勁性結構復雜節(jié)點鋼筋安裝方法與質量管控要點

勁性混凝土組合結構是指鋼結構（S）和鋼筋混凝土（RC）組合的結構，又稱為SRC結構或型鋼混凝土組合結構。勁性混凝土組合結構可以充分發(fā)揮鋼材的抗拉性能和混凝土的抗壓性能，根據抗震性能試驗和實際震害研究表明，由于混凝土和箍筋的約束作用，能提高鋼結構的局部和整體穩(wěn)定性。由于混凝土外殼對內部的鋼結構起到了保護殼的作用，勁性混凝土組合結構的抗銹蝕、抗腐蝕、抗高溫能力均要優(yōu)于純鋼結構。但勁性混凝土組合結構給施工帶來了新的挑戰(zhàn)，勁性混凝土通常應用于超限結構中，鋼筋配筋率高，特別在梁、柱節(jié)點處鋼骨與鋼筋交錯穿插，鋼筋密集。柱鋼筋要穿過多道鋼骨腹板，需在確保鋼骨截面尺寸的同時，在鋼骨腹板開孔。此外，勁性混凝土結構鋼筋較密，混凝土振搗難度大，特別是柱梁接頭部位，易產生蜂窩麻面等質量問題。本文結合某中心劇院項目，分析研究勁性混凝土結構復雜梁、柱節(jié)點施工質量控制要點。1?工程概況某中心劇院位于通州區(qū)大運河畔，包括歌劇院、音樂廳和戲劇院3個表演藝術的“文化容器”（圖1）。3個單體地上獨立，地下部分連為一體。某中心劇院主體結構采用框架–剪力墻體系，設有大量勁性鋼骨結構。歌劇院、音樂廳及戲劇院外圍及屋蓋采用鋼結構體系，工程總用鋼量超15?000?t。圖1?劇院三維軸測圖本工程鋼骨類型眾多，有箱形鋼骨柱、H型鋼骨柱、十字形鋼骨柱、鋼板墻、鋼骨梁等。勁性結構軸測圖如圖2所示。圖2?勁性結構軸測圖（歌劇院F2層）2梁柱復雜節(jié)點的處理方法及施工質量控制要點在歷次地震中震害嚴重部位多發(fā)生在框架梁柱節(jié)點處，因此在結構抗震設計時一直堅持強節(jié)點弱構件的設計原則。為了實現(xiàn)設計的結構抗震性能，必須在施工過程中保證梁柱節(jié)點施工質量。不同于普通的鋼筋混凝土結構，勁性混凝土結構中梁柱節(jié)點更加復雜多變，更應加強對復雜節(jié)點的質量控制，這也是在監(jiān)督檢查過程中的一個重要質量控制部位。鋼筋混凝土梁與型鋼混凝土柱的梁柱節(jié)點設計為剛性節(jié)點，梁縱向受力筋應伸入節(jié)點核心區(qū)并滿足設計錨固長度。在鋼筋與鋼構件相碰時，梁縱筋宜在型鋼開孔穿過型鋼腹板，但不能在翼緣開孔，也不應與柱內型鋼直接焊接連接。梁外側縱筋在空間允許時應彎折繞過型鋼，鋼筋連續(xù)通過節(jié)點。某中心劇院項目主體結構存在大量鋼筋與鋼構件碰撞的問題，為解決這一問題，主要采用鋼構件上開洞穿孔（穿）、采用可焊接機械連接套筒或與連接板焊接（焊）及鋼筋相并繞開（繞）的連接方式保證梁柱節(jié)點位置的施工質量。2.1?節(jié)點碰撞處理方式優(yōu)缺點分析2.1.1?“繞”筋的適用性分析“繞”筋即并筋繞，從受力角度來說是最理想的處理方式，是優(yōu)先選用的一種處理方法，但在本工程施工過程中卻有較大困難，僅適用于個別鋼筋的處理，主要有以下幾個問題。（1）規(guī)范中建議梁鋼筋直徑在16~25?mm，而本項目梁縱筋直徑多為25~32?mm，鋼筋直徑較大不易連續(xù)彎折。（2）北京地區(qū)抗震設防要求高，設計鋼筋排布密集，需彎折鋼筋數量多、彎折空間小，彎折精確度要求高。工程現(xiàn)場無法大量采用彎折的方式。2.1.2?“穿”筋的適應性分析“穿”筋即鋼構件上開洞穿孔，此方式鋼筋不需要與鋼骨柱直接連接，鋼筋可以連續(xù)通過，受力性能良好。但應用的局限也較大，一是規(guī)范要求翼緣不宜開孔，當梁鋼筋與翼緣正對時無法采用開孔穿過的方式；二是腹板開孔截面損失率不宜大于20?%，當大于25?%時，應進行結構補強。2.1.3?“焊”筋的適用性分析“焊”筋即采用可焊接機械連接套筒或與連接板焊接（焊）的連接方式，此連接方式的優(yōu)缺點分析如下。（1）附加連接板（鋼托座）與鋼筋焊接連接（圖3），可操作性強，可用于斜梁、異形柱、翼緣等部位的連接。但當遇到多層梁筋時，加勁板需依次加長，由于梁柱節(jié)點空間狹小，焊接質量不易保證，且對柱筋位置需進行開孔或開槽處理，施工效率低，造價較高。圖3?鋼筋與鋼骨柱連接板焊接樣式示意（2）采用工廠焊接套筒，現(xiàn)場安裝的方式，安裝效率高。但該方式對套筒定位要求高，套筒工廠焊接偏差過大及鋼柱的安裝偏差過大，都會導致鋼筋無法與套筒連接，或導致外露絲扣過多。梁鋼筋與鋼骨連接方式對比見表1。表1?梁鋼筋與鋼骨連接方式對比由表1可知，單一的連接方式無法解決全部鋼筋與鋼骨的碰撞問題，要綜合運用多種方式處理。2.2節(jié)點碰撞的處理——“穿”“焊”為主，“繞”筋為輔結合本工程特點，最終確定本項目的連接原則為：以鋼構件上開洞穿孔（穿）、采用可焊接機械連接套筒或與連接板焊接（焊）為主，并結合并筋繞開（繞）的連接方式。（1）腹板位置開洞穿孔。（2）翼緣部位一側采用鋼筋套筒連接，另外一側采用連接板（鋼托座）焊接連接。即對一根梁的縱向鋼筋，一側采用鋼筋套筒連接，另外一側采用連接板（鋼托座）焊接連接。該方式對套筒的精度要求低，適合大面積推廣，有利于保證鋼筋連接施工質量（圖4、圖5）。圖4?鋼筋與箱形鋼骨柱連接樣式示意圖5?鋼筋與H型鋼骨柱連接樣式示意（3）對于空間較大，可以實現(xiàn)鋼筋彎折繞開的區(qū)域，采用“繞”筋的方式。本工程充分發(fā)揮BIM作用，對不同的復雜連接節(jié)點進行三維模擬（圖6、圖7），并應用BIM模型進行技術交底，減少返工，提高了施工效率和工程質量。2.3?節(jié)點連接方式的質量控制要點為更好地提升施工質量，在鋼–混凝土組合結構施工中堅持樣板先行，施工前按特定比例模擬復雜節(jié)點，進行樣板施工，根據施工情況進行節(jié)點的優(yōu)化設計，并進行工藝評定。2.3.1?“繞”筋連接施工質量控制點（1）在條件允許時，梁的縱向鋼筋優(yōu)先采取并筋等措施，盡可能多地貫通節(jié)點。繞筋的斜度應不大于1/6，并應在梁變寬度處設置箍筋，如圖8所示。圖8?變寬度梁構造示意（2）直徑28?mm及以下的鋼筋并筋數量不應超過3根，直徑32?mm的鋼筋并筋數量宜為2根，直徑36?mm及以上的鋼筋不應采用并筋。（3）梁縱向鋼筋凈間距及梁縱向鋼筋與型鋼骨架的最小凈距應不小于30?mm，且不小于粗骨料最大粒徑的1.5倍及梁縱向鋼筋直徑的1.5倍。（4）當施工優(yōu)化改變鋼筋直徑時，應在施工前及時辦理設計變更。2.3.2?“穿”筋連接方式的質量控制要點控制開孔位置，型鋼翼緣不宜開孔，腹板開孔時，柱腹板截面損失率不宜大于20?％，當開孔率超過25?％時，需進行開孔補強（圖9）。圖9?開洞補強示意2.3.3?“焊”接機械套筒連接方式的質量控制要點（1）梁中主筋不得與柱形鋼直接焊接。（2）連接套筒應采用一級接頭，連接套筒的抗拉強度應不小于連接鋼筋抗拉強度的1.1倍，連接套筒與鋼構件應采用等強焊接，并在工廠完成。（3）采用連接套筒連接時，應在鋼構件內對應套筒位置設置加勁肋，加勁肋、腹板及焊縫應經過計算確定（圖10）。圖10?對應鋼筋連接套筒位置的加勁肋設置示意（4）型鋼與鋼筋連接套筒的焊接應采用貼角焊縫，并計算確定焊縫高度，當需要在型鋼上焊接多個鋼筋連接套筒時，套筒間凈距應不小于30?mm，且應不小于套筒外直徑。（5）型鋼與鋼筋套筒需進行接頭檢驗，接頭等級按Ⅰ級接頭的要求進行評定。2.3.4“焊”接連接板（鋼托座）連接方式的質量控制要點（1）連接板（鋼托座）連接需經計算設計連接板尺寸及焊縫高度等，通常連接板長度不宜小于混凝土梁截面高度的1.5倍，高度不宜小于0.7倍混凝土梁高。（2）連接板（鋼托座）的上、下翼緣應設置直徑不小于19?mm的栓釘，間距宜不大于200?mm，且栓釘至鋼托座翼緣邊緣距離應不小于50?mm。（3）鋼筋與連接板（鋼托座）焊接時，宜采用雙面焊。當不具備雙面焊條件時可采用單面焊。雙面焊焊縫長度應不小于5?d，單面焊時焊縫長度不小于10?d。（4）鋼筋的焊縫寬度不得小于鋼筋直徑的0.60倍，焊縫厚度不得小于鋼筋直徑的0.35倍。（5）鋼筋連接件與鋼構件焊接應進行焊接工藝