劲性混凝土节点优化施工技术研究

吴 云

无锡市五洲建设工程监理有限责任公司 江苏 无锡 214000

随着建筑行业的快速发展，混凝土结构的施工，不断应用于高层、超高层建筑中。同时，与其相关的理论研究也在不断深入，劲性混凝土施工技术在日益完善。劲性混凝土在施工过程中，能够支撑整个建筑的框架，实现钢架剪力墙、核心筒等形式的混凝土钢结构。在劲性混凝土建筑中，纵向钢筋、型钢组成了稳定的结构，与传统混凝土相比，具有更强的强度性能，同时构件的截面尺寸更小，能够提升建筑总体的抗震性。劲性混凝土结构，用型钢代替了传统的钢筋骨架，因此内部结构更为复杂。正因如此，劲性混凝土结构中的节点结构，需要进一步完成优化设计，从而避免异形结构过多、转换结构过多、节点构造复杂，造成的建筑稳定性下降。

一、劲性混凝土施工方法的特点

劲性混凝土建筑采用的主要结构形式，一般为钢筋混凝土框架、剪力墙及核心筒结构。这些结构形式，包含了劲性钢骨以及型钢、混凝土梁内劲性钢骨、劲性柱内钢骨、钢梁、钢支撑、地下夹层转换桁架、平面钢桁架等。此外，建筑外框包含柱内劲性钢骨型钢、混凝土梁内劲性钢骨、钢框架梁、钢次梁、核心筒内劲性钢柱及钢梁。钢材料的应用，提升了整个建筑的可塑性、稳定性，同时能够发挥巨大的高强度性能，提升劲性混凝土结构的施工质量。劲性钢结构骨架，可以在整个施工过程中，作为建筑的支架及主承载结构，减少了设置支架等施工环节，节约了施工成本，节省了施工时间。整个建筑的结构截面积相对较小，钢筋及钢柱的布置较密，这种结构能够实现型钢混凝土的有效组合，提升建筑物整体抗震性能。但与此同时，型钢对于传统钢筋骨架的替代，造成了内部结构的复杂性。实际施工时，钢梁柱在节点处，需要完成穿进施工，钢柱与钢筋之间，会出现一部分交叉作业，这就使节点的衔接易出现多种问题。对钢筋的排布需要进行优化、钢筋与钢骨的连接，需要采取多种方式进行优化。针对箍筋、钢筋腹板穿进孔的设置，同样需要提升质量控制。由此可见，劲性混凝土施工方法具有成本低、工期短、可塑性好、强度高、稳定性好等特点，但同时具有结构复杂、节点控制难度大等特性。

二、对劲性混凝土节点优化的重要性和必要性

节点控制是劲性混凝土施工技术发展主要的制约因素。尽管劲性混凝土施工具有多重优点，但在建造和施工时，由于节点控制问题，造成的难度差异非常大。因此，只有将劲性混凝土节点施工的问题予以解决，才能够充分的发挥劲性混凝土施工技术的优势。对劲性混凝土节点优化，能够考虑各个节点的施工状态、对最差稳定条件予以考虑，并对可能出现的各类问题进行优化。同时，节点优化能够确保施工过程的紧密联系，确保建筑整体结构的有效分析，提升建设稳定性。节点优化，就是劲性混凝土建筑施工过程中的有效控制，能够提高施工质量、确保施工安全。同时，通过节点技术的优化，能够进一步满足建筑结构状态的需要，达到劲性混凝土建筑施工安全与质量的目标。

三、劲性混凝土节点优化设计原则

节点优化施工技术涉及到多个施工细节，因此需要注意其中的基本设计原则。（1）钢柱遇到梁纵筋时，要利用搭接板，将钢骨与纵筋焊接在一起。（2）当钢梁翼缘遇到柱纵筋时，钢梁翼缘需要利用套筒焊接，再将套筒与纵筋连接在一起。（3）钢梁腹板遇到混凝土次梁纵筋时，需要进行腹板开孔，促使次梁纵筋能够在钢梁腹板上穿过。（4）钢梁腹板遇到梁拉筋时，同样需要在腹板上开孔，且开孔孔间距为非加密区箍筋间距的两倍。当开孔超过一排时，上下孔位要错开。（5）钢梁腹板遇到刀片柱箍筋时，可选择开孔，使柱箍筋穿过，也可在钢梁内加劲板与箍筋焊接。（6）柱纵筋遇到梁筋搭筋板时，可选择在搭筋板上开槽，让柱纵筋穿过。（7）梁柱钢筋保护层的设计要考虑箍筋直径，一般来说，保护层厚度要比箍筋直径大20毫米。（8）梁柱节点区排筋时，要遵循重要性原则。最重要的是悬挑梁的有效截面尺寸，其次是劲性框架梁有效截面尺寸、混凝土框架梁有效截面尺寸。更为重要的尺寸，要优先考虑、优先安排。（9）当钢筋遇到圆形钢管柱时，可选择绕过钢骨，如无法绕过，需将梁筋上筋上排和下筋下排，用搭筋板与钢骨焊接在一起。（10）型钢柱遇到无梁楼板时，可利用连接板将钢柱与钢筋焊接在一起。

四、劲性混凝土施工存在的技术问题及节点优化施工技术

1.钢柱焊接收缩变形

劲性混凝土施工涉及到混凝土与钢材两种材料。两种材料之间存在较大的弹性模量差异。随着建筑结构的升高，两者之间会出现压缩变形。建筑结构不断变化，混凝土与钢柱结构之间的变形量，就在不断增大。同时，混凝土材料自身存在着干缩变形、钢柱存在着焊接变形，这更加剧了两者之间产生的变形问题，会影响建筑结构的安全及建筑的使用功能。因此，劲性混凝土钢柱焊接收缩变形问题，是最为主要的节点问题，需要采用BIM技术，模拟施工过程，对钢柱压缩焊接收缩的变形值，进行深化考虑。计算需要协调的压缩及焊接收缩变形值，在施工过程中，进一步对变形值进行校核，通过计算结果及偏差校核，确定变形协调措施，对施工的钢柱进行变形量的调整。模拟计算内容，包含焊接变形值以及需要协调的压缩量，重点考虑在劲性混凝土结构焊接过程中，涉及的设计变形值。此外，要对复杂节点进行ANSYS制作模拟。通过软件模拟，对节点的制作结果进行分析、调整。调整需要参考，建筑钢结构技术规程，对钢结构施工涉及的钢柱及钢梁焊接收缩进行预防。注意焊接变形涉及的大位移、应力钢化以及大应变。针对单位选择、单位形状、网格密度、荷载以及边界条件，引入临界公式，进行变形计算，最终获得变形量的分析判断结果，据此完成预调整过程。

2.型钢柱与钢筋之间的处理

针对型钢柱与钢筋之间的复杂结构，需要完成深化设计，一方面要满足现场施工的实际需要，另一方面要逐一的对钢筋与型钢柱的连接点进行检查，并完成钢结构与钢筋排布位置的现场放样。只有对节点复杂位置1:1的放样，才能够完善节点的检查与审核，针对可能出现的节点问题，进行细化的分析与处理。

2.1 箍筋形式的改变

以柱结构为例，每一个柱子，都需要设置箍筋，箍筋穿过腹板，稳定整个柱结构。这就涉及到两个问题：一是，箍筋穿过腹板时需要断开，一分为二；二是每根柱子累积的焊接箍筋量，是十分巨大的。这种箍筋形式。既不利于结构的稳定性，又导致工程量的增加。由此，在确保结构安全的前提下，可将原有的箍筋形式进行改变。将非节点区域的闭合箍筋，调整为两根单支箍筋，单支箍筋穿过腹板后，再进行焊接，能够在保证施工质量的同时，降低施工难度，减少焊接工程量。

2.2 钢筋接驳器与搭筋牛腿配合使用

劲性混凝土建筑结构在柱底部剪力较大，因此，梁柱节点处的钢筋非常密集。密集的钢筋，导致穿孔的结构空间非常有限，梁柱均无法直接采用穿孔的形式，从钢柱的腹板穿过。由此接驳器被广泛使用。通过直螺纹套筒与钢柱翼缘板的焊接，接驳器能够有效的，满足箱型柱、十字柱与梁主筋的连接需要。同时，接驳器的稳定性更高，能够满足拉拔实验要求。配合使用搭筋牛腿在钢梁与钢柱连接处，可采用三层的连接方式。钢梁与钢柱设置为三层，上两层采用接驳器连接，第三层采用搭筋牛腿与搭接板连接。这种连接方式能够进一步提升节点的稳定性，有效解决，梁柱节点区域内钢筋交叉密集的问题。

2.3 统一开孔直径

针对型钢腹板开孔，要严格按照设计要求，设置两种规格的统一开孔直径。依照梁筋直径，对开孔直径进行设置。当梁筋直径超过32毫米时，设置型钢腹板开孔直径45毫米；当梁筋直径小于32毫米时，设置型钢腹板开孔直径为35毫米。开孔直径的统一，有助于减少差错，避免钢筋种类繁多，造成施工差异、影响施工效率。

3.型钢柱混凝土浇筑问题

型钢柱浇筑的过程中，要在第一节浇筑与制作平面接触时，留50毫米左右的间隙。在钢柱脚底钢板处开4个小洞，将无收缩灌浆料从间隙的一层，逐步灌入间隙的侧面，采用模板进行格挡。注意浇注的连贯性。混凝土浇筑后，要采用塑料薄膜进行覆盖，对混凝土灌浆进行养护。针对外框柱及核心筒中的钢结构，可采用自密实混凝土浇筑，既保证混凝土的质量，又避免普通混凝土浇筑难度较大的问题。针对剪力墙钢梁及暗柱之间的钢结构，混凝土振捣棒无法正常振捣浇筑，可采用弯锚入墙措施，促使振捣棒进入，完成振捣。此外，可增大加劲板上的开孔直径，以便振捣棒能够进入到箱型柱内，完成振捣，提高混凝土密实度。

结语：劲性混凝土施工技术具有成本低、工期短、可塑性好、稳定性好、强度高等特性，但施工结构复杂、节点控制难度大。因此，完善劲性混凝土节点优化施工技术，至关重要。通过劲性混凝土节点优化，能够实现施工有效控制，确保施工安全，提升施工质量。劲性混凝土节点优化，要考虑钢柱焊接收缩变形型、钢柱与钢筋之间的处理，同时注意型钢柱混凝土浇筑问题，把握节点优化设计原则。通过计算机模拟、箍筋形式改变、钢筋接驳器与搭筋牛腿配合使用、统一开孔直径、混凝土浇筑优化等措施，能够进一步提升劲性混凝土梁柱节点施工质量。