鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計在勁性混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用

宋超 侯海林 范東東

1. 河北工程大學 河北 邯鄲 056000 2. 中建八局軌道交通建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210046 3. 河北建筑工程學院 河北 張家口 075000 4.華北理工大學 河北 唐山 063000

近年來，隨著城市發(fā)展，地下空間工程建設(shè)快速發(fā)展，地鐵越來越多，每條地鐵線路都包含一座車輛檢修基地。而車輛檢修基地為滿足上蓋物業(yè)樓房的 開發(fā)，通長采用蔣興剛進混凝土結(jié)構(gòu)增加承重能力，較普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在增加承重能力的同時也帶來了節(jié)點復雜、鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋碰撞、鋼結(jié)構(gòu)影響后續(xù)模板合模等情況。因鋼結(jié)構(gòu)施工一次成型的要求高，加工后不可在現(xiàn)場進行切割更改，故需在加工前進行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，對復雜節(jié)點進行建模分析，減小鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場加工頻率及返廠頻率。本文旨在運用鋼結(jié)構(gòu)深化軟件Tekla及BIM建模進行鋼結(jié)構(gòu)復雜深化節(jié)點放樣，通過調(diào)整深化設(shè)計圖紙，降低現(xiàn)場施工難度，解決復雜深化節(jié)點問題。

1 工程概況

雄安新區(qū)至北京大興國際機場快線項目運用庫為運用庫位于場地東側(cè)，長462m，寬209m，總建筑面積61498.57m2。運用庫主體結(jié)構(gòu)墻柱為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，分為框架柱、型鋼柱、直型剪力墻、回型剪力墻四種，鋼柱截面主要為十字柱、H型柱及“H+T”異形柱，鋼材材質(zhì)均為Q355B。其中框架柱424個，型鋼柱113個，直型剪力墻128個，回型剪力墻111個，墻柱鋼筋總量1.5萬t，總鋼材用量15000t。主體結(jié)構(gòu)施工復雜，鋼筋密度大、與鋼結(jié)構(gòu)交叉節(jié)點多，本文對復雜節(jié)點的鋼結(jié)構(gòu)深化技術(shù)進行了研究。

2 復雜節(jié)點區(qū)施工難度分析

運用庫上為小氣車庫及上蓋物業(yè)樓開發(fā)，蓋上荷載大，樓座下方采用鋼結(jié)構(gòu)+鋼筋混凝土的勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)交叉數(shù)量眾多，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點復雜，較傳統(tǒng)房建施工安裝難度大。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)復雜

鋼結(jié)構(gòu)體量大、節(jié)點復雜，型鋼柱存在H 型柱、十字型柱，以及“H+T”的異形柱，鋼材截面尺寸有10mm、16mm、20mm、25mm、30mm、35mm，鋼材尺寸多樣，鋼結(jié)構(gòu)安裝高度大、跨度大，綜合考慮加工、運輸、堆放情況，分層、分節(jié)復雜，構(gòu)件形式、數(shù)量多。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋交叉節(jié)點多樣

鋼結(jié)構(gòu)與筏板上鐵鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)與梁鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)與柱鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)與頂板鋼筋等交叉節(jié)點數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復雜。碰撞嚴重，安裝操作難度大[1]。

2.3 鋼筋密集，與鋼結(jié)構(gòu)碰撞頻繁

墻柱主要鋼筋型號為C25、C28、C32，鋼筋直徑大、數(shù)量多，結(jié)構(gòu)含鋼量大，鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)碰撞節(jié)點多。運用庫結(jié)構(gòu)復雜，墻與梁、柱與梁、柱與筏板交叉節(jié)點多，節(jié)點處鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)碰撞頻繁，形成多個復雜節(jié)點。

3 結(jié)構(gòu)深化設(shè)計在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用

3.1 筏板上鐵鋼筋深化技術(shù)

3.1.1 存在問題

承臺筏板上鐵與鋼結(jié)構(gòu)交叉節(jié)點多，筏板上鐵應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)牢固連接，兩端都使用套筒連接的話，施工精度要求高，施工難度大；兩端都使用撘筋板，現(xiàn)場焊接的工程量大，增加人工成本。

3.1.2 解決方法

采用一端撘筋板、一端套筒連接的方式，降低施工難度的同時，縮短操作時長。安裝時，先進行直螺紋套筒的連接，達到連接規(guī)范要求后，進行搭接焊接一側(cè)的焊接，既能保證套筒連接要求又能保證搭接焊接要求，保證鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量。

圖1 筏板上鐵鋼筋深化示意圖

3.2 回型墻最外圈封閉箍深化技術(shù)

3.2.1 存在問題

回型墻暗柱位置最外圈箍筋，使用封閉箍，施工難度大，操作復雜。加工時須將封閉箍筋做成開口箍筋，在穿過鋼結(jié)構(gòu)后，進行現(xiàn)場彎折。在現(xiàn)場彎折過程中由于認為操作不規(guī)范，不能達到封閉箍筋彎折角度要求，并且增加施工難度，延長操作時間，增加工期，造成成本浪費。

3.2.2 解決方法

經(jīng)過鋼結(jié)構(gòu)深化，將暗柱處的封閉箍更改為兩個“U”型箍，可同時穿過橫縱向鋼板墻，在對邊進行搭接綁扎，大大降低施工難度。鋼筋搭接焊焊接接頭應(yīng)上下層錯開，避免焊接接頭都在一個垂直面上[2]。

圖2 回型墻暗柱封閉箍深化示意圖（3D）

圖3 回型墻暗柱封閉箍深化示意圖（俯視圖）

3.3 柱子內(nèi)側(cè)穿腹板拉筋深化技術(shù)

3.3.1 存在問題

柱子內(nèi)側(cè)存在大量穿腹板的拉筋，按照常規(guī)方法，需要對鋼結(jié)構(gòu)腹板進行穿孔處理，對鋼材損耗大，增加鋼材加工周期；拉筋端部彎折角度135°，穿腹板過程中施工難度大，拖慢工期。

3.3.2 解決方法

經(jīng)過鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，在柱子腹板位置每隔500mm豎向焊接一塊50mm×80mm，厚10mm的撘筋板，施工過程中將構(gòu)造鋼筋焊接在撘筋板上，柱子拉筋拉結(jié)在構(gòu)造筋上，既滿足了設(shè)計要求，同時降低穿孔損耗的同時降低了施工難度[3]。

圖4 型鋼柱內(nèi)側(cè)穿腹板拉筋深化示意圖

3.4 防止鋼板墻變形深化技術(shù)

3.4.1 存在問題

本工程中，回型墻的尺寸為6m以上，跨度大、厚度薄。在運輸及吊裝焊接過程中存在變形隱患，導致鋼板墻進場拼接焊接過程中，需要多次調(diào)整校正，降低施工進度；鋼板墻變形后影響焊接的焊縫質(zhì)量，不能保證安裝焊縫的連續(xù)性，造成鋼結(jié)構(gòu)整體的安裝質(zhì)量隱患。

3.4.2 解決方法

通過計算分析，本工程可通過增加橫縱向加勁肋的方式增加鋼板墻整體性，減少鋼板墻變形隱患。保證鋼板墻運輸、吊裝、安裝過程中不產(chǎn)生形變，保證了安裝精度和焊接質(zhì)量，進而達到保證整體施工質(zhì)量的目的。橫豎向加勁肋可使用10mm厚鋼板進行制作。同時為保證鋼板墻鋼筋的安裝，水平向加勁肋使用厚10mm、寬100mm的鋼板進行焊接；豎向加勁肋使用厚10mm、寬50mm的鋼板進行焊接。橫豎向加勁肋間距不應(yīng)大于3m。

圖5 鋼板墻橫豎向加勁肋深化示意圖

3.5 鋼結(jié)構(gòu)安裝臨時固定技術(shù)

3.5.1 存在問題

本工程鋼結(jié)構(gòu)高度大、跨度長，需要分批次進行安裝。安裝過程中的臨時固定措施尤為重要。臨時固定措施不到位，不能保證焊接質(zhì)量的同時甚至會帶來很大的安全隱患。

3.5.2 解決方法

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計過程中，結(jié)合現(xiàn)場安裝經(jīng)驗，在加工過程中就加裝上臨時連接耳板，到達現(xiàn)場后，上下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耳板使用高強螺栓進行連接，起到臨時固定的目的的同時，將材料浪費降低到最小。同時還達到了可快速拆卸的目的。在保證焊接質(zhì)量的同時，降低施工難度。

連接耳板也可做測量定位點的靶點使用，方便測量定位，測量連接耳板即可獲得鋼結(jié)構(gòu)軸線坐標，降低測量難度，增加測量精度，保證安裝質(zhì)量。

圖6 鋼結(jié)構(gòu)安裝臨時連接耳板示意圖

4 結(jié)語

（1）結(jié)合本工程鋼結(jié)構(gòu)形式多樣、節(jié)點復雜、與鋼筋交叉多的特點，提供了此類勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的深化技巧與施工經(jīng)驗。

（2）通過鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計對現(xiàn)場施工的指導作用，降低施工難度，增加施工便利性。

（3）通過Tekla、BIM等建模軟件的可視化有點，通過優(yōu)化模型的方式在施工前對需要施工區(qū)域進行深化設(shè)計，解決復雜節(jié)點的安裝及鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)的碰撞問題，為其他類似工程提供寶貴經(jīng)驗。