劲性钢结构柱穿筋、接驳器连接问题研究

康 雷

(北京中铁建建筑科技有限公司 北京 100040)

1 工程概况

北京某商业酒店、办公综合楼工程，建筑面积116 377m2，地下3 层(35 177m2)地上29 层(81 200m2)，裙房7层，建筑总高度130 m；-3层为人防物资库，-2层为酒店管理用房，-1层为超市和设备用房，1～4层为商业空间，5～7层为酒店服务空间，8～18层为写字楼，19层为设备转换层兼避难层，20～29层为酒店客房。结构形式为钢筋混凝土框架核心筒结构，基础形式为筏板基础。

2 工程特点分析

2.1 劲性柱分布情况

其中-2层至23层采用劲性钢结构十字柱设计，共计25层，分为13段，长度在4～8 m之间。每层由18根劲性钢结构十字柱组成。钢结构柱部位的混凝土柱截面由-2层的1 500 mm×1 200 mm逐步收缩到23层的1 200 mm×1 000 mm，钢结构十字柱截面尺寸由-2层的950 mm×600 mm逐步收缩到23层的550 mm×550 mm，共变截面3次。

2.2 工程重难点情况

(1)本工程涉及18个劲性钢结构柱，共25层，点位众多，需要设计5 400余个接驳器节点和6 400余个穿筋孔，设计深化点位多。

(2)本工程劲性钢结构十字柱共变截面三次，分别位于9层、12层、15层，且原设计变截面部位位于梁柱核心区部位，劲性钢结构十字柱设有加劲板，且钢柱截面过渡，不便于钢筋工程施工。

(3)与劲性钢结构十字柱交叉或接驳的钢筋直径最小为28 mm，最大为40 mm，且多数为36 mm、40 mm，如有偏差，钢筋调整难度大。

(4)19层由于向东悬挑，7轴部位收缩，8轴南北向框架梁同核心筒斜交，斜交部位穿筋和接驳器可能会有一定的影响。

(5)框架柱钢筋密集且直径大，最多部位有32根直径36 mm钢筋，影响梁钢筋和接驳器钢筋安装。

(6)首层至七层南侧顶板部位设有悬挑梁，框架梁截面高度为750 mm、悬挑梁截面高度为950 mm，悬挑梁下铁钢筋需在柱内部锚固，此部位穿筋孔和接驳需重点设计。

3 可能出现的问题分析

3.1 穿筋孔放大

避免穿筋孔过小导致现场穿筋问题，保证钢筋穿筋留有足够的空隙，穿筋孔设计时规定直径≤28 mm的钢筋开35 mm圆孔，直径>28 mm钢筋开45 mm圆孔[1-2]。

3.2 穿筋孔偏位、钢筋安装偏差

工厂生产精度偏差、现场钢筋安装偏差、工人操作等综合因素会导致累计偏差。

3.3 穿梁钢筋双向交叉

多数梁设计为双排钢筋构造，双向交叉穿梁钢筋在安装中可能存在梁筋标高偏差、钢筋弯折锚固等问题导致可能出现钢筋无法穿过穿筋孔和无法同接驳器对接等问题。

3.4 接驳器漏焊、错装、开孔错误、漏开孔

工厂出厂前可能会有开孔错误、漏开等现象，导致现场二次切割穿筋孔，影响钢柱质量。同时会存在接驳器漏焊、错装现象，导致现场需对接驳器进行附加处理[3]。

3.5 斜交梁部位安装偏差

斜交部位受梁柱相交角度影响，接驳器垂直于翼缘板，会同梁主筋形成一定的夹角，现场施工可能会导致箍筋无法安装。

3.6 变截面位置调整至楼面以上部位

避免变截面部位腹板和翼缘板收缩同梁主筋布设、钢柱穿筋孔开设、接驳器设置等可能带来的影响，将变截面部位调整到上层楼面标高以上部位。

4 实际中出现的问题及解决方案

4.1 开孔过小、主次梁钢筋交叉受影响

本工程主次梁高度均相同，最初设计中以满足次梁上铁和主梁下铁最小保护层25 mm为基础，则主梁钢筋上铁保护层为25 mm+次梁上铁钢筋直径+主梁上铁开孔直径-主梁上铁钢筋直径，次梁下铁保护层为25 mm+主梁下铁开孔直径，有双排钢筋时，主次梁钢筋依次按照相应钢筋开孔规则开孔。在安装中，受钢筋螺纹和开孔冗余因素影响，主次梁钢筋穿插部位安装困难，如图1所示。

图1 最初设计穿筋孔示意

从10层开始，将35mm、45mm圆孔改为70mm×35mm和70mm×45mm椭圆孔，开孔定位时需控制次梁上铁保护层厚度和主梁下铁保护层厚度[4-6]，双排钢筋交叉时，充分预留上下调整的空间，如图2所示。

图2 优化后的穿筋孔示意

4.2 钢柱设计、加工、安装问题

4.2.1 设计深化

钢柱在设计阶段的问题主要存在于孔位、接驳器标高错误；漏设计孔和接驳器；孔位、接驳器型号和大小设计错误；设计深化没有充分考虑钢结构和钢筋在实际工况中可能出现的各类问题，上述问题主要是由于设计人员审图不细、经验不足导致的[7]。在设计阶段核对孔位、接驳器设计标高、大小及型号，结合现场工作定期进行复核和改进。

4.2.2 加工、安装问题

十字柱在进场检查中会存在开孔大小错误、开孔错位、漏开孔等问题，同样接驳器在工厂焊接中也会存在接驳器型号焊接错误、位置错误、缺料漏焊、少焊等问题。

在工厂加工期间加强工序检查和操作人员交底。现场施工中发现上述问题主要采取以下几点解决方案:开孔错误时，采用原位扩孔措施确保开孔满足实际穿筋工况；接驳器焊接错误时，对型号错误的接驳器进行更换或在原接驳器旁边附加新的接驳器。现场施工中要及时对发现的问题进行整改和总结，避免问题重复发生。

4.2.3 扭曲控制

钢柱在焊接过程中受焊缝面积、焊接热输入区、工件预热、焊接方法、焊缝位置、结构刚性、装配和焊接规范等因素影响下会发生一定的变形，现场安装中没有考虑预偏纠正，导致钢柱在连续对接后扭曲现象严重，进而影响到钢筋穿插和接驳器钢筋安装[8-9]。

钢柱变形控制在生产加工阶段做好加工预控，在现场安装阶段做好现场层间焊接控制和扭曲纠偏，采用钢丝绳加倒链的方式，在上层钢柱焊接时，通过倒链的校正确保上下钢柱截面统一。

图3存在钢柱扭曲接驳器无法正常安装的现象，对该部位钢筋做弯折处理；且存在接驳器钢筋和柱主筋互相影响的问题，无法保证箍筋安装，图3中所示，箍筋部位采用附加10号钢筋的处理方式[10]。

图3 钢柱接驳器弯折处理示意

4.2.4 累计误差控制

在第七层(四段钢结构柱安装完)楼板钢筋绑扎完毕后，发现框架梁箍筋部位存在漏筋隐患，如图4所示，通过检查发现部分钢柱累计标高误差范围在±10 mm之间，间接导致楼面钢筋标高产生误差[11-12]。

图4 框架梁箍筋示意

在后续的钢柱安装中，确保钢结构柱焊接精度外，每两层对钢柱标高进行抄测，并在下段钢柱深化中及时对孔位和接驳器标高进行微调，确保穿筋孔和接驳器标高偏差保持在±3 mm范围。

4.3 钢筋问题

4.3.1 钢筋放样

钢筋放样中没有充分考虑钢筋锚固因素，对满足锚固要求的部位仍采用开孔设计，导致现场安装和设计不符，钢柱多开孔如图5所示。

图5 没考虑锚固问题钢柱多开孔

在钢柱变截面后没有考虑梁截面不变的情况下，梁主筋同钢柱的相对关系，图6所示中钢柱变截面后，没有对接驳器和钢筋穿筋孔进行调整，没有对箍筋进行优化，导致箍筋偏大。针对箍筋偏大的情况，对已安装完毕的箍筋进行拆除，采用附加箍筋形式；对未安装的部位及时根据截面情况调整箍筋的大小，确保箍筋满足梁截面安装要求。

图6 框架梁箍筋未做优化

4.3.2 钢筋位移

柱钢筋在施工中位移控制不到位，导致梁筋在安装过程中影响，图7所示中右侧接驳器为钢筋受柱主筋影响，在原接驳器旁边附加接驳器处理。

图7 接驳器附加处理

4.3.3 钢筋锈蚀

受季节性施工影响，钢筋和钢柱接驳器保护不到位，导致钢筋丝扣锈蚀，接驳器内丝锈蚀，影响钢筋安装。在后续安装中，钢筋在安装前必须套保护帽，接驳器在安装前如发生锈蚀现象，需做除锈处理，如图8所示。

图8 钢筋锈蚀影响安装

5 结束语

在本工程施工中，穿筋孔、接驳器合格率由最初的80%逐步提升到了95%以上，减少了二次返工的费用，加快了工程进度。通过对劲性钢结构十字柱施工全过程进行研究，分析实际操作中可能存在的问题，并对实际施工中发生的问题进行纠偏和改进，不断优化，总结了该类工程的施工经验。