型钢-混凝土组合梁柱节点施工技术

刘东海 张 衡 聂博仪

1. 绿城乐居建设管理集团有限公司 浙江 杭州 310007；

2. 中建科技集团有限公司华东分公司 上海 201109

钢-混组合结构体系凭借承载力高、刚度大、跨越能力强、截面尺寸小、自重轻、利于抗震、综合效益好等优势[1]，在实际工程应用中愈加频繁。钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构具有施工速度快、材料利用率高、成本低、耗能强等特点[2]，相较于劲性型钢混凝土、钢管混凝土结构体系，具有优良的性价比。型钢-混凝土组合梁柱节点内部构造复杂，加工制作难度大，现场施工要求高。本文以实际项目为例，详细介绍梁柱节点钢套筒的深化加工、吊装、连接等施工技术，为类似工程提供经验参考。

1 结构体系简介

南京一中江北校区（高中部）建设工程项目为装配式框架结构工程，是全国首个全部采用装配式建筑的校园，也是江苏省首个住建部绿色校园示范工程项目。其中，9#体育馆采用钢筋混凝土柱-钢梁组合结构＋不出筋叠合板（局部钢筋桁架楼承板）新型楼盖体系。

该建筑地上2层（局部夹层），地下1层（局部夹层），建筑最高点为23.90 m，地下建筑大面标高为－11.05 m，单层建筑面积约3 700 m2；结构类型为钢筋混凝土柱-钢梁组合结构，最大跨度为33.6 m，屋面为轻钢桁架结构。其梁柱节点采用新型钢筋混凝土柱-钢梁组合钢套筒节点，并在项目中得到成功应用。

2 工程重难点

本项目采用钢筋混凝土柱-钢梁组合结构中的梁贯通型节点构造，且暂无类似施工案例经验可供参考，建造施工难度大[3]。因此，对梁柱节点的深化加工、现场吊装、固定及技术质量管控等环节，需全面考虑，统筹安排。

1）梁柱节点构造复杂，焊接制作难度大。节点区外包型钢形成的钢套筒内部空间狭小，三横两纵式多道水平隔板将内部空间分隔为众多小空间（图1），一级全熔透焊缝焊接质量要求高，筒壁内侧均布150 mm×150 mm抗剪栓钉，常规焊接工艺已无法满足钢套筒制作要求。

图1 钢套筒立剖面

2）梁柱节点区贯通纵筋定位、穿筋困难。梁柱节点钢套筒筒壁长4.95 m，柱截面为1.5 m×1.0 m，柱内分布纵筋4φ32 mm＋28φ28 mm，钢筋采用直螺纹套筒连接（图2），柱内纵筋均需整体一次性穿过3道水平隔板上的预留穿筋孔。钢套筒的吊装直接影响后续钢梁吊装与楼板施工。受梁柱节点钢套筒构造和施工工艺影响，纵筋穿过水平隔板过程中无法人为调节，同时纵筋受周边环境和自身重力等影响易倾斜和晃动，钢筋穿过核心区横隔板的难度大。因此，钢套筒下口柱端钢筋需预留5～6 m的自由端，且钢筋连接点需避开水平隔板区域。

图2 钢套筒横剖面

3）型钢大梁吊装难度大。型钢大梁跨度31.95 m，高1.35 m，重23.36 t，采取“分段加工，跨外拼装，整体吊装”的施工工艺。梁柱节点钢套筒和型钢大梁吊装过程中的误差消除是确保钢结构安装质量的基础；钢梁吊装中有效的临时支撑、连接固定方式是顺利吊装的保障。

4）钢套筒内部混凝土的密实度、均匀性将直接影响主体结构的安全性。钢套筒内部的纵横向多道隔板，将内部空间分割为16个区域，浇筑的混凝土通过中央浇筑孔及四角的透气孔逐层填充、密实，因此良好的混凝土骨料粒径、级配和流动性是确保梁柱核心区新浇混凝土密实的重要保障。

3 节点构造、深化加工

3.1 节点构造要求

1）牛腿腹板均需插入套筒内，与套筒单面坡口熔透焊接。一侧相对的牛腿腹板宜贯通，另一侧牛腿腹板通过端部T板锚固于套筒内。腹板上下，一侧与隔板坡口熔透焊接，另一侧在隔板上开槽穿过并采用单面开坡口焊接。

2）钢套筒内隔板均贯通，且需与牛腿上下翼缘平齐，避免牛腿翼缘直接撕扯钢套筒壁（图3）。套筒壁板与隔板为T形单面坡口焊缝。

图3 钢套筒实体

3）水平隔板上浇筑孔、透气孔的孔径大小及定位需在确保结构受力安全的条件下，充分考虑现场施工，避免无法浇筑混凝土或混凝土成形后分块。

3.2 深化加工要求

1）深化设计时根据设计图对钢结构的构造、节点构造进行完善。分析焊接应力及结构变形，提出结构预变形的处理措施；注明构件编号、定位尺寸、质量等信息；要有能反映出工程整体三维关系、主要控制坐标等的宏观信息，以利于安装时测量控制。

2）加工制作时，在下料制孔、装配控制、构件矫正、成品检测等环节进行全过程跟踪检查控制。

3）焊缝交叉重合易造成应力集中，影响焊接质量及结构安全，因此在深化设计时应注意每条焊缝的位置、施焊空间，并在构造上予以处理，尽量避免焊缝交叉重合。

4 施工工艺流程

4.1 钢结构安装前置准备工作

4.1.1 纵筋放样及绑扎

梁柱节点钢套筒壁高4.95 m，柱内纵筋为28φ32 mm＋4φ36 mm，根据工艺要求，柱内纵筋均需整体一次性穿过水平隔板上的预开穿筋孔。纵筋采用直螺纹套筒连接技术，横隔板上预开穿筋孔孔径不宜过大，且受套筒内壁栓钉影响，柱身钢筋下料、绑扎过程中需做到如下几点：

1）柱内纵筋放样、加工时，钢筋连接接头处避开筒身高度范围，避免吊装时因直螺纹套筒导致纵筋局部凸起，无法穿越内部水平隔板。

2）柱身纵筋绑扎采用“框架柱梯子筋”等措施，确保柱内纵筋间距合理、受控；同时，柱身箍筋绑扎过程中实时检查、纠偏，避免柱内钢筋整体扭转变形，影响梁柱节点钢套筒安装、柱身封模。

4.1.2 临时固定预埋件安装

梁柱节点钢套筒的水平定位、垂直度直接影响后期钢套筒与型钢大梁的拼接；建筑结构各层层高近8 m，柱身高度大，采取“套筒下部混凝土先行浇筑，钢套筒后期吊装”的施工工艺。因此，钢套筒下部混凝土浇筑前需采取如下措施：

1）该区段柱身箍筋绑扎完成80%时，柱顶部放置纵筋定位钢板，确保纵筋间距并及时纠偏；柱身封模时，校核纵筋整体定位，确保与横隔板预留孔在同一轴线。

2）钢套筒均为偏心构件，单个质量约7.8 t，通过在柱模顶部设置钢套筒固定预埋件，可起到标高、垂直度、水平定位纠偏和临时固定作用。

4.2 梁柱节点钢套筒安装

梁柱节点钢套筒吊装施工时采用辅助定位工装，柱端预留纵筋通过钢套管引导穿过套筒内水平隔板，完成吊装固定，顺利解决新型组合楼盖体系施工中的重难点。

4.2.1 吊装工艺流程

1）下层钢筋混凝土柱达到指定强度后，将组合好的引导工装和钢套筒进行整体吊装。吊装过程中，钢套筒缓缓下落，由现场施工人员调整钢套筒的位置，精准就位。

2）当引导管接触下层柱端纵筋时，施工人员将下层柱纵筋调整伸入引导管中，然后继续缓缓下落，依次将不同长度纵筋全部穿入引导管。钢筋通过镀锌管的引导即可顺利穿过多道隔板，此过程避免了钢筋在套筒中的偏移晃动以及与钢套筒中栓钉的碰撞，施工效率大大提高。

3）钢筋全部伸入引导管后，钢套筒继续下落，直至到达指定标高。施工人员应复核钢套筒标高与定位。

4.2.2 吊装控制要点

1）焊接成形的梁柱节点钢套筒首件需提前7 d运输至现场，经验收合格后卸入堆场。吊装前的验收内容包括：进场合格证、构件尺寸型号、焊接成形质量（扭曲、平整度）和外部涂装，并着重检查一级全熔透焊缝的质量。

2）钢套筒吊装前，重点对预留纵筋的间距、水平定位、预埋板标高进行复核，确保钢套筒顺利吊装。

3）柱端预留钢筋长度不一致时，钢套筒下降过程中由人工将纵筋调整伸入引导管中，然后继续缓缓下落，依次将所有柱端纵筋对齐伸入引导管中。

4）钢套筒吊装就位，并通过预埋件及套筒侧边耳板对钢套筒的定位、垂直度进行校核无误后，四周与柱端预埋件采用临时焊接固定，方便大跨度型钢梁吊装就位后的微调就位、安装。

4.3 型钢主梁吊装

本工程各楼层型钢梁均为焊接H型钢实腹式大梁，拼接处腹板采用高强螺栓连接，上下翼缘采用焊接，焊缝为一级全熔透焊缝。现场采用“整榀分段，胎架支撑，汽车吊吊装”的方式进行拼接安装。吊装前采用胎架作为临时支撑，钢梁通过QAY260A型汽车吊吊装就位后，两端同时通过高强螺栓连接副与钢套筒连接紧固。

钢梁吊装操作步骤如下：

1）吊装前，复核吊装场地地基承载力，并进行预处理，满足现场吊装安全要求；型钢大梁的拼装场地设置在起重构件的有效吊装半径内。

2）型钢梁吊装前，必须对桁架的编号、外形尺寸、方位等进行全面复核，确认符合设计图纸要求。

3）根据钢梁特点，在钢梁端部用固定麻绳作为调整方向的牵制溜绳。吊装准备工作就绪后，先进行试吊，检查索具牢固性和吊车的稳定性，确定安全后将钢梁慢慢吊起、转向就位；当钢梁距离支承面40～100 mm高度时，调整钢梁与支承面两基准线一致，指挥吊车下降就位，并进行连接紧固。

4）钢梁就位后若与钢套筒牛腿连接孔间存在误差，使紧固螺栓无法正常安装，可在吊装状态下将钢梁临时搁置在胎架上（图4），同时立即检查尺寸偏差情况，确认无误后利用塔吊液压装置对钢套筒微调、固定，以满足现场安装要求。

图4 型钢梁与钢套筒连接

4.4 节点区混凝土浇筑

型钢大梁吊装、连接紧固完成且复核无误后，需尽快浇筑钢套筒内部混凝土，为后续楼板施工提供有效支撑。梁柱节点内纵横分隔穿筋孔等构造极大地影响梁柱节点内部混凝土密实程度，影响结构安全。浇筑混凝土过程中需从混凝土原材、浇筑方式等方面进行管控，具体如下：

1）钢套筒内部栓钉、空隙、孔洞、腔体较多，良好的混凝土级配是确保浇筑成形后结构密实的基础。浇筑前由技术人员与混凝土搅拌站及时沟通，明确混凝土粗骨料最大粒径、流动性，配制最适合现场施工的优质混凝土。

2）钢套筒筒壁高5 m，采取常规浇筑方式，混凝土易离析，导致混凝土不密实。针对该施工质量隐患，混凝土浇筑前及时用水流湿润钢套筒内部，高温天气可避开高温时段浇筑；浇筑过程中采用混凝土溜槽与浇捣管配合浇筑方式，浇筑时确保浇捣管端部距浇筑面不超过300 mm。

3）钢套筒内部环境相对密闭，混凝土内部产生的水化热不易散失，易导致结构内部产生较多裂缝。为解决该隐患，混凝土运送至现场后，第一时间测试混凝土内部温度，必要时可采取罐车外部流水降温，将浇筑温度控制在30 ℃以内；混凝土浇筑完成7 d内，定时测量筒壁温度，并采取降温措施。

5 结语

本项目采用钢筋混凝土柱-钢梁组合楼盖结构体系，现场实施前开展技术攻关，通过吊装前的基础保障措施、全过程的质量控制及吊装工装的研发，顺利实现了新型梁贯通型梁柱结构节点构造的应用，为钢筋混凝土柱-钢梁组合框架的应用积累了经验。同时，也为该结构体系的设计和装配式建筑产业的进一步发展与应用提供了经验参考。