勁性柱與混凝土梁鋼筋連接施工技術(shù)

勁性柱與混凝土梁鋼筋連接施工技術(shù)一、工程概況：昆山市XX創(chuàng)業(yè)服務中心大樓位于昆山市前進西路，體育館南側(cè)，是一座綜合性的行政辦公大樓，框剪結(jié)構(gòu)，地下一層，地上十九層，建筑高度99m，總建筑面積56800m2。二、工程難點：本工程從地下室~6層，在6~7/C～E軸范圍內(nèi)，采用型鋼混凝土柱，總高為37.49m。型鋼混凝土柱截面積為1000x1000，型鋼采用十字形，800x800x280x280x20x20x24x24，勁性柱每邊8Ф25縱筋；相交的混凝土梁截面包括350x900，400x1000，450x1600，梁上部支座鋼筋采用Ф25，分2~3排布置，每排5~7根；下部最多13根Ф25，分2排伸入支座。結(jié)構(gòu)設計中在鋼柱翼緣范圍內(nèi)的鋼筋采用在鋼柱上外挑牛腿與之連接，外鋼柱翼緣板寬280mm，翼緣板上焊接連接板，鋼筋通過焊接在連接板上實現(xiàn)錨固。圖1梁柱節(jié)點設計詳圖示意根據(jù)設計要求采用鋼柱翼緣外挑鋼牛腿連接板與鋼筋進行焊接，現(xiàn)場鋼筋焊接操作困難，焊接質(zhì)量及鋼筋位置的準確性難以得到保證，現(xiàn)場焊接作業(yè)時間長，無法滿足業(yè)主對工期、質(zhì)量的要求。1、分析問題：1）技術(shù)方面：280mm寬翼緣板上需要焊接三~四塊連接板，板間凈距僅為45~60mm，且需通過柱筋和梁筋，鋼筋難以排布；采用連接板連接時，當梁鋼筋上鐵或下鐵為上下兩排時，應在現(xiàn)場分別將上下排鋼筋與連接板上皮及下皮焊接，難以進行焊接操作；鋼筋與連接板采用焊接連接，導致鋼筋軸向與加勁板（外挑連接板對應的位置）不重合，存在與腹板偏心的影響，受力不合理。2）施工方面：鋼筋與相鄰連接板間距過小，混凝土難以振搗密實。勁性柱內(nèi)鋼筋密集，安裝不便。框架梁鋼筋與型鋼柱連接型式比較復雜，現(xiàn)場鋼筋通過連接板與型鋼柱進行連接，現(xiàn)場焊接工作量大。三、節(jié)點連接處理方案：針對型鋼混凝土與混凝土框架梁的節(jié)點部位鋼筋連接的處理，按連接形式共歸納提出三種方案：方案一：采用在型鋼上現(xiàn)場開孔（或在工廠預留孔，孔徑=鋼筋直徑+4~6mm），待梁主筋穿過型鋼后，重新焊接洞口封閉。與鋼柱腹板重疊部位鋼筋采用在翼緣板上焊接連接板與之相連。最外側(cè)鋼筋采用彎繞過翼緣，在腹板上開孔穿過。該方案中型鋼混凝土節(jié)點部位梁縱筋為Φ25，彎折后還需穿孔，精確度難以保證；同時翼緣板上的孔洞在鋼筋穿好后再焊接封閉，高溫焊接容易導致翼緣板孔洞處氧化或變形，鋼筋也很難做到不受損傷。方案二：采用鋼筋塞焊的方法將短鋼筋預焊在型鋼上，現(xiàn)場施工時采用直螺紋套筒進行鋼筋的連接。塞焊時，開孔的大小應根據(jù)焊接工藝的要求確定，焊接后，可看作型鋼截面沒有削弱。經(jīng)與鋼結(jié)構(gòu)加工公司溝通，可以采用在工廠預留孔洞，現(xiàn)場進行焊接。該方案中通過塞焊作業(yè)，取消連接板，鋼筋間的間距得到保證；由于塞焊工藝要求翼緣板上開孔，削弱了翼緣截面（單層鋼筋較多），盡管通過塞焊可以進行補強，但焊接須在工地進行，翼緣板厚度24mm，采用塞焊作業(yè)時，沉入角度偏小，焊縫填充深度難以達到要求。現(xiàn)場焊接，損傷鋼筋與翼緣板，于結(jié)構(gòu)不利。方案三：采用鋼套筒連接技術(shù)，利用鋼筋連接中的套筒一側(cè)與型鋼柱翼緣焊接，一側(cè)與鋼筋機械連接。該方案施工方便，套筒焊接由工廠加工，焊接質(zhì)量有保證；且大量減少了節(jié)點部位現(xiàn)場焊接作業(yè)。但是由于在工廠焊接套筒，套筒在定位上不允許出現(xiàn)偏差。采用套筒與型鋼柱焊接，同時存在兩個問題，一是套筒的可焊性，即套筒的材質(zhì)必須滿足要求，二是套筒與型鋼柱的焊縫強度能否達到鋼筋的抗拉強度要求。通過與設計院溝通，采用鋼套筒連接技術(shù)得到了設計院認可，盡管該種方法在本地區(qū)尚屬首次應用，但根據(jù)對各種施工資料的查閱，采用鋼筋連接器作為型鋼柱與梁鋼筋的連接導體在國內(nèi)大型工程中已經(jīng)有所應用，是可行的。四、勁性柱與混凝土梁鋼筋連接施工工藝：不滿足要求返工圖2勁性柱與混凝土梁鋼筋連接系統(tǒng)流程圖一）、節(jié)點部位化設計及驗算1、優(yōu)化節(jié)點設計方案：由于采用直螺紋套筒焊接在型鋼柱翼緣上，故在連接部位，若全部采用直螺紋套筒，接頭百分率達到了100%，不滿足抗震規(guī)范要求；同時，考慮梁截面寬于型鋼翼緣，故節(jié)點優(yōu)化設計階段，梁角鋼筋采用腹板開孔穿過，保證鋼筋在箍筋加密區(qū)的機械連接接頭不大于50%。（規(guī)范要求：當接頭位置無法避開梁端、柱端箍筋加密區(qū)時，宜采用機械連接接頭，且鋼筋接頭面積百分率不應超過50％。）2、梁底通長鋼筋一端用套筒連接，一端采用連接板，方便施工。二）、設計驗算及材料選取1、套筒與鋼柱間的連接焊縫強度計算中焊縫采用角焊縫。（套筒外徑Φ39mm，角焊縫焊腳尺寸9mm）,不滿足要求。由于套筒壁厚對于焊縫寬度影響較大，結(jié)合實際應用中的不等徑鋼筋連接套筒，由于套筒焊接在鋼柱翼緣上，實際需要與鋼筋連接的只是套筒的一側(cè)，因此，結(jié)合實際應用中的不等徑鋼筋連接套筒，我們提出，采用不等徑套筒，一側(cè)套Φ25鋼筋，焊接一側(cè)為Φ22（相差一個級別），外徑不變，重新計算（角焊縫焊腳尺寸10.8mm）：,滿足要求。故采用不等徑套筒作為鋼柱與鋼筋間的連接導體。三）、試驗連接件制作及強度試驗通過理論計算，采用不等徑套筒來連接鋼柱與混凝土梁縱向鋼筋是滿足要求的，考慮到理論計算的不足，需要通過試驗進行驗證。經(jīng)與檢測單位溝通，直接在已經(jīng)安裝好的型鋼柱上對套筒進行拉拔試驗，由于套筒長度太短，難以進行檢測，因此，我們會同廠家定制了專門的試件（如下圖所示），針對套筒長度短，難以進行拉拔試驗的問題，經(jīng)與檢測單位溝通，采用直螺紋鋼筋接入套筒，以保證長度滿足檢測要求，因此只要試件破壞強度大于鋼筋破壞的標準強度，即可認為套筒與鋼柱的連接強度滿足要求。經(jīng)現(xiàn)場拉拔試驗，焊縫處抗拉強度達到291.5KN，是設計強度176.76KN的1.65倍，達到了強度要求。四）套筒定位及焊接事先利用CAD繪圖軟件將柱頭部位鋼筋排版，確定每根鋼筋水平及豎向位置，并打印出節(jié)點詳圖。施工時，每根鋼筋應嚴格按詳圖所示位置對號入座?？紤]到本工程均采用直螺紋Ⅰ級接頭，經(jīng)設計單位同意，下排鐵接頭留置在同一截面上，但保證整個截面接頭數(shù)小于50％。梁鋼筋與連接板的焊接均為雙面焊，具體操作時，應先將所有鋼筋一側(cè)焊接于連接板上，然后，將型鋼柱翻轉(zhuǎn)180°，再將鋼筋另一側(cè)焊接于連接板上。上鐵下排鋼筋一般為非貫通筋，長度為L/4(L為梁凈跨度)，當凈跨度小于4m時，可將整根下排鐵焊接于連接板上，這樣不但減少了工序工程量，還節(jié)約了直螺紋套筒。當勁性柱、框架梁縱向鋼筋兩端均與型鋼梁或型鋼柱連接時，鋼筋連接型式應一端為連接器、另一端為連接板與型鋼柱連接，先將連接器一端擰緊，然后再將鋼筋另一端與連接板或短鋼筋進行焊接，鋼筋在中間不需斷開，若兩端均為連接器，則只能將梁鋼筋分為兩段，兩端分別與連接器擰緊后，在中間進行焊接連接，工作量將大大增加。但應注意的是，此時連接板應加長一個絲頭的長度，以免連接器一端擰緊后，鋼筋另一端與連接板連接時焊縫長度不夠。五）型鋼柱的安裝因勁性柱內(nèi)型鋼柱進行吊裝時，鋼筋連接器及連接板已在鋼結(jié)構(gòu)加工場焊接完畢，因此，在澆筑勁性柱混凝土前，應重新檢查勁性柱縱向鋼筋位置，以免柱縱向鋼筋將連接器孔位擋住，導致框架梁鋼筋無法就位，與連接器擰緊。為避免出現(xiàn)上述情況，預先在連接器內(nèi)擰入短鋼筋，將梁鋼筋位置確定，進行勁性柱縱向鋼筋安裝時，自然將梁鋼筋位置躲開。根據(jù)本工程鋼柱的尺寸及安裝位置，鋼柱采用一節(jié)兩層，分段吊裝，因此鋼柱的安裝定位準確影響到至少兩層的套筒的定位，在施工中，我們重點進行了兩個方面的控制：1）鋼柱的垂直度控制，采用經(jīng)緯儀、磁力線墜進行控制；2）鋼柱的固定，除第一根