超高层劲性混凝土梁柱节点施工技术

超高层劲性混凝土梁、柱节点施工技术

【摘要】劲性混凝土是以型钢作为钢骨，周围配置钢筋并浇筑混凝土埋入式组合构件形成的结构体系，该结构体系充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点，具有截面尺寸小，跨度大，承载能力强，整体刚度好，显著改善结构的抗震性能等优点。但是构件中钢骨的加入使得常规绑扎钢筋、支模等结构施工工艺增加了较大的施工难度。太子广场工程通过对构件内型钢钢骨设计、加工、钢骨安装、钢筋绑扎、模板安装等对节点进行深化设计并制定有效的技术措施，解决了施工难题。

【关键词】BIM深化设计、钢筋接驳器、CO2保护焊、钢筋绑扎

1 工程概况

深圳太子广场由地下三层车库，地上四层裙房及四十一层的办公塔楼组成，塔楼建筑高205.48m，首层层高为6.60m，局部大堂高度达17.20m，标准层层高为4.49m，1~15层为框架-核心筒结构，16层以上为核心筒-支托桁架结构体系，1~13层采用劲性砼结构，14~26层核心筒外侧为1/2劲性结构+1/2钢结构，27层以上为核心筒外侧均采用钢结构，其中在16层和29层设有避难层，即桁架层。其中16层桁架层在核心筒两侧分别为劲性结构+钢结构，由核心筒处环桁架和其外侧悬挑桁架组成。

核心筒劲性柱数量再4~22根不等，B3~L16、L26~L40层劲性

柱截面形式为H型和箱型，L17~L25层核心筒劲性柱截面为箱

型，塔楼外框柱数量在4~16根不等，主要截面形式为十字型和箱

型，L17~L40层全为箱型柱。劲性十字柱最大截面尺寸为：+1100

×550×50×50，最大箱型柱截面尺寸为□1500×1500×60×60，

核心筒处箱型柱最大截面尺寸为600×600×90×90。裙房为框架

结构，型钢柱均为十字柱外包混凝土，型钢梁均为工字型外包混

凝土，，最大跨度达27.5米。钢材型号均选用Q345B。

2 工程特点分析

本工程为大型城市商业综合体，异形结构多，跨度大，转换

结构多，型钢柱、型钢梁分布广，整个工程工设有型钢柱211

根，型钢梁188根，其中最大框支梁截面尺寸为1000×1800，型

钢梁柱节点钢筋密集，局部梁底筋钢筋直径为32，多达三排。

节点连接复杂，针对复杂型钢梁柱节点，规范要求梁钢筋与型钢

柱的连接采用搭接板（即短牛腿）或套筒连接，若单独使用套筒或搭接板的单一连接方式，遇到多层梁钢筋同时与型钢柱连接时，现场操作面间隙狭窄，施工难度大、钢筋连接质量难以保证。

3 确定施工方法

3.1工程特点

（1）本工程为大型城市商业综合体，单层面积大，楼层高，每层布局均不同，异型结构多。（2）本工程跨度大，转换结构多，型钢柱、箱型柱、型钢梁较多。

（3）本工程梁柱钢筋配筋较大，最大规格为36，钢筋密集、层数多，局部核心筒处暗柱配筋达15632，梁配筋达上下各3032；钢筋间距较小。型钢梁柱节点位置钢筋连接复杂。特别是裙房和塔楼连接通廊处一个型钢柱处涉及多个方向梁的叠加，钢筋摆放、连接施工复杂，难度大。

3.2钢筋与钢结构综合连接技术

为了提高施工现场可操作性，降低施工工艺难度，减少钢筋搭接接头数量，降低成本，缩短施工工期。针对太子广场项目实际情况，项目部多次邀请设计、监理、建设单位参加劲性结构节点连接研讨会，形成了针对型钢柱与型钢梁、钢筋混凝土结构框梁；型钢柱与斜梁、正交梁；型钢柱次梁；箱型柱与钢筋混凝土结构框梁；箱型柱与柱帽等节点施工的会议纪要。并经过设计院多次复核后，决定针对每个节点的实际情况，综合采用搭接板、钢筋接驳器、型钢腹板开孔、优化钢筋间距、排距绕过型钢、微调整梁的平面位置绕过型钢等方法，充分利用各种钢筋连接方式的优点，充分利用工厂化加工的优点，提高了现场的可操作性，降低了施工工艺难度，减少钢筋搭接接头的数量和钢筋连接的现场焊接工程量，保证了钢筋与钢结构的连接质量，降低了综合成本，缩短了工期，取得了一定的经济效益。

4劲性结构梁柱节点深化技术

4.1十字型型钢柱的柱、梁节点深化设计

4.1.1型钢柱与型钢梁

对比分析：型钢梁与型钢柱钢筋的连接通常采用搭接板连接或套筒连接，但是采用直螺纹套筒会导致采用一根通长钢筋无法解决，必须在规范允许的搭接区间内出现搭接接头，而且种搭接接头过多，会导致在某个区间内钢筋间距很小，影响钢筋对混凝土的握裹力，特别是对大直径钢筋搭接长度会很长。如果允许连接区内采用焊接，对于型钢梁的底筋很难保证焊接质量，故建议采用搭接板连接。

当型钢柱主筋为单排，型钢梁底部钢筋为单排，不大于7根时，操作空间较大，在型钢柱两侧可采用搭接板连接，梁钢筋与搭接板焊接长度为双面焊5d（d为钢筋直径），搭接板长度5d+20mm（由于型钢梁会优先安装，然后再进行梁钢筋施工，故需确保每个搭接板处只焊接3根钢筋，以保证焊接质量）。在搭接板钢筋正式施工前，先按照钢结构深化设计图结合土建设计图纸，对梁钢筋在搭接板处位置进行优化设计，初步确定位置，并确定型钢腹板开孔位置，绕过型钢柱钢筋的根数；然后再在电脑上结合BIM软件，将钢筋、型钢生成三维图纸，对钢

筋位置进行最后确定，以保证钢筋与搭接板位置不与型钢及节点处钢筋位置发生矛盾，出现打架现象，同时确定绕过型钢柱的梁钢筋根数，具体如下图：

型钢柱节点处立面图型钢柱搭接板钢筋深化图

梁柱节点BIM深化图

当型钢柱主筋为单排，型钢梁底部钢筋为双排及以上时，操作空间会很小，此时梁两端再采用搭接板连接将很难保证施工质量，若两端同时采用套筒连接，因现场型钢柱、梁已经安装就位，要实现钢筋两端均能拧进套筒，则必须是该根钢筋在搭接区断开，采用搭接的形式。但大部分与型钢柱连接的梁钢筋直径较大、根数较多。GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中第8.4条规定“轴心受拉及小偏心受拉的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接；其它构件中的钢筋采用绑扎搭接时，受拉钢筋直径不宜大于25mm，受压钢筋直径不宜大于28mm，且同一搭接区段内接头数量不得超过50%”因此对于型钢梁、柱节点钢筋，为避免大直径钢筋出现搭接接头，减少搭接接头数量，可采用一端套筒连接，另一端用搭接板连接，也可两端都采用搭接板连接。

对比分析：梁两端钢筋与型钢柱均采用搭接板连接，当钢筋为2排及以上时，会导致由于钢筋间距、排距过密（一般均为25mm），操作空间小，出现无法焊接2排筋及以上排数梁底筋的情况，很难保证焊接质量。而采用一端搭接板+一端套筒连接的连接方式，在设计采用双排钢筋时，将套筒+搭接板在梁两端调换使用，将保证焊接质量。对于第三及以上排数钢筋，由于随着钢筋排数的增加，根数将会减少，此时采用在腹板开孔（开孔面积≯腹板总面积的25%）和绕过劲性结构的形式，来综合解决梁底钢筋的绑扎施工，也不建议采用三排搭接板+套筒形式，可通过与设计沟通，经设计计算后来增加钢筋排数减少每排钢筋根数的形式。

采用套筒+搭接板连接形式，对于型钢梁、柱这种节点，由于梁、柱间距离已经确定，要求搭接板长度为5d+20mm+套筒长度（d：为焊接钢筋直径），钢筋下料长度为型钢柱净距-套筒长度-10mm，并在钢筋一端套好丝扣，同时，深化设计时，要确保钢筋净距满足要求，以保证钢筋能够完全拧入套筒内。具体见下图：