍筋穿過腹板后，再進行焊接，能夠在保證施工質量的同時，降低施工難度，減少焊接工程量。

2.2 鋼筋接駁器與搭筋牛腿配合使用

勁性混凝土建筑結構在柱底部剪力較大，因此，梁柱節點處的鋼筋非常密集。密集的鋼筋，導致穿孔的結構空間非常有限，梁柱均無法直接采用穿孔的形式，從鋼柱的腹板穿過。由此接駁器被廣泛使用。通過直螺紋套筒與鋼柱翼緣板的焊接，接駁器能夠有效的，滿足箱型柱、十字柱與梁主筋的連接需要。同時，接駁器的穩定性更高，能夠滿足拉拔實驗要求。配合使用搭筋牛腿在鋼梁與鋼柱連接處，可采用三層的連接方式。鋼梁與鋼柱設置為三層，上兩層采用接駁器連接，第三層采用搭筋牛腿與搭接板連接。這種連接方式能夠進一步提升節點的穩定性，有效解決，梁柱節點區域內鋼筋交叉密集的問題。

2.3 統一開孔直徑

針對型鋼腹板開孔，要嚴格按照設計要求，設置兩種規格的統一開孔直徑。依照梁筋直徑，對開孔直徑進行設置。當梁筋直徑超過32毫米時，設置型鋼腹板開孔直徑45毫米；當梁筋直徑小于32毫米時，設置型鋼腹板開孔直徑為35毫米。開孔直徑的統一，有助于減少差錯，避免鋼筋種類繁多，造成施工差異、影響施工效率。

3.型鋼柱混凝土澆筑問題

型鋼柱澆筑的過程中，要在第一節澆筑與制作平面接觸時，留50毫米左右的間隙。在鋼柱腳底鋼板處開4個小洞，將無收縮灌漿料從間隙的一層，逐步灌入間隙的側面，采用模板進行格擋。注意澆注的連貫性。混凝土澆筑后，要采用塑料薄膜進行覆蓋，對混凝土灌漿進行養護。針對外框柱及核心筒中的鋼結構，可采用自密實混凝土澆筑，既保證混凝土的質量，又避免普通混凝土澆筑難度較大的問題。針對剪力墻鋼梁及暗柱之間的鋼結構，混凝土振搗棒無法正常振搗澆筑，可采用彎錨入墻措施，促使振搗棒進入，完成振搗。此外，可增大加勁板上的開孔直徑，以便振搗棒能夠進入到箱型柱內，完成振搗，提高混凝土密實度。

結語：勁性混凝土施工技術具有成本低、工期短、可塑性好、穩定性好、強度高等特性，但施工結構復雜、節點控制難度大。因此，完善勁性混凝土節點優化施工技術，至關重要。通過勁性混凝土節點優化，能夠實現施工有效控制，確保施工安全，提升施工質量。勁性混凝土節點優化，要考慮鋼柱焊接收縮變形型、鋼柱與鋼筋之間的處理，同時注意型鋼柱混凝土澆筑問題，把握節點優化設計原則。通過計算機模擬、箍筋形式改變、鋼筋接駁器與搭筋牛腿配合使用、統一開孔直徑、混凝土澆筑優化等措施，能夠進一步提升勁性混凝土梁柱節點施工質量。