劲性混凝土结构梁柱节点施工技术

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  【摘 要】 进入21世纪以来,劲性钢筋混凝土结构体系在高层建筑中发展迅速,成为高层建筑中使用较多的结构体系。劲性钢筋混凝土结构体系,是在钢骨周围配置钢筋,浇筑混凝土后使钢骨与混凝土成为一体共同工作的组合结构构件。
  【关键词】 钢筋混凝土结构;梁柱节点设计;施工工艺
  钢骨的存在使得构件的延性得到很大改善,使其变形能力强,抗震性能好,承载力高,采用外包混凝土构造时,更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。混凝土对钢骨的包裹解决了钢结构的防腐、防火问题。这种结构体系一般可降低用鋼量15~20%,劲性混凝土柱截面比普通混凝土柱缩小截面60%,比钢结构节省钢材50%。劲性钢筋混凝土结构体系具有结构性能好,大大节约建筑材料等优点的同时,劲性结构施工也给施工带来新的研究课题,主要体现在梁柱接头处的技术处理。
  (1)如何解决好钢柱栓钉与钢骨外钢筋之间的关系,使框架柱钢筋绑扎不受栓钉影响。
  (2)梁柱接头处框架柱箍筋遇钢骨如何处理,使框架柱梁柱结构处箍筋作用不受到削弱。
  (3)框架钢骨梁主筋遇钢骨柱后,框架梁主筋如何顺利通过钢骨柱,使框架梁在柱端部受剪不受影响。
  (4)在梁柱节点部位,钢筋密集,如何保证此部位混凝土浇筑密实,选择合理的混凝土配合比和浇筑工艺尤为重要。
  (5)本工程梁柱节点钢筋复杂,如何利用计算机简化技术准备的工作量和提高工效,用最少的投入获得最大的收获。
  1 工程概况
  南京市浦口区市民中心是典型劲性混凝土结构,工程位于浦口区第三中学北侧,西临城运路,北临规划城东路,东面为浦口区第三中学体育场以及一个小山坡,南面为三中已有教学楼。
  总建筑面积73552.7平方米,其中地上48080.2平方米,地下25472.5平方米,其中,地下室:建筑面积25472.5平方米,地下为两层,框架结构,地下一层设置超市,地下商业,食堂,文化中心库房,书库以及设备用房;地下二层设置地下车库,消防水池,设备用房。
  A栋共设有16根劲性十字柱,截面为H1200*500*35*35+H900*200*35*28,A栋6层设计有7根劲性梁,截面为H1800*500*30*35。A栋6层劲性柱之间采用H型钢梁连接,连接方式有两种:H型钢梁与劲性柱上连接板采用腹板高强度螺栓连接、翼缘板和与柱表面全熔透焊接;H型钢梁与劲性柱上全焊接的悬臂梁段采用腹板高强度螺栓连接、翼缘板全熔透焊接。劲性柱与钢梁节点透视图如下:
  2 梁柱节点施工设计
  2.1框架梁钢筋穿越钢骨设计
  由于本工程梁柱节点均设有钢骨,梁上下中间两根主筋在遇框架钢骨柱时需断开,断开的梁钢筋如果与竖向钢骨采用焊接连接,焊接量非常大,焊接速度跟不上,即影响了工期,又难以保证质量。在这种情况下,经设计许可,在钢结构深化设计中考虑三种情况:(1)能贯通则贯通,(2)一部分不能贯通将主筋绕过钢柱绑扎,(3)另一部分不能贯通主筋则考虑在钢骨柱上开钢筋孔,开孔孔径大小考虑热轧带肋钢筋肋高影响,开孔直径比框架梁钢筋直径大8mm,保证框架梁主筋通过。这样即减少焊接量,又增强了工效,同时避免因钢骨开孔削弱钢骨受力。框架柱开孔图及梁柱节点图如下:
  2.2框架柱箍筋穿越钢骨设计
  框架柱箍筋为封闭的四肢箍,在梁柱接头部位,柱箍筋与钢梁腹板相碰,不能采用箍筋与钢梁焊接,经与设计许可,在钢梁腹板上开箍筋孔,考虑热轧带肋钢筋肋高影响,开孔直径比框架梁钢筋直径大8mm,箍筋竖向间距与箍筋设计间距相同,同时为使箍筋绑扎方便,在不影响受力的条件下,梁柱接头处的柱箍筋做成两个不对称U型,长短边相对穿过梁钢骨上预留孔,单面焊接10d。框架柱箍筋在钢梁上开孔图如下:
  2.3安装工艺耳板和连接板焊接设计:
  安装工艺耳板是钢柱吊装和安装连接的施工工艺耳板,钢柱吊耳和上下柱组对连接用板,见如下工艺耳板图示:
  吊耳安装示意图 吊耳示意图
  吊耳板为双面焊角焊缝满焊,焊接在腹板中心位置,与柱端头平齐。
  2.4梁柱混凝土配合比设计
  本工程梁柱核心区混凝土强度等级为C50、C40。因钢骨尺寸大,钢筋与钢筋、钢筋与钢骨之间间隙较小,钢骨外侧包裹钢筋,并且梁柱在此位置处钢筋更密集,对混凝土浇筑的密实带来很大难度。为此,项目技术部、试验室以及搅拌站共同进行混凝土试配,保证混凝土浇筑过程中具有较好的流动性和良好的可泵性、保塑性,不产生离析泌水;同时通过试配降低水化热,提高后期强度和耐久性,改善混凝土施工性能。
  2.4.1砼配合比确定
  本工程选用中低热P.O42.5级普通硅酸盐水泥,28d抗压强度可满足C50砼要求。
  粗骨料:考虑混凝土的泵送要求,碎石选用粒型较好(无针片状)的连续级配,碎石粒径为5~25mm,并洗净碎石,含泥量≤0.3%,保证混凝土密实性。
  细集料:选用细度模数2.4-2.8的中砂,含泥量≤0.8%,其它质量指标均符合现行行业标准的有关规定。
  采用优质Ⅰ级粉煤灰,使用前按照国家标准对其进行细度、烧失量和含水率检验,合格后方可使用。
  所用外加剂需符合设计及相应标准的技术要求,其掺量根据施工要求,通过实验室确定。
  坍落度要求:为便于施工并保证砼施工质量,要求运输到现场的砼坍落度为160±20mm。搅拌站应根据浇筑时间对砼坍落度作出适当的调整。
  根据混凝土的基本性能要求和水泥、砂、石以及外加剂情况,进行多组混凝土配合比试验,测定混凝土初凝时间、不同养护条件(空气、水中)混凝土限制膨胀率,确定最佳的混凝土配合比,且要严格控制水灰比不大于0.45,泵送混凝土塌落度控制在160±20mm。   经实验室试配,砼最终配合比采用如下:
  C50配合比:
  原材料名称 胶凝材料 黄砂 碎石 外加剂 水胶比 砂率(%)
  水泥 粉煤灰
  品种与规格 P.O42.5 Ⅰ级 中砂 5~25mm PCA 0.35
  配合比 0.85 0.15 1.54 2.20 0.012 0.35 40
  C40配合比:
  原材料名称 胶凝材料 黄砂 碎石 外加剂 水胶比 砂率(%)
  水泥 粉煤灰
  品种与规格 P.O42.5 Ⅰ级 中砂 5~25mm UC-Ⅲ 0.39
  配合比 0.82 0.18 1.55 2.52 0.014 0.39 38
  3 梁柱安装及梁柱节点钢筋混凝土施工
  钢结构施工完成每节柱安装后,混凝土结构开始施工,绑扎外包混凝土钢筋,支设模板,浇筑钢骨外混凝土。
  3.1劲性柱安装施工工艺
  3.1.1首层劲性柱安装
  首层劲性柱的就位、安装是控制整个工程劲性柱位置、垂直度的关键和重点。
  (1)当A楼地下室底板浇筑完毕后,利用现场安装的QTZ80塔吊把正负零以下的H型钢劲性钢柱吊至预埋螺栓上,全部安装完毕。
  劲性柱预埋螺栓固定
  (2)就位调整及临时固定
  当钢柱吊至距其就位位置上方200mm时,使其稳定,对准螺栓孔,缓慢下落,下落过程中避免磕碰地脚螺栓丝扣。落实后专用角尺检查,调整钢柱使钢柱的定位线与基础定位轴线重合。调整时需三人操作,一人移动钢柱,一人协助稳定,另一人进行检测。就位误差确保在3mm以内。
  劲性柱吊装
  (3)钢柱标高调整时,先在柱身标定标高基准点,然后以水准仪测定其差值,旋动调整螺母以调整柱顶标高。
  (4)钢柱垂直度校正采用水平尺对钢柱垂直度进行初步调整。然后用两台经纬仪从柱的两个侧面同时观测,依靠千斤顶或缆风绳进行调整。
  (5)调整完毕后,将钢柱柱脚螺栓拧紧固定。
  (6)安装临时连接的工装梁。
  (7)搭设与上层钢柱对接焊的操作平台。操作平台可以预先搭设,待工装秒梁安装完毕后,用塔吊吊装。(如图示意)
  (8)灌无收缩砂浆(如图示意)
  灌注收缩沙浆时,一边灌入,一边搅动,防止产生气泡。
  2、首层以上的钢柱吊装
  (1)钢柱在吊装前应在柱头位置划出钢柱柱顶安装中心标记线,以便上层钢柱安装的就位使用。如果钢柱为变截面对接,应划出上层钢柱在本层钢柱上的就位线。同时将临时连接板绑在钢柱上,与钢柱同时起吊。
  (2)钢柱就位采用临时连接板。当钢柱就位后,对齐安装定位线,将连接板用高强螺栓(充当临时螺栓)固定。
  (3)钢柱调整采用千斤顶或缆风绳。调整前在下层钢柱上的相应位置焊接千斤顶支座,在上层钢柱相应位置上焊接耳板。用两台经纬仪在成直角的两个方向观测,通过千斤顶调节钢柱的偏差。
  劲性柱安装
  3、钢柱垂直度控制
  钢结构校正过程控制
  作好各个首吊节间钢柱的垂直度控制。
  钢柱校正分四步进行:初拧时初校;终拧前复校;焊接过程中跟踪监测;焊接后的最终结果测量。初拧前可先用長水平尺粗略控制垂直度,待形成框架后进行精确校正。焊接后应进行复测,并与终拧时的测量成果相比较,以此作为下一步施工的依据。
  4、钢柱标高控制
  1)高程基准点的测定及传递
  高程的竖向传递采用钢尺,通过预留孔洞向上量测。每层传递的高程都要进行联测,相对误差应<2mm。
  2)|、柱顶标高的测定
  确定各层柱底标高50cm线及梁标高的10cm线,应从柱顶返量确定,通过控制柱底标高来控制柱顶及梁标高。
  3.2钢筋混凝土施工工艺
  定位放线→安装钢骨柱、H钢梁→柱主筋机械连接→绑扎柱箍筋→柱模板安装→浇筑钢管内混凝土→浇筑钢管外混凝土→支设梁(板)底模→梁主筋的穿插、连接→绑扎梁箍筋→支设梁侧模及板底模→绑扎板钢筋→梁板混凝土浇筑
  3.3钢筋绑扎要点
  梁主筋从孔内穿过与柱另一侧的梁筋采用直螺纹连接,从而保证梁主筋的贯通。梁柱节点处框架箍筋采用U形对插钢筋,穿过钢梁腹板上开好的钢筋孔后焊接连接,焊接长度单面焊10d,搭接位置距箍筋转角处150mm。
  3.4模板支设要点
  独立柱模板采用18mm厚木胶合板自行设计与加工,50×100mm和100×100mm木肋,柱箍采用14号槽钢、M20对拉螺栓紧固,槽钢柱箍现场组装。柱模板均为四片木制模板,根据柱具体尺寸加工,拼缝处采用企口缝。柱箍采用16号槽钢、M20对拉螺栓紧固和φ48×3.5钢管斜撑,槽钢柱箍现场组装。
  主、次梁底侧模均采用竹胶板加木肋。支撑采用φ48×3.5钢管、碗扣式钢管支架和多功能早拆托座,支撑立杆间距根据梁高确定,六层部分梁较高,间距定为400mm,φ48×3.5双立杆钢管脚手架,立杆长度不合模数部分采用早拆托座调整。
  梁的底模、侧模按设计断面和模板组装图确定的尺寸进行加工制作,按梁侧模包底模、顶板模板压梁模板的做法,上口使用木撑口@1000mm。模板设通长50×100mm背肋,间距不大于200mm,纵向肋间距不大于500mm。梁模板侧向斜撑使用ф48×3.5钢管,每500mm架设一道,底部用木方撑紧。当梁高大于800mm时,按每600mm设一道φ16对拉螺栓。模板接缝采用硬拼缝,要求加工严密,表面接缝平整。
  3.5混凝土浇筑要点
  梁、柱接头处混凝土的控制:在离柱等于梁高的位置(从柱的外侧面计算),用钢板网片与四周梁板隔开,当梁、板混凝土浇筑到该位置时,用塔吊吊装与柱标号相同的混凝土,浇筑梁、柱接头处混凝土,振捣密实后,再浇筑、振捣与梁、柱接头处接壤的梁、板混凝土。
  劲性柱砼浇筑:由于十字钢柱将柱子分为四个区,且四周箍筋、翼缘上栓钉比较密,砼下料时,分为四个点下料,下料高度不超过50cm,下料时要均匀对称,每根柱采用4根30型振动棒振捣至顶,防止钢柱在施工过程中发生偏差。
  钢骨梁砼浇筑:由于钢梁下翼缘较宽,下料时从一侧下料,用振捣棒将砼从一侧挤到另一侧,当砼高度超过下翼缘10cm后,可由钢梁两侧同时下料,同时振捣,确保砼密实。
  4 结束语
  (1)在施工过程中,由于钢骨外包钢筋混凝土,梁柱节点钢筋深化设计工作显得尤为重要,在解决框架梁、连梁钢筋穿钢柱问题时,柱钢在腹板上开孔,以便钢筋穿过,但穿孔面积要有所控制,否则将削弱钢骨受力。
  实际施工操作中,我们将劲性柱、梁通过二次深化设计,根据施工图配筋,对每层需穿孔的劲性柱、梁逐一做出二次深化大样图,经过设计院确认后,发给钢结构加工车间,在劲性柱、梁加工制作时将孔开在柱梁上。从工程实践来看,在钢骨上开孔,很好的解决了劲性柱砼施工梁柱节点钢筋绑扎问题。钢骨开孔及梁柱节点钢筋绑扎详见下图:
  (2)因钢柱加工以及现场安装等原因,钢柱钢梁高随着楼层的不断升高,水平标高以及竖向垂直误差慢慢积累,会使钢柱逐渐倾斜,发生偏位,这种情况下,应经常对钢骨柱进行纠偏校正,使其恢复垂直状态,标高准确,使穿筋孔位置不受影响。
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