高烈度區(qū)鋼管混凝土疊合柱節(jié)點設(shè)計與施工*

陳 龍，胡 林，劉 萍，李 衍

(中建三局第二建設(shè)工程有限責任公司，湖北 武漢 430074)

1 工程概況

昆明長水國際機場改擴建工程S1衛(wèi)星廳所在區(qū)域抗震設(shè)防烈度為8度，主體結(jié)構(gòu)柱采用鋼管混凝土疊合柱，直徑包括1 900，2 000mm，柱內(nèi)鋼管直徑為1 300～1 500mm，厚45～70mm，與柱連接的混凝土梁寬600～1 800mm。梁柱鋼筋較密，柱內(nèi)布置2圈φ40鋼筋，外圈40根，內(nèi)圈20根；梁內(nèi)布置φ32鋼筋。

2 工程重難點

1)本工程位于地震帶上，抗震設(shè)防烈度為8度，結(jié)構(gòu)抗震要求較高。

2)鋼管混凝土疊合柱與混凝土梁連接的組合式鋼牛腿節(jié)點既要方便現(xiàn)場施工，又要滿足抗震設(shè)防要求。

3)梁柱鋼筋直徑大，排布密集，需保證梁柱節(jié)點混凝土澆筑質(zhì)量。

3 梁柱節(jié)點設(shè)計

參照相關(guān)規(guī)范，并與設(shè)計院討論，本工程梁柱節(jié)點設(shè)計方案如下。

1)搭接鋼板 在鋼管混凝土疊合柱上設(shè)置搭接鋼板，如圖1所示。梁主筋與搭接鋼板焊接，搭接長度根據(jù)單面焊和雙面焊形式，分別取為10d，5d(d為鋼筋直徑)，柱主筋穿過搭接鋼板。

圖1 搭接鋼板節(jié)點

2)彎折鋼牛腿 在鋼管混凝土疊合柱上設(shè)置鋼牛腿，將鋼牛腿上下翼緣做成彎折型，如圖2所示。根據(jù)梁主筋排布情況將其焊接在鋼牛腿翼緣上，柱主筋穿過鋼牛腿或采用套筒機械連接。

圖2 彎折鋼牛腿節(jié)點

3)組合式鋼牛腿 設(shè)計組合式鋼牛腿，如圖3所示。梁主筋采用套筒機械連接，并與豎向板焊接(見圖4)，豎向板高度根據(jù)梁主筋排數(shù)確定。鋼牛腿上下翼緣開長圓孔，柱主筋穿孔。位于鋼牛腿腹板方向的柱主筋采取套筒機械連接。

圖3 組合式鋼牛腿節(jié)點

圖4 連接處細部構(gòu)造

梁柱鋼筋密集，且主筋直徑大，梁主筋與搭接鋼板焊接質(zhì)量不易保證，柱主筋至少需穿過2層搭接鋼板，對搭接鋼板截面削弱大，不利于節(jié)點受力，搭接鋼板均獨立存在，整個節(jié)點剛度不足，不利于結(jié)構(gòu)抗震，故不采用搭接鋼板節(jié)點。

彎折鋼牛腿整體剛度大，但因梁鋼筋密集，且鋼牛腿下翼緣向上彎折，梁主筋焊接時為現(xiàn)場仰焊，焊接難度大，無法保證焊接質(zhì)量。彎折鋼牛腿為折線形，工廠制作難度較大，制作質(zhì)量無法保證。柱主筋需穿過彎折鋼牛腿，同樣會造成截面削弱過大，因此首選套筒機械連接，但鋼牛腿底部豎向套筒連接困難，施工難度大，無法保證連接質(zhì)量，故不采用彎折鋼牛腿節(jié)點。

經(jīng)方案比選，最終采用組合式鋼牛腿節(jié)點，梁主筋采用套筒機械連接，焊接在豎向板上，豎向板通過T形板與鋼管混凝土疊合柱連接，保證了梁鋼筋傳力連續(xù)性。通過設(shè)置T形板彌補了柱主筋穿過鋼牛腿造成的截面削弱缺陷，加強了組合式鋼牛腿整體剛度，不僅施工方便，且滿足節(jié)點抗震要求。

4 鋼管混凝土疊合柱施工

4.1 加工制作

鋼管混凝土疊合柱制作內(nèi)容主要包括卷管、組裝及焊接，均在工廠進行。柱內(nèi)所有加勁環(huán)板焊縫、組合式鋼牛腿各部件組合焊縫、組合式鋼牛腿與鋼管混凝土疊合柱連接焊縫均為全熔透焊縫，需滿足抗震要求。

4.2 工藝流程

鋼管混凝土疊合柱現(xiàn)場施工工藝流程為：鋼管混凝土疊合柱吊裝→鋼牛腿吊裝→校正→鋼牛腿焊接→探傷→驗收。

5 梁柱節(jié)點施工

5.1 工藝流程

梁柱節(jié)點現(xiàn)場施工工藝流程為：梁底模及側(cè)模施工→梁底筋鋪設(shè)→梁底筋套筒連接，并與鋼牛腿下豎向板焊接→梁箍筋安裝→梁面筋鋪設(shè)→梁面筋套筒連接，并與鋼牛腿上豎向板焊接→驗收→混凝土澆筑。

5.2 混凝土澆筑

針對節(jié)點復(fù)雜、節(jié)點處鋼筋密集的情況，經(jīng)與設(shè)計院、監(jiān)理單位等協(xié)商討論，提出以下混凝土澆筑方案：①采用普通混凝土澆筑，并在鋼牛腿上翼緣開孔，保證混凝土澆筑過程中可振搗；②采用普通混凝土澆筑，在鋼牛腿范圍內(nèi)，梁擴大為水平加腋形式，混凝土振搗在加腋兩側(cè)進行；③采用自密實混凝土澆筑，無須振搗。

混凝土振搗棒直徑約為80mm，在鋼牛腿上開孔，孔徑>100mm，且鋼牛腿較長，腹板兩邊翼緣至少開2個孔，對翼緣板截面削弱過大，且有關(guān)規(guī)范要求翼緣禁止開孔，因其對節(jié)點受力產(chǎn)生較大影響，故不采用方案①。

鋼牛腿較長，采用水平加腋方式，使混凝土、模板、腳手架用量等均增大，成本較高，故不采用方案②。

自密實混凝土流動性高，無須振搗，施工速度快，可節(jié)省一定成本，因此采用方案③。

鋼模板驗收合格后，采用輸送泵進行混凝土澆筑。混凝土攪拌車卸料前應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)60～90s，以保證混凝土處于最佳工作狀態(tài)，有利于混凝土自密實成型?；炷帘盟蛻?yīng)連續(xù)，澆筑時下料口應(yīng)盡可能低。對于節(jié)點處密筋情況，混凝土垂直自由落下高度宜≤2.5m?；炷亮焊?1 000mm時，應(yīng)分層澆筑混凝土，每層澆筑高度為500mm，上下層采用踏步式分層推進。需在下層混凝土初凝前澆筑上層混凝土，避免產(chǎn)生冷縫，澆筑完成后及時養(yǎng)護。

5.3 施工注意事項

1)鋼牛腿安裝完成后對鋼管混凝土疊合柱進行校正，嚴格控制柱垂直度偏差。

2)鋼牛腿探傷須保證100%合格。

3)對于鋼牛腿位置處梁底模，需待梁底筋套筒與豎向板焊接完成并驗收合格后鋪設(shè)。

4)梁鋼筋排布嚴格按照有關(guān)規(guī)范要求進行，避免鋼筋間距不足導(dǎo)致混凝土無法澆筑。

5)套筒須與鋼筋擰緊后與鋼牛腿豎向板焊接，套筒為可焊接型，且為滿焊，焊腳高度滿足有關(guān)規(guī)范要求。

6)混凝土澆筑前需清理表面垃圾，以保證澆筑質(zhì)量。

6 結(jié)語

對于抗震設(shè)防烈度要求高的地區(qū)，鋼管混凝土疊合柱與混凝土梁節(jié)點設(shè)計尤為重要。對不同梁柱節(jié)點形式優(yōu)缺點進行對比，提出組合式鋼牛腿節(jié)點構(gòu)造。針對節(jié)點復(fù)雜、抗震性能要求高等特點，采用自密實混凝土進行澆筑，不僅施工方便，且保證節(jié)點施工質(zhì)量，滿足高烈度區(qū)結(jié)構(gòu)抗震要求。