浅谈型钢混凝土结构中的钢筋施工

2011-04-14何承东

山西建筑 2011年8期

何承东

1 概述

型钢混凝土结构又称钢骨混凝土结构或劲性混凝土结构,是混凝土内配置型钢(轧制或焊接成型)和钢筋的组合结构。型钢混凝土结构能够较好的发挥型钢和混凝土两种材料的优点,弥补各自的不足;型钢混凝土在钢筋混凝土中内插型钢,与传统混凝土结构相比,具有结构承载力大,抗震性能好,作为一种新兴的、有较大发展前途的结构形式,近几年在高层和超高层建筑中获得了较广泛的应用。它的结构体系、配筋形式、结构的构造、连接点、施工要求等与普通混凝土结构不同,有它自己的特点,尤其是在钢筋施工方面,由于存在型钢,存在穿筋难的特点,如何解决穿筋施工是型钢混凝土结构的一个重点和难点。因此掌握和积累型钢混凝土结构施工技术具有重要意义。

某工程位于上海市四川北路,为一高档写字楼项目,其主楼结构高度为 201.7m,采取钢—混凝土结构,属型钢混凝土组合结构,核芯筒、柱竖向结构内插型钢,梁为纯钢梁。在一层楼板设置了型钢梁,型钢、柱下插一层至地下一层。

2 钢筋穿型钢技术

2.1 柱梁受力纵筋

2.1.1 在钢结构上预留钢筋穿孔

1)由于型钢混凝土结构中存在内插型钢,钢筋与型钢两者矛盾,为解决此矛盾,方法之一是在型钢中预留钢筋穿孔。梁柱之纵筋,柱箍筋均可以在内插型钢之钢结构中留设穿筋孔。型钢柱在加工前,需对其进行细化,解决运输、安装与钢筋连接,模板加固问题。在此阶段需结合钢筋翻样在钢结构中预留钢筋穿孔。在梁柱节点核心区域钢筋密,绘制大样图,从而确定每根钢筋的走向,相对位置,接头位置,并依据编号配料,较好的完成梁柱钢筋节点施工。

2)留设钢筋穿筋孔的要点:梁纵筋与柱型钢相碰时,可在型钢柱之钢柱腹板上留设钢筋孔。在进行梁柱筋的穿孔设计时,应遵循现行规范、规程规定。按JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构技术规程第 9.1.4:钢筋穿孔应尽量避免在型钢的翼缘上穿孔。在型钢上穿孔应兼顾型钢截面损失与便于施工两个方面。在柱内型钢腹板上预留钢筋贯穿孔时,型钢腹板截面损失宜小于腹板面积的 25%。当梁钢筋较多时,型钢截面损失超过 25%时,应采取局部加厚的方法(见图1)。在实际操作中,依据上述规定,留设穿筋孔孔洞大小以比钢筋直径大6mm～12mm为宜。

本工程钢筋穿孔的孔径我们结合设计要求确定如表 1所示。

表1 钢筋穿孔的孔径

依JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构技术规程第5.4.2:梁中纵向钢筋之净距不宜小于 30mm和 1.5倍钢筋直径,因此梁纵筋穿越柱型钢时,孔与孔间的净距离应大于30mm和1.5倍钢筋直径,同时应避开柱内水平加劲板,距离加劲板一般不小于 15mm。

柱纵向钢筋若需穿越型钢时,也遵循上述要求即可。

型钢上的钢筋穿孔应在工厂采用相应的机床或专用设备钻孔如摇臂钻进行钻孔,严禁现场用氧气切割开孔。钢筋穿孔应在构件组装前完成。

2.1.2 采用机械锚固

依JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构技术规程第9.1.4:梁柱连接可在柱型钢上设置工字钢牛腿,梁纵向钢筋中一部分可与钢牛腿焊接或搭接,其长度应满足钢筋内力传递要求。

依据上述规定,当在混凝土梁与型钢柱连接时,将梁纵筋与型钢之工字钢牛腿进行焊接以解决穿筋难问题,梁纵筋与柱内工字钢牛腿连接一般与牛腿的翼缘板相焊接,上皮钢筋在上翼缘板上面焊接,下皮钢筋于下翼缘板上面焊接,焊接长度不小于 10倍钢筋直径(见图 2)。在实际施工中我们还利用机械锚固原理,在柱腹板留设钢筋接驳器,钢筋接驳器在工厂进行焊接固定(在钢结构深化设计图中注明)。钢筋进行现场绑扎时,钢筋与钢筋接驳器进行相连,也是解决穿筋难的施工方法。

2.2 次梁纵筋、构造筋穿筋处理

依JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构技术规程第9.3.2:钢筋混凝土次梁—型钢混凝土主梁连接,其次梁中的钢筋应穿过或绕过型钢混凝土梁的型钢。因此在工程实际中,我们是按下述原则处理的,当混凝土次梁与型钢混凝土主梁相连时,次梁的上部钢筋一般绕过型钢,下部钢筋锚入主梁内。梁、柱的构造钢筋不穿型钢,遇型钢时弯折锚入柱、梁内。如此处理后,可以满足次梁中的钢筋锚固和力的传递要求,同时也有利于钢筋施工。

2.3 箍筋

非节点区域的梁柱箍筋不穿过型钢,同一般混凝土结构施工相同。

在梁柱节点区,依JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构技术规程第 4.3.1～2之条文说明:在型钢混凝土结构中梁柱节点的箍筋的作用尤其突出,除了增强截面抗剪承载力,还可增强塑性铰区变形能力,是确保结构抗震作用的重要构造。因此规程对箍筋的弯钩,间距等都提出了要求,且要求是封闭箍筋。但由于在梁柱节点区域存在型钢,柱箍筋必然存在穿越型钢问题,成为型钢混凝土结构的施工难点。

在工程实际中我们结合设计和施工实践总结出了如下箍筋与型钢混凝土结构之型钢矛盾时的解决方法:

1)对于柱箍筋一般采取钢梁腹板上留设穿筋孔方法居多,有关要求同柱梁纵筋在钢构上留设孔洞要求。孔与孔间的中心距离,柱箍筋按照箍筋设计要求,一般为 100mm。柱箍筋孔距钢梁上下翼缘的距离一般为 125mm,与翼缘最近距离控制在翼缘板厚与翼缘腹板焊缝高度之和。2)核芯筒暗柱箍筋:某工程主楼有核芯筒,其箍筋遇核芯筒混凝土剪力墙型钢时,箍筋不穿型钢,我们在型钢梁上设置了竖向加劲板,箍筋与加劲板相焊长度双面焊5d。3)调整柱箍筋形式。经征得设计同意,可以修改梁柱节点钢梁高度范围内箍筋形式,将多肢复合箍筋修改为外围单肢箍筋加八字拉钩的形式,减少箍筋穿孔。4)在梁柱节点区,闭口箍筋采用焊接闭口箍筋。由于整根箍筋无法穿过,施工时尽量采用焊接封闭箍。先开口穿越型钢,然后采用焊接的方法形成闭口箍筋。焊接时按单面焊 10d双面焊 5d长度进行控制。5)对于梁箍筋由于一般不穿越型钢,故其施工方法与一般混凝土施工的梁箍筋类似。但由于梁内有型钢,在施工时,先将箍筋撑开,绕过型钢,再回复箍筋封闭形态。考虑到要将箍筋撑开,因此梁箍筋一般推荐用一级钢筋或二级钢筋,且直径小于14mm为宜。

2.4 调整梁截面

有时在钢构上留设穿筋孔或加劲板不能完全解决钢筋施工问题,则要考虑调整梁截面,使钢筋避开型钢,且绕过型钢。

适当增加混凝土梁截面或变化梁截面。按型钢受力和型钢保护层要求,在型钢与混凝土梁截面边缘有一层混凝土保护层。一般此保护层在 120mm～150mm,梁的钢筋须布设在此范围内。当梁的钢筋较多时,而钢筋穿孔又受到限制时,我们采取适当扩大梁截面处理的方法。可采取局部加宽、加高,形成腋。或者将整个梁加宽、加高。

3 钢筋绑扎施工

钢筋施工时,应严格按照在钢筋翻样时的钢筋编号和顺序进行钢筋的绑扎。对易堵住型钢穿筋孔的钢筋及时采取机械手段使钢筋偏离原有位置,以便钢筋穿越。

一般按如下顺序施工:

在钢结构完成并进行验收后,进入钢筋绑扎工序,一般遵从如下工序:柱纵筋绑扎→绑扎柱箍筋(非梁柱节点区域箍筋)→(完成柱混凝土模板和混凝土)→梁纵筋穿筋施工→柱箍筋(梁柱节点区域)绑扎施工→梁箍筋绑扎→楼板(屋面板)钢筋绑扎→验收浇捣混凝土(说明:完成柱箍筋绑扎后,是否先完成柱混凝土模板和混凝土视情况而定)。

为更有利于钢筋绑扎施工,在施工图审图阶段,应详细审查图纸,对影响钢筋施工的钢筋进行合理调整,可以与设计协商增大梁柱主筋直径,以达到增大钢筋根数,扩大钢筋的空间,从而增大操作空间,有利于钢筋施工。完成绑扎后的柱筋见图 3。