型钢混凝土梁柱节点钢筋施工质量控制

2024-01-31朱甲学李文元李昕彦陈硕

工程建设与设计 2024年1期

朱甲学，李文元，李昕彦，陈硕

（中电建建筑集团有限公司，北京 100120）

1 引言

型钢混凝土组合结构构件由混凝土、型钢、纵向钢筋和箍筋组成，基本构件为梁和柱。型钢混凝土组合结构分为全部结构构件采用劲性混凝土的结构和部分结构构件采用劲性混凝土的结构。劲性混凝土具有强度高、构件截面尺寸小、混凝土握裹力强、节约混凝土、增加使用空间、降低工程造价、提高工程质量等优点[1]。

国内在此领域已经有丰富的案例和成功经验，并发布了GB 50901—2013《钢-混凝土组合结构施工规范》。规范第7.2.1条规定了梁与柱节点处钢筋的锚固长度应满足设计要求[2]，不能满足设计要求时，应采用绕开法、穿孔法、连接件法处理[3]。但受结构体型、型钢类型、加工安装条件及工艺等限制，型钢梁柱节点结构复杂，单根型钢立柱与多根型钢梁连接，节点处钢筋排布困难，安装难度大。同时，因施工水平参差不齐，梁柱节点部位的施工仍存在排布、连接、位置关系等不符合要求的质量问题。

2 工程概况

中电建科技创新产业园项目位于北京市海淀区，由地上商业写字楼、人防及非人防地下组成，总建筑面积20.92 万m2，其中，地上建筑面积12.94 万m2；地下建筑面积7.98 万m2，建筑高度60 m。地下4 层为框架-剪力墙结构，楼盖为钢筋混凝土梁板结构；地上15 层为钢框架-屈曲约束支撑结构体系，楼盖采用钢筋桁架楼承板，玻璃幕墙外墙。地下主要为设备用房、办公配套用房、车库等。

A#、C#及E#楼主楼等部位（地下室4 个大角）钢结构自地下2 层开始锚固，其他部位自地下1 层锚固。型钢混凝土结构有H 形钢梁组合结构、H 形及箱形柱组合结构。梁柱节点部位的钢筋连接方式主要有套筒连接、连接件连接、穿孔贯通等方式。

3 梁柱节点施工工艺流程

型钢梁柱主要为大跨度或转换结构，为满足混凝土高大模板支撑稳定性要求，工艺流程为：柱脚预埋→型钢柱施工→型钢梁及屋面板施工。

型钢梁采用的工艺流程为：型钢梁加工制作→型钢梁安装→钢筋绑扎→模板支设→混凝土浇筑→混凝土养护。

普通截面型钢混凝土柱采用的工艺流程为：钢柱加工制作→钢柱安装→柱钢筋绑扎→柱模板支设→柱混凝土浇筑→混凝土养护。

箱形或圆形截面型钢混凝土柱采用的工艺流程为：钢柱加工制作→钢柱安装→内灌混凝土浇筑→柱外侧钢筋绑扎→柱模板支设→柱混凝土浇筑→混凝土养护。

本工程采用盘扣式模板支撑体系，在支撑架上设置木跳板及防护网，作为梁柱节点的施工操作平台。

4 梁柱节点钢筋施工质量控制

4.1 节点钢筋深化设计控制

梁柱节点钢筋按设计图纸要求可采取弯锚、与搭板焊接、套筒连接等方式处理。混凝土梁和型钢柱连接深化原则：

1）梁第一排纵筋遇到型钢翼缘时采用钢筋焊接板或套筒的形式连接；

2）梁纵筋不得随意弯折；

3）梁钢筋焊接于焊接板上时，不得采取仰焊；

4）因深化需要调整梁纵筋的排布时，需经原设计方认可方可调整；

5）梁纵筋在腹板上穿时，开孔面积超过腹板面积25%时，要补强；

6）梁纵筋弯锚时，需满足规范上平直段不小于0.4Lae（Lae为受拉钢筋抗震锚固长度）的要求；

7）梁钢筋排布时要注意两个方向上铁相互间的上下关系；注意梁、柱纵筋直径不同时，钢筋的保护层厚度不一样。

按上述深化原则，在满足设计与规范要求的同时，项目技术人员、生产管理人员、钢结构深化人员共同制定了型钢部位钢筋排布控制要点：

1）主次梁排布要求主梁在下，钢筋东西向放在下，南北向在上方；

2）优先采取穿孔措施贯通，型钢开孔面积不超过20%；

3）搭板宽度不应同型钢同宽度，保证单根钢筋占用宽度在60～80 mm；

4）两侧能采取搭板连接的均采用连接板，连接板宽度不小于5d+200 mm（d为钢筋直径）；

5）要充分考虑竖向立柱钢筋及拉筋的排布，确保与梁钢筋位置不发生冲突；

6）节点部位应考虑相同标高、不同方的钢筋的层次关系，保证梁钢筋在柱内外能错开。

采用Tekla 软件，对钢结构及节点部位钢筋进行了深化，并形成了BIM、CAD 详图（见图1）。在深化设计阶段项目团队充分考虑了钢筋安装对操作空间的要求，部分梁底钢筋由两排调整为3 排，为后续施工创造有利条件。

图1 型钢梁柱典型节点图

钢结构深化图经原设计确认符合要求后组织钢筋加工。

4.2 节点钢筋加工质量控制

加工前，制定钢筋配料表，钢筋接头位置在符合规范的情况下，充分考虑安装顺序和安装操作空间，经技术人员确认无误后加工。钢筋直螺纹加工长度见表1。

表1 钢筋直螺纹套丝加工长度表

直螺纹丝扣的加工端头应平齐，不能有毛刺；丝扣的有效长度为套筒长度/2+1 mm；直螺纹中间不应有断丝扣现象；加工完的直螺纹应加塑料帽保护。

首批加工的钢筋需在监理单位见证下组织工艺检验，搭板连接的每种型号钢筋取一组试件，一组试件3 个，连接试件总长550～600 mm，焊接接头区中，试件规格尺寸如图2 所示。

图2 钢筋与钢板连接试件图（单位：mm）

套筒连接的每种钢筋型号试件取一组，一组3 个，试件规格尺寸如图3 所示。

图3 钢筋与钢板连接试件图（单位：mm）

工艺检验合格后方可组织大规模加工。绕筋法、穿孔法的钢筋加工重点控制锚固长度要求。绕筋法部分梁因截面尺寸不足，按照设计要求采取了梁加腋做法。

图4 梁加腋大样图（单位：mm）

针对搭板连接及套筒连接的钢筋，严格控制下料长度，保证其在搭板的位置符合单面焊接10d或双面焊接5d的要求，均采用二氧化碳气体保护焊。

采用套筒连接的钢筋，加工时严控套丝长度、丝头精度、端部平整度等，运输过程中采用塑料螺帽保护好丝扣。

梁柱节点焊接采用二氧化碳保护焊施工。样板段施工后，将焊丝改用药芯焊丝，焊枪采用小直径喷嘴，对焊接参数进行了优化，确保了焊接质量。

4.3 节点钢筋安装质量控制

型钢柱施工后，组织梁柱节点钢筋安装。安装前，应检查连接套筒、搭板数量是否符合设计，不得随意在型钢上开孔或施焊。梁钢筋安装时，按照3 排（如有）、2 排、1 排的顺序安装。每排钢筋控制好安装顺序，先安装套筒段，后施工搭板焊接段，自中间钢筋向两侧钢筋施工。

节点钢筋安装时，套筒连接控制丝扣外露长度、紧固力。搭板连接控制搭接长度、焊缝长度、焊缝高度等。

钢筋、焊丝、套筒等原材料合格后，再组织施工。现场加工的钢筋丝扣验收合格再运至作业面安装。施工所用的测量计量器具均经校准合格，且在有效期内。

已出厂的型钢构件主焊缝到现场后复测了一次，重点检查了对接焊缝。所有钢结构焊缝均按设计要求做探伤检测，检测时间应安排在焊接完成48 h 后。

连接板焊接钢筋，局部因拼接偏差及安装累计误差，连接板不能满足要求，部分连接板采用了现场调整的方式施工。严控连接板与型钢柱连接部位的焊缝质量，特别是部分现场新增耳板及加劲板。

节点部位施工，避开了雨天、夜间等不利的环境条件。钢筋焊接、搭接及套筒连接严格按相关规程规范要求，接头位置错开，焊前控制好搭接长度。

4.4 节点钢筋验收质量控制

节点部位钢筋施工到位后，每个节点组织验收，确认合格后组织下道工序施工。

验收时，检查接头力学性能报告、套筒资料、钢筋连接件与钢结构焊接工艺报告等。一般允许偏差项目按设计与规范要求验收，合格率应达到80%以上，且不应有严重缺陷。质量验收记录、质量证明文件等资料完整，施工记录、照片等应符合归档要求，并同步形成。

5 梁柱节点钢筋问题及处理

5.1 梁柱节点部位施工及检查难度大

通过采用基于BIM 的可视化交底技术、手机端实时查阅节点、CAD 三维模型等技术，将梁柱节点直观展示，降低了施工及管理难度，增强了管理人员和作业人员的质量意识。

每个节点施工前，现场按预排布顺序，合理安排各钢筋的安装顺序。自下而上组织安装，每排自中部向两侧安装，将交叉干扰降到最低。

钢筋焊接、搭接及套筒连接严格按相关规程规范要求，接头位置错开，焊前控制好搭接长度。

节点钢筋密集区，每完成一部分组织一次过程检查，并留存好相关的影像资料，防止后续无法验收或难以验收。待节点部位钢筋施工到位后，每个节点单独组织过程检查、验收，确认合格后组织下道工序施工。

5.2 核心区及箍筋加密区钢筋安装

梁柱节点部位的核心箍及加密区箍筋安装难度大，采用分段安装与型钢结构预留搭板焊接或直接将箍筋焊接。

梁柱节点的构造形式会造成纵筋施工的特殊性。例如，若节点处焊接了钢牛腿，此时柱内纵筋的布置应尽量集中在边角部，避免与牛腿的冲突。若框架柱中纵筋布置较密，宜采用直螺纹连接，且接头应相互错开[4]。在箍筋施工过程中，可采用箍筋先掰开就位，后恢复原状绑扎的方法。柱钢筋施工前，作业区周边支模架搭设到位且经验收合格，柱周边1 m 范围暂不搭设，为型钢柱施工预留操作空间。因型钢柱栓钉较密集、上部节点立柱带有1 m 长钢梁，型钢柱吊装前将2/3 数量的箍筋提前安装到型钢柱连接部位下方。

型钢柱钢筋先施工竖向主筋，下料、加工后人工安装，采用套筒连接，连接合格后，组织箍筋安装。提前安放的箍筋自下而上安装到设计部位，剩余少量钢筋采用人工安装到位。

型钢柱钢筋验收合格后，安装型钢柱模板、混凝土浇筑。

5.3 套筒连接部位钢筋安装难度大

套筒连接部位钢筋长度控制难度大，稍长安装不进去，稍短搭板部位无法满足钢筋搭接长度要求。为解决此问题，在加工阶段严控加工精度，同时通过借用搭板部位端的贯通孔，将钢筋先穿入贯通孔，待套筒安装后，再将钢筋调整正确位置。

5.4 个别连接件漏设

针对个别连接件漏设（套筒或搭板），与原设计商定采用现场增设搭板连接的方式解决。采用二氧化碳气体保护焊方式增设搭板，焊工经考核合格，持证上岗，严控焊接质量，搭板与钢结构采用坡口焊焊缝。

5.5 柱钢筋与型钢梁钢筋冲突

首段发现个别节点有此问题后，对柱钢筋进行了微调，确保贯通孔部位钢筋能贯通，其他部位调整梁钢筋，与原设计商定局部增设了搭板。

后续段施工时，提前调整立柱钢筋位置，即重新增设了钢筋锚入下层柱，确保上部钢筋的位置与梁钢筋不发生冲突。

5.6 箱型柱局部洞口部位不能加腋

因电梯井、预留风管孔等部位，加腋会影响后续安装工程。针对此种情况，与原设计商定调整了钢筋贯通数量。在满足当转换梁处于偏心受拉时，其支座上部纵向钢筋应至少50%沿梁全长贯通的要求下[5]，适当减少了贯通钢筋数量，增设了搭板。

5.7 柱混凝土浇筑期成品保护

由于型钢柱间钢筋十分密集，里面空间很狭小，混凝土流动性被严重限制，型钢制作时，加劲肋中心预留半径r=200 mm灌灰孔，浇筑混凝土时，施工的关键控制点是确保型钢和钢筋之间的混凝土的密实度。选择合适的混凝土施工配合比，严格控制混凝土坍落度，在浇筑混凝土时，应加强钢柱两侧对称振捣，通过振动棒在有效半径内的充分振捣，从而使型钢空隙部分的混凝土挤密，确保钢骨柱混凝土的浇筑质量。

梁柱节点部位钢筋密集，均采用C50 自密实混凝土浇筑，确保混凝土能浇筑密实。自密实混凝土掺入了膨胀剂、粉煤灰、矿粉、高效减水剂等，有效防止了混凝土的收缩。

柱混凝土浇筑时，梁钢筋尚未安装，对钢筋套筒及贯通孔采取覆盖防护（保护帽及塑料布），下料时尽量减少对搭板的影响，搭板部位及时清理。柱芯混凝土浇筑时，严格控制浇筑高度，确保贯通孔不被污染或覆盖。

5.8 梁混凝土浇筑期的钢筋位置维护

对于框架钢梁、钢柱节点处，钢筋太密，混凝土浇筑有困难的地方，与设计协商改为浇筑自密实混凝土。一是在柱或梁的适当位置预留下料孔和振捣孔，保证下料顺畅，待混凝土浇筑至该部位时再封堵相应的模板；二是在上部预留箍筋暂不绑扎，预留出下料振捣孔，浇筑至该部位再进行钢筋绑扎、连接；三是在模板外侧设置加强附着式振捣器或振捣点，预留排气孔等措施；四是采用小直径的振捣器，深入钢筋密集区内振捣；五是在设计和规范允许的范围内可采用分层分段施工的方法，通过预留施工缝降低施工难度。