钢管柱混凝土环梁节点在超高层施工中的应用

杨增钰 南文斌 王星亮 李慧伟

(中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430074)



钢管柱混凝土环梁节点在超高层施工中的应用

杨增钰 南文斌 王星亮 李慧伟

(中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430074)

以太原迎泽项目1号楼、2号楼、北区裙房及北区地下车库工程为实际案例，从钢管柱、环梁、圆模板、混凝土浇筑等方面，阐述了环梁节点施工方法和控制要点，并分析了钢管混凝土施工的重难点，为钢管柱混凝土环梁在超高层建筑中的应用提供参考。

钢管混凝土柱，环梁节点，圆模板，超高层建筑

钢管柱混凝土环梁节点构造，用于多道钢筋混凝土梁与钢管柱的连接节点加强，用于增强围护结构，能整体提高建筑结构的抗震性。抗剪环设置在环梁高度范围内，一般通过闭合钢筋环或闭合带钢筋环采用双面焊缝焊接于钢管柱外壁上，增强了环梁节点处钢筋与混凝土的握裹力。钢筋直径d一般在20 mm～30 mm左右。抗剪环与环形牛腿一样，实为钢管柱的环形凸缘。基于与环形牛腿同样的考虑，沿抗剪环需设置闭合的混凝土环梁或与之相当的混凝土托盘，与钢管柱紧密箍抱，楼盖梁的纵筋则锚固于环梁内，借助环梁传递弯矩。

1 工程概况

太原迎泽桥西项目1号楼、2号楼、北区裙房及北区地下车库工程位于太原市迎泽大街以南，新晋祠路以东，滨河西路西侧。总建筑面积271 288.96 m2，其中地上建筑面积228 524.30 m2，地下建筑面积42 764.66 m2，总建筑高度229.05 m。1号、2号塔楼依托于下部的北区裙房，呈中轴线对称布局，自然形成具有时代气息和品质感的超高层综合体，两座塔楼均为超高层建筑。地上53层，北区裙房地上5层，6层及以上为1号、2号塔楼部分，地下为5层的地下空间。钢管混凝土框架——钢筋混凝土核心筒+环带桁架混合结构体系为两座主塔楼的结构形式。

2 钢管混凝土柱环梁节点设计与施工

2.1 钢管混凝土环梁节点形式

钢管混凝土柱环梁节点是一种新型的钢管混凝土柱与钢筋混凝土框架梁连接方式，节点设计的关键是要保证在地震作用等水平低周往复作用下实现“强节点”的延性设计概念。钢管混凝土柱环梁节点是由以下几个部分构成：

1)钢筋混凝土环梁。钢筋混凝土环梁的作用是传递与环梁节点连接的框架梁端弯矩，与普通混凝土梁一样，钢筋混凝土环梁内配置纵向钢筋、腰筋及箍筋；框架梁内的纵向钢筋一般采取末端弯折后在环梁内锚固；混凝土环梁宽400 mm～550 mm，环梁高度为所连接框架梁中最高梁高+50 mm。

2)钢管内侧柔性抗剪件。钢管内侧柔性抗剪件主要作用是在钢管混凝土柱的外侧钢管与内部混凝土之间传递环梁节点承担的竖向荷载。

3)钢管外侧抗剪环。钢管外侧抗剪环的主要作用是传递与环梁节点连接的框架梁端剪力。

环梁节点见图1。

2.2 环梁施工要点

每栋主楼外框架设计有16根外框圆钢管混凝土柱，柱径从地上首节到顶部共发生6次变化，截面由φ1 400×35 mm～φ800×16 mm。由混凝土环梁节点形式可见，混凝土环梁的施工质量好坏是节点能否发挥作用的关键。混凝土环梁的施工质量大致有三个方面：

1)混凝土的浇筑质量。混凝土浇筑振捣密实是保证环梁抗剪及环向钢筋与混凝土共同工作的关键。故在施工中应加强环梁的振捣，同时应减少环梁内环向钢筋接头占用的空间及合理排列梁纵向钢筋在环梁内的弯锚，以便为混凝土的浇筑提供进一步的保障。

2)环形钢筋的连接质量。钢筋混凝土环梁正常工作中，环向钢筋应力较大，故应重视环形钢筋的连接，由于环形钢筋的具体特点，结合现场施工要求，采用搭接长度、绑扎要求及搭接接头面积百分率满足规范要求的验收标准。

3)抗剪环的焊接质量。环梁部位紧贴钢管外表面焊接有2根φ25抗剪环，抗剪环的焊接固定采用预先焊接方式固定，与现场焊接相比不仅降低了施工难度而且更容易保证焊接质量。

3 梁端剪力、弯矩传递

在钢管柱外侧周圈环梁高度范围内，贴焊两道钢筋作为抗剪环，通过抗剪环，环梁将框架梁端剪力传至钢管，环梁围绕钢管，与钢管紧密箍抱，将梁端弯矩传递给框架柱，且环梁承载力符合“强连接、弱构件”的设计概念。

框架梁端弯矩作用于环梁上，使环梁产生扭矩。当框架梁端为负弯矩时，环梁下端挤压钢管混凝土柱，其反作用力将产生对环梁的抵抗扭矩，这将大大降低对环梁的抗扭要求。楼板在平面内对环梁上部有很大的约束作用，减小了扭转产生的环梁与柱之间的相对脱离，由变形与内力关系可知，环梁的扭矩也会进一步减小。框架梁端为正弯矩时，略为不利，因为没有楼板的约束作用。

对环梁传递弯矩的机理更为简明的解释是：将框架梁端负弯矩分解为环梁上部和下部的一对拉力和压力，拉力由环梁上部环筋与楼板共同承担，压力由环梁下部的商品混凝土承担并传递扩散至钢管商品混凝土柱上。这一设想与实际受力情况基本吻合。

4 环梁施工重难点分析

4.1 环梁钢筋加工与绑扎

环梁节点处主梁与环梁纵横交错，梁断面尺寸相应较大，工序繁杂，交叉作业，工序之间造成互相制约。环梁钢筋需穿过框柱钢筋且与环梁相交处框架梁钢筋主筋多，要全部锚入环梁内，但是框柱钢筋间距较小，环梁节点钢筋密集及钢管柱柱身栓钉密集，箍筋间距小，因此环梁钢筋绑扎过程中环筋、框架梁纵筋绑扎的先后顺序和定位是本工程控制的重难点。环梁钢筋多为弧形，钢筋无法在现场实现高效率弧形加工，现场环梁钢筋放样和加工制作难度大。

4.2 环梁模板施工

框架柱的四个角均在环梁的外侧，环梁与柱相交位置模板的支设不易施工；环梁圆形混凝土结构弧度要求较高，模板的加工及模板系统的加固难度大。

4.3 环梁混凝土施工

混凝土的施工自重较为集中，因此对承重架的竖向抵抗力要求较高，环梁部位钢筋密集，混凝土浇筑质量的控制是本工程控制的重点。

5 环梁施工流程

环梁钢筋放样及加工→定位放线→模板支撑架及底模安装→梁底模板安装→环梁钢筋绑扎→框架梁钢筋绑扎→框架梁侧模安装→环梁圆模板安装→混凝土浇筑→混凝土养护。

5.1 环梁钢筋安装

1)环梁加工采用场外数控技术进行环梁圆弧钢筋的加工，采用新型钢筋弯弧机调整曲率半径制作环梁钢筋，较好的控制了环筋的弧度，保证圆弧钢筋的加工速度与质量，同时提高了施工进度。2)环梁钢筋采用搭接连接，搭接接头面积百分率为50%；将环梁截面加大，环梁外径同框架柱对角线的长度；征得设计同意并办理设计变更手续。3)将所有制作好的环形主筋全部套入钢管柱后，再将所有箍筋套入环筋。4)绑扎与环梁相连的框架梁钢筋。

环梁钢筋施工见图2。

5.2 环梁模板安装

根据环梁圆弧尺寸定制圆模板，自带企口，并根据钢管柱尺寸大小在现场预拼装，模拟模板安装，保证圆模板安装质量。圆模板重量轻于一般杨木，强度大、韧性好，一般2个～3个工人即可操作安装，手工批量化安装拆卸；拼缝少，内外环氧树脂覆膜光滑防水且具有透气性；保证了环梁混凝土的成型效果。侧模加固采用40×90木方，后背弧形钢管加固。环梁底模采用15 mm厚多层板放样制作而成。

环梁模板施工见图3。

5.3 环梁混凝土浇筑

钢管混凝土柱内部和地下车库钢管混凝土柱及外围方形柱采用自密实混凝土。环梁节点部位的钢筋密集，混凝土下料困难，浇筑时控制好混凝土下料的速度，混凝土振捣时根据环梁钢筋间隙选择合适的振捣棒，必要时此部分可采用同等强度同等配合比的细石混凝土进行浇筑，此外振捣棒头可改用片式并辅以人工捣固配合。环梁部位必须连续分层浇筑，必须在前层混凝土初凝前将此层混凝土浇筑完毕，浇筑时采用二次振捣工艺。混凝土浇筑过程中，严格跟踪检查模板及其支撑的稳固等情况，发现问题及时加固。混凝土浇筑完成后及时进行养护。

环梁混凝土成型效果见图4。

6 结语

在超高层建筑工程施工过程中，钢管混凝土柱环梁节点由于其理想的受力性能和良好的经济效益，已越来越多的用于超高层建筑。在施工过程中加强质量控制，使其符合工程设计的相关要求。通过环梁钢筋场外加工和环梁定制圆模板，施工方便，加快了施工进度，保证了施工质量，提升了施工效率，为钢管向上安装提供了有利条件。

[1] 李引胜，刘 福，王晓伟，等.钢管混凝土柱大截面环梁节点施工技术[J].施工技术，2015(10):25-27.

[2] 李 颖.钢筋混凝土环梁及梁帽施工技术研究[J].工程科技，2014(3):186-187.

[3] 刘 洋，宋 波，孔 亮.钢管混凝土柱环梁节点及其应用[J].城市建设理论研究(电子版)，2013(36)：78-79.

[4] 杨春宇,张秀荣.钢筋混凝土结构工程施工的质量问题及处理措施[J].黑龙江科技信息，2008(4)：231-233.

Application of concrete filled steel tubular column ring beam joint in super high rise construction

Yang Zengyu Nan Wenbin Wang Xingliang Li Huiwei

(TheSecondConstructionCo.,LtdofChinaConstructionThirdEngineerigBureau,Wuhan430074,China)

In this paper, Taiyuan Yingze No.1 building, No.2, and north Qunfang and underground garage project as a case of ring beam construction methods and control points are described from steel tube column and ring beam, circular template, concrete pouring and other aspects, analyzes the difficulties and key points in the construction of concrete filled steel tube. The construction characteristics of concrete filled steel tubular column and its application in super high rise buildings are introduced in this paper.

concrete filled steel tubular column, ring beam joint, circular template, super high rise building

1009-6825(2016)31-0107-03

2016-08-21

杨增钰(1987- )，男，工程师； 南文斌(1986- )，男，助理工程师； 王星亮(1989- )，男，助理工程师； 李慧伟(1991- )，男，助理工程师

TU974

A