型钢混凝土组合结构的钢筋节点设计深化与施工

高 强 鲁红喜 冯 波 吕兆健 黄 成

1. 中建一局集团第五建筑有限公司 北京 100024；2. 义乌世茂中心发展有限公司 义乌 322001

1 工程概况

义乌世贸中心位于义乌市金融商业区，紧邻国际商贸城，基地位于城北路与福田路之间，项目周边有市海关、国际商贸城等重要设施，整体区位突出。本工程地上总建筑面积约52万 m2，包括260 m超高层酒店、150 m高级住宅2栋、150 m公寓式酒店以及大型综合商业与配套设施。超高层酒店核心筒为钢筋混凝土墙、板，核心筒外围为十字形钢组合柱、型钢梁、桁架板组合楼板，屋面为钢筋混凝土结构停机坪。在22层、35层、47层设置3道BRB屈曲约束支撑。裙房部分梁为预应力钢骨组合梁。高级住宅及公寓式酒店1～5层部分为型钢混凝土柱。工程效果如图1所示。

图1 工程效果图

2 涉及穿筋的主要特殊节点形式

本工程中涉及到构造复杂的节点类型较多，涉及到的钢结构构件截面类型主要有L形角钢、H型钢梁、十字形钢柱、H型钢柱。其中需要穿筋的钢结构组合节点类型包括：柱脚节点、H型钢梁与十字形钢柱连接节点、H型钢梁与H型钢柱连接节点、H型主钢梁与H型次钢梁连接节点、H型钢梁与剪力墙连接节点、L形角钢与剪力墙连接节点、BRB屈曲约束支撑与钢柱、钢梁连接节点等[1,2]。

2.1 柱脚节点

柱脚节点包含2种形式：H型钢柱柱脚节点、十字形钢柱柱脚节点。

1）H型钢柱主要用于高档住宅及公寓式酒店1～5层。通过在下层框架柱顶或者转换梁顶设置预埋件，H型钢柱与锚板通过连接板穿高强螺栓连接。其中预埋件锚栓锚入框架柱或转换梁内，当转换梁高无法满足锚栓锚固长度la要求时，将锚栓设计成带弯勾形式。如图2所示。

图2 H型钢柱柱脚与预埋件连接示意

2）十字形钢柱主要用于超高层酒店外围结构。通过在基础筏板顶预埋底座，十字形钢柱与底座用高强螺栓连接。其中钢柱外包钢筋紧靠柱脚外侧按要求锚入筏板中。同时，若有钢筋必须穿过底座的锚板时，应在底座锚板上预先留设满足穿筋要求大小的孔洞，以确保钢筋能按设计要求锚入到底板当中，严禁现场在底座锚板上钻孔。此外，柱脚与底座高强螺栓连接完毕后，柱脚板底处用C60早强、自流淌、无收缩、高强灌浆料进行高压二次灌浆，确保板底平整、密实。

2.2 H型钢梁与十字形钢柱连接节点

H型钢梁与十字形钢柱连接是通过钢柱上预先留设的耳板与H型钢梁的腹板用摩擦型高强螺栓连接，同时H型钢梁的翼缘与钢柱上预留的耳板采用全熔透的坡口对接焊缝连接。此外，H型钢梁与H型钢柱的连接同H型钢梁与十字形钢柱的连接（图3）。

图3 H型钢梁与十字形钢柱连接节点示意

2.3 H型钢梁与剪力墙连接节点

根据图纸要求，在剪力墙侧面埋设截面与H型钢梁截面相对应的埋件（图4）。待剪力墙结构浇筑完混凝土之后，清理干净埋件表面的泥浆，采用全熔透的坡口对接焊缝在埋件上焊接连接板，然后利用摩擦型高强螺栓将H型钢梁与连接板连接（图5）。

图4 剪力墙侧面埋件示意

图5 H型钢梁与剪力墙侧面埋件 连接效果图

2.4 L形角钢与剪力墙连接节点

本工程中的超高层酒店的外围型钢混凝土结构的楼板采用的是现浇混凝土桁架板。由于超高层酒店的内部框架剪力墙核心筒结构和外围型钢混凝土结构分2次施工，外围现浇混凝土桁架板结构需要通过L形角钢作为过渡来与内部核心筒结构连接。当L形角钢与剪力墙连接时，需要在剪力墙侧面埋设截面与L形角钢截面相对应的埋件。待剪力墙结构浇筑完混凝土之后，先清理干净埋件表面的混凝土，之后再采用全熔透的坡口对接焊缝将L形角钢与埋件连接起来，如图6所示。

图6 L形角钢与剪力墙连接示意

2.5 BRB屈曲约束支撑与钢柱、钢梁连接节点

为了提高超高层酒店的整体受力性能以及抗震性能，本工程中采用了BRB屈曲约束支撑结构设计。BRB屈曲约束支撑与钢柱、钢梁的连接也是采用全熔透的坡口对接焊缝连接[3,4]。

3 钢筋穿钢骨的种类

对于型钢混凝土结构而言，钢骨的翼缘、腹板、牛腿等往往会不可避免地阻碍钢筋的穿插。在此种情况下，如果钢筋不贯通势必不能满足设计和规范要求，影响结构受力。因此，必须做好深化设计，确保钢筋与钢骨的合理穿插与顺利施工。

3.1 柱、梁的主筋穿型钢

对于柱的主筋而言，当型钢柱阻碍了钢筋的贯通时，往往会在型钢柱的牛腿或者翼缘板上开与主筋相对应大小的孔以确保钢筋的顺利贯通。而对于梁的主筋而言，阻碍钢筋贯通的往往都是型钢柱的腹板，此时则需要在型钢柱腹板上开与梁主筋相对应大小的孔以确保钢筋的顺利通过。此外，在成型的型钢上开孔往往会对型钢产生一些不利的影响。因此，在型钢上开孔需要预先与钢构件加工厂沟通好，保证型钢在加工的过程中预先留好孔洞（图7）。

图7 柱、梁主筋穿型钢

3.2 柱、梁箍筋及拉筋穿型钢

对于柱、梁箍筋及拉筋而言，阻碍钢筋穿插的一般有：型钢柱的牛腿及翼缘、型钢梁的腹板、型钢柱腹板等。当柱、梁箍筋及拉筋必须穿过型钢时，需要在型钢的部位按照设计开与箍筋的直径、间距以及数量相对应的孔[5,6]。

3.3 其他需要在型钢上开孔

在实际施工过程中需要在型钢上开孔穿插的除了柱梁的主筋、箍筋、腰筋、拉结筋以及构造筋外，还有一些其他需要开孔贯通的，如支模时需要用的对拉螺栓孔、机电等相关专业预留埋件所需的孔眼以及型钢柱与底座连接时需要预留的高强螺栓孔等等。型钢在加工的过程中要认真进行深化设计，避免现场在型钢上开孔。

4 节点处钢筋穿插原则

4.1 钢骨梁、混凝土梁纵筋遇型钢柱做法

由于钢骨梁与型钢柱连接时钢骨梁钢筋的穿插较为复杂，因此将连接形式分为5种类型。

1）梁上铁或者下铁钢筋多于2排时，第1排纵筋中间3根通过套筒与钢骨柱翼缘连接，第1排其余纵筋腹板穿孔锚固（连续梁则连续布置）；第2排纵筋在腹板中穿孔锚固（连续梁则连续布置）；第3排钢筋遇腹板处钢筋端部上弯或者下弯，满足锚固要求（锚固水平段和总长均需满足规范要求）。

2）梁上铁或者下铁钢筋为1排或2排时，第1排纵筋中40%～50%与钢骨横隔板焊接（图8），焊接长度需满足钢筋连接长度要求（单面焊为10d，双面焊为5d，其中d为钢筋直径）；其余纵筋遇腹板处钢筋端部上弯或下弯，满足锚固要求。

图8 第1排纵筋中40%～50%与钢骨横隔板焊接

3）梁上铁或者下铁钢筋为1排或2排时，第1排纵筋中间3根或者2根通过套筒与钢骨柱翼缘连接，其余纵筋遇腹板处钢筋端部上弯或者下弯，满足锚固要求。

4）梁上铁或者下铁钢筋为1排且较少时，纵筋遇翼缘或腹板处钢筋端部上弯或者下弯，满足锚固要求。

5）当角部斜梁与型钢柱连接时，根据梁宽及钢筋排布情况，可将梁端适当加宽形成水平加腋形式。梁上铁或下铁的中部纵筋遇翼缘或腹板处钢筋端部上弯或下弯，满足锚固要求。梁上铁或下铁的两侧纵筋则按照1∶6的角度锚入型钢柱中，其中梁水平腋的宽度根据纵筋弯锚的角度来调整（图9）。

4.2 柱、梁箍筋及构造筋遇钢骨做法

柱、梁箍筋遇到钢骨梁时，需要根据不同情况来决定相应的做法。本工程中对于柱、梁箍筋遇到钢骨梁时，主

图9 角部斜梁与型钢柱连接

要采取了以下几种做法：

1）对配筋较多的钢骨柱箍筋进行了一些调整从而避免了在钢骨柱上开孔，同时也方便了现场施工。其中主要的调整为：将部分原本封闭的内箍变为元宝箍筋，同时在钢骨柱内增加构造筋，将部分原来的大内箍调整为多个小的内箍（图10），增加的构造筋为φ14 mm三级螺纹钢筋，采用搭接连接，搭接长度按规范的规定。

图10 调整后的钢骨柱及箍筋示意

2）对配筋较为简单的型钢混凝土柱的箍筋做法也进行了一些调整。现场实际施工过程中发现，在混凝土柱中存在钢骨的情况下，一个完整的内箍是无法穿过钢骨的，因此，必须得将完整的内箍分解成2个部分来进行施工，即将完整的内箍分解为2 个U形箍（图11），其中U形箍相互搭接部分的搭接长度要满足规范要求，若搭接长度达不到规范要求，则要进行焊接，焊接时须满足单面焊10d（d为箍筋直径）的要求。

图11 钢骨柱内箍调整做法示意

3）柱外围箍筋遇梁钢骨或柱牛腿时均穿孔通过，箍筋采用U形箍搭接或焊接（图12）。

4）对于钢骨梁而言，梁的拉筋往往要穿过钢骨梁。本工程钢骨梁的拉筋为φ8 mm圆钢。为了顺利将拉筋穿过钢骨，拉筋在加工时，将一端按要求加工成135°，另外一端则不进行弯折，待现场将拉筋穿过钢骨之后，再人工将未弯折端按要求弯成135°。

图12 柱箍筋穿钢骨

5）梁的腰筋遇钢骨时，若能从钢骨外侧通过，则直接通过；若不能通过，则根据腰筋类型分2种做法：腰筋为构造筋时，直接伸至钢骨柱腹板处弯锚（若直锚长度满足要求则不需要弯锚）；腰筋为抗扭筋时，按照梁纵筋的做法穿过钢骨柱（若直锚长度满足要求则不需要弯锚）。

4.3 剪力墙遇型钢柱做法

1）剪力墙连梁纵筋遇钢骨柱时，做法同钢骨梁、混凝土梁遇钢柱做法。

2）剪力墙水平筋遇钢骨柱时，与十字钢骨柱腹板相交可采用穿孔通过，其余情况均采用绕开通过；与矩形钢骨柱相交，能直接通过时直接通过，其余均穿过钢骨柱；当剪力墙为3排筋时，中间一排顶住钢骨柱后弯锚。

4.4 剪力墙暗柱遇钢骨做法

当剪力墙暗柱遇钢骨时，纵筋从钢骨侧边通过，箍筋伸入钢骨柱内长度必须满足规范要求的长度，箍筋遇翼缘的焊接长度应满足双面焊5d（d为箍筋直径）的要求，如图13所示。

图13 剪力墙暗柱箍筋遇钢骨柱做法示意

5 型钢开孔原则

型钢混凝土结构是型钢和混凝土共同受力的构件，在型钢上开孔必然会对型钢造成一定的损伤，对型钢受力造成一些不利的影响。综合以上考虑，施工之前，设计人员、土建分包以及钢结构分包必须要相互沟通，相互交底，确定好开孔的位置、间距以及大小。因此型钢在加工制作时就应当预先留好钢筋穿插需要的孔眼，严禁现场施工过程中在型钢上开孔。现场必须要开孔时，需经设计人员的同意[7,8]。

5.1 留孔尺寸

在型钢上开孔既要保证方便现场钢筋穿插，同时要兼顾减少型钢有效截面的损失。根据相关规范规定，型钢上开孔的直径一般要比钢筋直径大5～8 mm。为了便于现场施工，经与设计人员沟通，将开孔的大小统一设定为比钢筋直径大8 mm。

5.2 开孔位置

1）梁纵筋开孔位置的确定。根据规范要求，钢筋开孔中心点距梁顶的高度为“保护层厚度+箍筋直径+1/2梁纵筋直径”。梁纵筋为多排时，上下排孔的间距按照一个钢筋的直径，同时为了便于施工，取25 mm。当有垂直相交的双向梁需要穿过同一型钢柱时，按照截面大的梁钢筋在下的原则开孔。

2）箍筋及拉筋开孔位置的确定。箍筋开孔时要注意加密区和非加密区间距的不同、抗震等级不同对加密区长度的影响以及层高和跨度的不同。为方便钢骨的加工，经与设计商量，开孔时孔的间距统一按照加密区的间距，在现场施工的过程中，加密区按照加密区间距穿筋，非加密区按照非加密区间距穿筋。

6 结语

本工程在深化设计的过程中，深化设计人员及时与各分包的管理人员进行沟通，确保了深化设计的方案满足现场施工的要求，避免了一些不必要的损失，同时也积累了弥足珍贵的施工经验，可供相关工程参考。