勁性結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)鋼筋安裝方法與質(zhì)量管控要點(diǎn)

勁性混凝土組合結(jié)構(gòu)是指鋼結(jié)構(gòu)（S）和鋼筋混凝土（RC）組合的結(jié)構(gòu)，又稱為SRC結(jié)構(gòu)或型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。勁性混凝土組合結(jié)構(gòu)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(jù)抗震性能試驗(yàn)和實(shí)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(jié)構(gòu)的局部和整體穩(wěn)定性。由于混凝土外殼對內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)起到了保護(hù)殼的作用，勁性混凝土組合結(jié)構(gòu)的抗銹蝕、抗腐蝕、抗高溫能力均要優(yōu)于純鋼結(jié)構(gòu)。但勁性混凝土組合結(jié)構(gòu)給施工帶來了新的挑戰(zhàn)，勁性混凝土通常應(yīng)用于超限結(jié)構(gòu)中，鋼筋配筋率高，特別在梁、柱節(jié)點(diǎn)處鋼骨與鋼筋交錯(cuò)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(shí)，在鋼骨腹板開孔。此外，勁性混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋較密，混凝土振搗難度大，特別是柱梁接頭部位，易產(chǎn)生蜂窩麻面等質(zhì)量問題。本文結(jié)合某中心劇院項(xiàng)目，分析研究勁性混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜梁、柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。1?工程概況某中心劇院位于通州區(qū)大運(yùn)河畔，包括歌劇院、音樂廳和戲劇院3個(gè)表演藝術(shù)的“文化容器”（圖1）。3個(gè)單體地上獨(dú)立，地下部分連為一體。某中心劇院主體結(jié)構(gòu)采用框架–剪力墻體系，設(shè)有大量勁性鋼骨結(jié)構(gòu)。歌劇院、音樂廳及戲劇院外圍及屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)軸測圖如圖2所示。圖2?勁性結(jié)構(gòu)軸測圖（歌劇院F2層）2梁柱復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的處理方法及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)在歷次地震中震害嚴(yán)重部位多發(fā)生在框架梁柱節(jié)點(diǎn)處，因此在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)一直堅(jiān)持強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)抗震性能，必須在施工過程中保證梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量。不同于普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，勁性混凝土結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)更加復(fù)雜多變，更應(yīng)加強(qiáng)對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制，這也是在監(jiān)督檢查過程中的一個(gè)重要質(zhì)量控制部位。鋼筋混凝土梁與型鋼混凝土柱的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為剛性節(jié)點(diǎn)，梁縱向受力筋應(yīng)伸入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)并滿足設(shè)計(jì)錨固長度。在鋼筋與鋼構(gòu)件相碰時(shí)，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(yīng)與柱內(nèi)型鋼直接焊接連接。梁外側(cè)縱筋在空間允許時(shí)應(yīng)彎折繞過型鋼，鋼筋連續(xù)通過節(jié)點(diǎn)。某中心劇院項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)存在大量鋼筋與鋼構(gòu)件碰撞的問題，為解決這一問題，主要采用鋼構(gòu)件上開洞穿孔（穿）、采用可焊接機(jī)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(diǎn)位置的施工質(zhì)量。2.1?節(jié)點(diǎn)碰撞處理方式優(yōu)缺點(diǎn)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(gè)別鋼筋的處理，主要有以下幾個(gè)問題。（1）規(guī)范中建議梁鋼筋直徑在16~25?mm，而本項(xiàng)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(shè)防要求高，設(shè)計(jì)鋼筋排布密集，需彎折鋼筋數(shù)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(yīng)性分析“穿”筋即鋼構(gòu)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(yīng)用的局限也較大，一是規(guī)范要求翼緣不宜開孔，當(dāng)梁鋼筋與翼緣正對時(shí)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(dāng)大于25?%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。2.1.3?“焊”筋的適用性分析“焊”筋即采用可焊接機(jī)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(diǎn)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(qiáng)，可用于斜梁、異形柱、翼緣等部位的連接。但當(dāng)遇到多層梁筋時(shí)，加勁板需依次加長，由于梁柱節(jié)點(diǎn)空間狹小，焊接質(zhì)量不易保證，且對柱筋位置需進(jìn)行開孔或開槽處理，施工效率低，造價(jià)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(huì)導(dǎo)致鋼筋無法與套筒連接，或?qū)е峦饴督z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(yùn)用多種方式處理。2.2節(jié)點(diǎn)碰撞的處理——“穿”“焊”為主，“繞”筋為輔結(jié)合本工程特點(diǎn)，最終確定本項(xiàng)目的連接原則為：以鋼構(gòu)件上開洞穿孔（穿）、采用可焊接機(jī)械連接套筒或與連接板焊接（焊）為主，并結(jié)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(cè)采用鋼筋套筒連接，另外一側(cè)采用連接板（鋼托座）焊接連接。即對一根梁的縱向鋼筋，一側(cè)采用鋼筋套筒連接，另外一側(cè)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(zhì)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(shí)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(fù)雜連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維模擬（圖6、圖7），并應(yīng)用BIM模型進(jìn)行技術(shù)交底，減少返工，提高了施工效率和工程質(zhì)量。2.3?節(jié)點(diǎn)連接方式的質(zhì)量控制要點(diǎn)為更好地提升施工質(zhì)量，在鋼–混凝土組合結(jié)構(gòu)施工中堅(jiān)持樣板先行，施工前按特定比例模擬復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行樣板施工，根據(jù)施工情況進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行工藝評定。2.3.1?“繞”筋連接施工質(zhì)量控制點(diǎn)（1）在條件允許時(shí)，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(diǎn)。繞筋的斜度應(yīng)不大于1/6，并應(yīng)在梁變寬度處設(shè)置箍筋，如圖8所示。圖8?變寬度梁構(gòu)造示意（2）直徑28?mm及以下的鋼筋并筋數(shù)量不應(yīng)超過3根，直徑32?mm的鋼筋并筋數(shù)量宜為2根，直徑36?mm及以上的鋼筋不應(yīng)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(yīng)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(dāng)施工優(yōu)化改變鋼筋直徑時(shí)，應(yīng)在施工前及時(shí)辦理設(shè)計(jì)變更。2.3.2?“穿”筋連接方式的質(zhì)量控制要點(diǎn)控制開孔位置，型鋼翼緣不宜開孔，腹板開孔時(shí)，柱腹板截面損失率不宜大于20?％，當(dāng)開孔率超過25?％時(shí)，需進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)（圖9）。圖9?開洞補(bǔ)強(qiáng)示意2.3.3?“焊”接機(jī)械套筒連接方式的質(zhì)量控制要點(diǎn)（1）梁中主筋不得與柱形鋼直接焊接。（2）連接套筒應(yīng)采用一級接頭，連接套筒的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于連接鋼筋抗拉強(qiáng)度的1.1倍，連接套筒與鋼構(gòu)件應(yīng)采用等強(qiáng)焊接，并在工廠完成。（3）采用連接套筒連接時(shí)，應(yīng)在鋼構(gòu)件內(nèi)對應(yīng)套筒位置設(shè)置加勁肋，加勁肋、腹板及焊縫應(yīng)經(jīng)過計(jì)算確定（圖10）。圖10?對應(yīng)鋼筋連接套筒位置的加勁肋設(shè)置示意（4）型鋼與鋼筋連接套筒的焊接應(yīng)采用貼角焊縫，并計(jì)算確定焊縫高度，當(dāng)需要在型鋼上焊接多個(gè)鋼筋連接套筒時(shí)，套筒間凈距應(yīng)不小于30?mm，且應(yīng)不小于套筒外直徑。（5）型鋼與鋼筋套筒需進(jìn)行接頭檢驗(yàn)，接頭等級按Ⅰ級接頭的要求進(jìn)行評定。2.3.4“焊”接連接板（鋼托座）連接方式的質(zhì)量控制要點(diǎn)（1）連接板（鋼托座）連接需經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)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(yīng)設(shè)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(yīng)不小于50?mm。（3）鋼筋與連接板（鋼托座）焊接時(shí)，宜采用雙面焊。當(dāng)不具備雙面焊條件時(shí)可采用單面焊。雙面焊焊縫長度應(yīng)不小于5?d，單面焊時(shí)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(gòu)件焊接應(yīng)進(jìn)行焊接工藝