型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點施工質(zhì)量控制

張寧

0 引言

在建筑施工過程中，混凝土施工環(huán)節(jié)是一項不容忽視的重要內(nèi)容，混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量對于建筑物的實用性、經(jīng)濟性、耐久性、安全性等方面有著很大的影響，在一定程度上關(guān)系到廣大人民群眾的生命安全和財產(chǎn)安全。學(xué)者林瑤[1]認(rèn)為，梁柱節(jié)點施工質(zhì)量的控制在型鋼混凝土施工中占據(jù)重要位置，但是具體的控制方法并不是統(tǒng)一的，需要結(jié)合工程實際進行；學(xué)者崔壯壯[2]認(rèn)為，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，節(jié)點位置和鋼筋形式比較繁瑣，所以交叉作業(yè)難度較大；學(xué)者王大偉[3]認(rèn)為，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要堅持“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件”的原則。目前國內(nèi)在這一方面的研究不在少數(shù)，但是在具體的實施方法上依然不夠完善，容易遇到各種各樣的困難和問題，有必要進行深入探討和研究。

1 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的介紹

1.1 梁柱節(jié)點構(gòu)造要求

在混凝土組合結(jié)構(gòu)中有很多不同的形式，按照“柱”的類型分類，可以將其分為鋼筋混凝土柱、核心型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱以及配芯筋混凝土柱等幾種不同的形式；按照“梁”的不同分類，可以將其分為型鋼混凝土梁、鋼筋混凝土梁以及型鋼梁等幾種類型。此外，作為連接“柱”和“梁”的關(guān)鍵媒介，梁柱節(jié)點的形式是多種多樣的，且在具體構(gòu)造上容易受到材料、工藝等不同因素的影響。

型鋼混凝土屬于混凝土組合結(jié)構(gòu)中的一種特殊類型，對于這種混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅要關(guān)注其承載力，也要做好對于整體構(gòu)造的優(yōu)化與設(shè)計，尤其是一些高層建筑，需要始終堅持“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件”的原則，還要綜合考慮項目的具體施工情況、施工設(shè)計要求以及相關(guān)規(guī)章制度，注意業(yè)主的一些特殊要求。

1.2 梁柱節(jié)點形式

型鋼混凝土梁柱節(jié)點的連接構(gòu)造通常要保證構(gòu)造簡單、傳力明確，且能夠為后續(xù)施工提供方便。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱連接的形式主要包括“鋼筋混凝土梁和型鋼混凝土柱連接”“型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱連接”“型鋼混凝土梁和鋼筋混凝土柱連接”三種不同的類型。在本文的研究中主要探討型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱的節(jié)點。

1.3 節(jié)點一般構(gòu)造

在型鋼混凝土“柱”與各種“梁”連接的過程中，通常會使用柱鋼骨貫通型，關(guān)于柱內(nèi)型鋼芯柱截面形狀的選擇和應(yīng)用要充分考慮“梁”是否能夠方便貫穿鋼筋節(jié)點區(qū)域，避免出現(xiàn)梁縱筋貫穿型鋼芯柱翼緣的問題，同時要適當(dāng)減少梁縱筋貫穿型鋼腹板的數(shù)量，防止柱形鋼腹板在開孔時造成較大的截面損失率，需要將截面損失率控制在25%以內(nèi)，一旦超出這個標(biāo)準(zhǔn)，需要進行適當(dāng)?shù)难a強操作。柱內(nèi)型鋼和梁內(nèi)型鋼節(jié)點的連接要應(yīng)用剛性連接，連接過程中需要將二者的上下翼緣處對應(yīng)好，厚度要控制在12mm以上，和梁端型鋼翼緣的厚度保持相同，并在角部設(shè)置相應(yīng)的排氣孔，方便混凝土的澆筑操作。

1.4 型鋼連接方式

施工現(xiàn)場常用的梁柱型鋼連接方式主要分為栓焊混合連接和全螺栓連接。栓焊混合連接是應(yīng)用全熔透焊縫連接把梁鋼骨翼緣和柱鋼骨翼緣連接在一起，然后應(yīng)用摩擦型高強度螺栓將焊在柱鋼骨翼緣上的豎版和梁鋼骨腹板連接起來，目前在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。全螺栓連接法目前在日本地區(qū)應(yīng)用比較多，具體操作過程中，首先需要將懸臂梁段焊接到柱鋼骨翼緣上，然后應(yīng)用高強度螺栓將懸臂梁段和梁鋼骨進行連接[4]。

2 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點受力性能以及其影響因素

相關(guān)調(diào)查研究顯示，在建筑施工過程中，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點連接操作受力性能會受到很多因素的影響，具體主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 抗剪承載力

型鋼混凝土梁柱節(jié)點中，抗力因素影響較大。同時，核心區(qū)的混凝土?xí)艿揭砭壙虻募s束，在一定程度上增加了型鋼混凝土梁柱節(jié)點位置的烈度和極限承載力，這些性能參數(shù)相對明顯高于普通混凝土梁柱節(jié)點。所以，節(jié)點的抗剪承載力問題通常情況下會受到軸壓比、型鋼腹板、型鋼含鋼率、型鋼形式、箍筋位置配筋率、混凝土強度等因素的影響。

2.2 延性及耗能

在研究節(jié)點荷載的相關(guān)試驗曲線時可以發(fā)現(xiàn)，型鋼混凝土節(jié)點的耗能和延性明顯優(yōu)于鋼筋混凝土節(jié)點。通常情況下，鋼筋混凝土節(jié)點的承載力上升到一定的點后，會出現(xiàn)急劇下降的情況，但型鋼混凝土節(jié)點不同，在塑化作用的影響下，當(dāng)其承載力達到極限值后，下降的速度會變得十分緩慢，能夠形成一個比較豐滿的滯回環(huán)。所以，型鋼混凝土節(jié)點的延性與耗能主要受到軸壓比、含鋼率、配箍率和節(jié)點形式等因素的影響。

2.3 核心區(qū)剛度退化以及剪切變形

通過分析相關(guān)試驗結(jié)果可以得知，依照（GB50010-2010）《混凝士結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》配有最小配箍量的型鋼混凝土節(jié)點和普通混凝土節(jié)點處于一個相同條件下，剛度退化速度較慢，剪切變形問題明顯較輕[5]。以此可以得知，核心區(qū)約束程度、節(jié)點內(nèi)梁的錨固情況是影響型鋼混凝土節(jié)點剪切變形問題和核心區(qū)剛度退化問題的主要因素。

3 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點施工質(zhì)量控制

以某高校圖書館為例，其主樓平面呈碗狀圓弧形，由內(nèi)至外分別為A軸（半徑14m）、1/A軸（半徑17.2m）、B軸（半徑22.184m）、D軸（半徑25.6m）、F軸（半徑31.1m）和G軸（半徑34m）[6]。其中混凝土組合結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，鋼柱的截面型式為雙翼緣十字柱，鋼梁、橫梁、聯(lián)系梁均為H型鋼。在具體施工過程中，要想從根本上保證型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點施工質(zhì)量，施工隊伍必須結(jié)合實際情況做好多方面的設(shè)計與優(yōu)化，采取針對性的方法和手段加強對于每一個施工環(huán)節(jié)的管理和控制，施工過程中具體可實施的策略如下。

3.1 梁柱節(jié)點處理方法

對于混凝土梁柱節(jié)點的處理，主要采用“柱筋通，梁筋斷”的方式，主梁中型鋼與柱中型鋼的十字型雙翼相互連接，梁的鋼筋貫穿梁柱連接節(jié)點，應(yīng)用連接板焊接于鋼柱的鋼筋相貫位置。通過將鋼筋和連接板焊接在一起，實現(xiàn)連續(xù)傳力的效果。

在該項目具體施工過程中，型鋼混凝土梁柱節(jié)點施工質(zhì)量會受到很多因素的影響，屬于一項綜合性較強的工程。要想在施工過程中更好地保證型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的施工質(zhì)量，施工技術(shù)人員必須予以高度重視，并結(jié)合實際情況應(yīng)用針對性的措施加以監(jiān)督和控制。

3.2 加強原材料質(zhì)量控制

在項目施工過程中，要加強施工材料的質(zhì)量控制。過程中需要用到的主要施工材料有栓釘、鋼板、混凝土、鋼筋、套筒等，要確保所有材料均有檢測合格證明，如果材料性能復(fù)試檢測不合格則不能投入使用[7]。與此同時，還要對鋼構(gòu)件的進場驗收和出廠檢查等環(huán)節(jié)進行嚴(yán)格控制，確保鋼構(gòu)件的焊接質(zhì)量和外觀狀態(tài)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且符合進場驗收和出廠檢查的要求，否則立即退貨處理或不予出廠。

3.3 做好施工現(xiàn)場測量

利用全站儀完成精準(zhǔn)測量和放樣操作，明確設(shè)定圖紙上的型鋼構(gòu)件坐標(biāo)點，并構(gòu)建一個完整的現(xiàn)場控制網(wǎng)。在應(yīng)用鋼尺測量位置點時需要用水準(zhǔn)儀進行輔助測量，保證鋼尺兩端處于一個水平的狀態(tài)，在拉尺的過程中要保證用力均勻，先后來回拉尺兩次，然后將混凝土柱等周邊構(gòu)件高度標(biāo)明，在吊運構(gòu)件時用鋼卷尺直接從該點向上測量，并使用水準(zhǔn)儀進行往返測量，然后做好基準(zhǔn)標(biāo)高校核。除此之外，對于垂直度的測量，技術(shù)人員需要用經(jīng)緯儀進行觀測，并參照型鋼棱角來控制垂直度。

3.4 安裝型鋼構(gòu)件

對型鋼梁、柱等構(gòu)件進行分件吊裝，安裝完成后要對其位置進行及時調(diào)整和矯正，并加以固定，確保安裝完的鋼構(gòu)件彼此之間可以形成一個相對穩(wěn)定的空間體系。在吊裝過程中，需要在鋼構(gòu)件起吊和就位處鋪設(shè)相應(yīng)的木板，起到保護構(gòu)件邊角的作用，避免構(gòu)件受到外力撞擊導(dǎo)致破壞；當(dāng)鋼構(gòu)件達到就位處上方200mm位置時，先暫停吊裝，使其處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，這一過程注意小心操作，避免出現(xiàn)任何磕碰問題，在降落到相應(yīng)的位置后，對其標(biāo)高、垂直度和軸線位置進行及時調(diào)整[8]。完成后用螺栓將其加固，同時完成臨時構(gòu)件的安裝和固定；在用螺栓加固時，應(yīng)該先用高強度螺栓進行初擰，合格后做好相應(yīng)的標(biāo)記，然后按照“先中間，后兩端”的順序依次擰緊螺栓。對于螺栓出現(xiàn)的偏孔問題，要及時應(yīng)用微型砂輪磨光機或人工銼削進行處理和調(diào)整，保證其處于一個平衡、穩(wěn)定、牢固的狀態(tài)。

3.5 綁扎鋼筋

在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁施工過程中，關(guān)于鋼筋梁的綁扎操作，首先要明確位置、安裝主筋，然后再套牢箍筋、鋼筋等，確保全面完成準(zhǔn)備工作后再開始進行后續(xù)的合模；在連接柱主筋時，需要貫穿柱外連續(xù)對鋼筋進行連接和綁扎，采取由上向下的方式插入主筋，并與下部接頭連接；隨后按照由內(nèi)到外的順序綁扎鋼筋，先是內(nèi)層鋼筋，然后是外層鋼筋，保證鋼筋綁扎效果。

3.6 搭設(shè)模板

通常情況下，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁截面尺寸較大，需要對模板支撐體系進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎悖鞔_支撐架體的橫向和縱向間距和梁側(cè)對拉螺栓的排距，并結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范優(yōu)化其構(gòu)造。通常情況下，對拉螺栓不能直接貫穿型鋼梁，需要在相關(guān)部門和單位允許的前提下才能將對拉螺栓分成兩部分，然后采取對稱焊接的方式將其焊接到型鋼梁腹板上，完成對于梁模板的固定操作。由于一些型鋼梁的跨度較大，如果沒有具體的參數(shù)要求，通常情況下需要將起拱高度控制在跨度的1/1000～3/1000。這一過程中，由于型鋼梁下支撐腳手架容易產(chǎn)生撓度，因此可以將起拱高度適當(dāng)增加。

3.7 梁柱節(jié)點施工

在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點處，梁為鋼筋混凝土梁，鋼為型鋼，因此在實際施工過程中節(jié)點處梁縱向受力筋的安裝十分關(guān)鍵。對此，可以在施工設(shè)計圖紙中在梁柱節(jié)點處增加焊接牛腿，將一部分梁筋與牛腿焊接在一起，其余梁筋穿過型鋼。具體技術(shù)措施如下：

在腹板上鉆孔，將型鋼內(nèi)與翼緣板外的梁受力筋從此處穿過，型鋼之外的梁受力筋正常通過；對于此處節(jié)點進行二次優(yōu)化處理，結(jié)合縱橫梁筋的排布位置來確定牛腿的尺寸、標(biāo)高和高度方向，標(biāo)記好腹板需要鉆孔的位置；在加工型鋼的過程中，根據(jù)設(shè)計圖紙進行處理，不能在施工現(xiàn)場進行其他的加工作業(yè)；對于鋼構(gòu)件的加工精度予以嚴(yán)格控制，確保其達到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，避免給現(xiàn)場的施工操作增加任何的困難和風(fēng)險，有效減少返工問題的出現(xiàn)；除此之外，梁二排筋的焊接過程中很容易受到外界因素的不良影響，導(dǎo)致出現(xiàn)施工進度減慢的問題，所以需要做好多方的協(xié)商與溝通，適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計方案。首先將直螺紋套筒焊接在型鋼上，然后再與鋼筋進行連接。這一過程中必須先進行焊接工藝試驗，在試驗結(jié)果符合實際要求后方可展開大面積操作，從而更好地保證施工進度，提升施工質(zhì)量。

3.8 混凝土施工

在混凝土施工過程中，關(guān)于混凝土振搗要盡量減少與鋼筋、型鋼、模板之間的碰撞，不能出現(xiàn)過振和漏振的情況。首先，將振搗棒垂直插入混凝土中，深度控制在50～100mm之間，直到下層尚未初凝的混凝土中；一邊澆筑、一邊振搗，振搗棒快插慢拔，避免出現(xiàn)空洞和分層的情況，確保上層混凝土和下層混凝土互相融合；可以選擇交錯排列和行列式排列兩種方式，振搗器的插點排列均勻；在應(yīng)用振搗器時，要控制好振搗器和模板之間的距離，保持在20cm之上，振搗器插點之間的距離控制在400mm之內(nèi)。

要想進一步提升混凝土的澆筑強度，需要確保在規(guī)定時間內(nèi)達到一定的耐久性，避免裂縫或者收縮問題的出現(xiàn)，同時重視混凝土后期的養(yǎng)護工作。除此之外，在拆模的時候要重視細節(jié)的把控，確保完成拆模的部分設(shè)計強度和荷載力能夠滿足相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，而且在具體施工過程中禁止出現(xiàn)超載使用的情況，以此更好地保證混凝土施工質(zhì)量。

4 結(jié)論

相較于普通混凝土結(jié)構(gòu)，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點區(qū)鋼筋鋪設(shè)相對比較密集，而且由于鋼骨柱的阻礙，為梁柱節(jié)點處的施工造成了較大的困難。對此，要想在施工過程中保證型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點施工質(zhì)量，必須做好多方面的優(yōu)化：

（1）首先做好梁柱節(jié)點處理，然后加強施工材料質(zhì)量控制，并做好施工現(xiàn)場測量；

（2）隨后進行型鋼構(gòu)件安裝、綁扎鋼筋、搭設(shè)模板、梁柱節(jié)點施工、混凝土施工等一系列的施工操作，確保按照一定的順序進行。

（3）施工過程中從材料到工藝，再到具體的施工操作，每一個細節(jié)都要做好優(yōu)化與設(shè)計，加強監(jiān)督與管控。

通過以上操作，才能強化型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點施工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上提升項目工程的經(jīng)濟效益。