钢混组合结构梁柱节点施工工艺与质量控制

童继魁

(中国建筑第七工程局有限公司南方公司福建分公司，福建 厦门 361000)

节点是连接梁和柱的重要部分，可以在梁和柱之间传递内力，可以说节点的安全性会影响结构的正常运行。因此，对该领域进行研究非常有必要。

1 结构特点与优势

从1950年代开始引入型钢混凝土结构，并且于1980年代以后开始在高层建筑中使用型钢混凝土结构。型钢混凝土结构(SRC)是指将型钢(轧制或焊接)和钢筋放置在混凝土中的结构。这种结构是内置的组合结构系统，其中型钢由钢制成，钢筋和混凝土围绕型钢放置。型钢混凝土在性能方面优于传统的钢筋混凝土结构，在建筑梁柱节点中能起到更好的效果。与钢结构相比，型钢混凝土承载力更强，同时节约材料，具有良好的防火性能。

首先，此结构施工简单，便于现场型钢梁柱节点钢筋的安装，提高了节点处钢筋的安装效率；其次，相比之下，采用连接器与焊接搭接板相结合的方式，可以大幅降低型钢的开孔率，防止因必须开孔而导致劲性结构型钢的弱化，保证了结构的刚度和稳定性。并且，与传统的连接器施工方法相比，施工难度大，容易出现钢筋与型钢连接不上的情况，但与型钢柱与框架梁斜交的情况下预先焊接连接板施工相对比下，不会出现现场无法安装钢筋和连接器的情况，施工质量容易保证。为了有效降低大跨度梁的梁高，满足内部高大空间和结构改造的需要，目前的建筑结构设计中越来越多地采用钢-混凝土组合结构设计。

2 节点结构的形状

2.1 梁钢筋、柱型钢

目前由于型钢混凝土的成本相对较低，因此有许多建筑物使用钢筋混凝土和型钢混凝土，并且关于该类型的梁-柱节点的研究相对较多，其中大多数是关于型钢混凝土结构梁的研究。梁和柱之间的节点位置，梁纵向钢筋不可以穿过柱内型钢的翼缘，也不得与其直接焊接。当梁内部分纵筋与柱内钢发生冲突时，需要将两者分开。当柱的型钢边缘钢筋需要设置加劲肋，但是其不能设置太长，只需要局部设置即可。加劲肋的强度应大于转换后梁的钢筋强度，以确保能稳定有效地传递拉力，防止柱中的型钢边缘发生弯曲[1]。

2.2 梁型钢、柱型钢

对于较窄的梁，梁中的型钢是可以穿过柱中型钢的内侧，但是这种方法更加复杂。在梁和柱之间的节点处的型钢两侧以及梁中的型钢上翼与下翼的边缘设置柱的加劲肋，确保梁的拉力能够安全的传递到节点，防止柱中的型钢发生弯曲[2]。另外，加劲肋不能设置的太长，只能设置在柱中的型钢的边缘。

2.3 梁型钢、柱钢筋

在该结构中，需要进行交叉的斜筋配置，并且梁和柱之间的节点处的裂纹应平行于节点对角线。通常的结构中水平箍筋在配置时会与裂缝存在角度，那么其性能会相应降低[3]。在框架的节点中进行交叉的钢筋配置，能够将节点的抗剪力的承载力有效提高。

3 施工要点

3.1 焊接钢筋施工的要点

梁的面积应为穿过柱子的纵向钢筋的1/2。钢牛腿的长度必须满足梁纵向钢筋焊接长度的要求，单面焊接为10d，双面焊接为5d(d为钢筋的直径)。如图1。

图1 焊接法钢筋施工

3.2 穿孔钢筋结构的要点

钢筋预留孔位置的高度应在两个方向上错开，并且要在加工厂中预留孔口，严禁在现场开孔。预留孔与型钢翼缘的距离应该大于30mm，型钢腹板的截面损耗率应小于腹板面积的25%，如果超过25%时就需要使用加强板进行补强。钢筋的弯曲角度不应太大，如果最初采用的是弯筋穿孔，则应尽可能采用双排钢筋或的形式，通过减小钢筋的弯曲角度，可以方便现场钢筋的安装和施工。

3.3 套筒连接方法要点

在进行套筒连接法钢筋施工过程中，应该注意套筒的选择，应该选用一级接头且可焊接的机械连接套筒。在连接套筒与钢骨翼缘之间的焊接，需进行力学试验。此外连接套筒必须提前在工厂完成焊接，严禁在施工现场焊接，还需要注意连接套管的水平净距离必须大于30mm和套管外径。在施工过程中，只能旋转钢筋以扣紧钢筋和套管丝扣相扣，因此在深度设计的早期阶段，必须避免构件同一根钢筋两端均采用焊接套管的情况。

3.4 钢梁搭接法钢筋施工要点

短钢梁的高度需要大于混凝土梁高度的0.7倍，长度要大于混凝土梁高度的2倍，并且应满足纵筋搭接长度的要求。梁内的纵筋应该有不少于1/2的面积穿过柱连续配置。在型钢混凝土柱的一侧至短钢梁端部之外的1.5倍梁高范围内，混凝土梁必须根据梁端箍筋加密区域的要求配备箍筋。

3.5 联合箍筋结构的要点

当箍筋穿过柱内型钢或与柱内型钢相连的钢构件施工较为困难时，则工厂会在钢构件的腹板位置预留一个孔，并将箍筋划分为U形或L型，在现场穿过型钢后焊接成封闭的箍筋，另外上下箍筋的焊接位置需要错开。如图2、图3所示。

图2 节点箍筋施工要点

图3 节点箍筋施工要点

3.6 竖向斜钢筋连接要点

斜交框架梁纵向钢筋两端与型钢柱连接时，由于不能保证型钢柱两端连接器的连接角度一样，因此梁的纵向钢筋不能被安装。经过现场实践总结，采用在型钢柱上预焊搭接筋板的方法，可以将梁纵筋的上下铁条焊接在搭接板上，梁上铁钢筋从可以在型钢柱吊装完毕后进行现场焊接，而如果梁下铁钢筋在安装后焊接则为仰焊，此施工难度大。经过现场实践，将梁下铁钢筋在型钢柱吊装前提前在搭筋板上焊接短钢筋，待其安装完毕后在利用直螺纹套筒将短钢筋加长，这种焊接钢筋就由仰焊改为平焊了，既保证施工质量的同时又降低了施工难度。

4 施工质量控制措施

4.1 原材料

项目中使用的材料需要有测试报告和工厂证明，并且严格禁止未通过测试的材料在项目中使用，例如，钢板、套管、用于加工钢部件的螺柱以及用于主要结构的钢筋、混凝土等。要严格控制钢构件的出厂检查和进场验收的两个阶段，钢构件的焊接质量和外观必须在满足相关批准的规格和设计要求之后，才能运输和安装。

4.2 施工调查

使用全站仪可以将图纸中型钢构件的坐标点精确放样到施工现场，作为整体控制网。使用钢尺测量位置点时，水准仪需要协助控制尺子两端的高度，使其受力均匀，并且距离测量均采用来回两次拉尺的方法。使用周边构件(例如，混凝土柱)将标高引至其上方，在吊装构件时需要根据此点直接使用钢卷尺向上测量，然后使用水平仪往返测量与参考标高校核。垂直度则需要通过经纬仪观察型钢的角和边缘来控制。

4.3 型钢件的安装

需要分件吊装型钢梁、柱和其他组件，并且在安装后及时进行矫正和固定。在起吊钢构件后需要将其放在适当的位置时，并使用垫木板等保护构件边角免受损坏。将构件起吊到目标位置的上方200mm处，首先应将其稳定，然后对准螺栓孔缓慢下落，在下落过程中要避免发生磕碰，并在落实后及时调整轴的位置、高度和垂直度[4]。调整完成后，需要安装临时固定部件并拧紧螺栓以将其固定。对于高强度螺栓需要进行初始拧紧并做好标记，然后按照从中间到末端的顺序依次拧紧。如果有螺栓连接孔中存在偏孔现象，则可以使用微型砂轮磨光机或人工打磨进行纠正。

4.4 钢筋绑扎

在捆扎型钢混凝土组合结构梁时，首先需要定位并安装主钢筋，然后安装箍筋、钢筋等，在完成所有准备工作后进行合模。在连接柱主钢筋的过程中，可以在柱子外部连续绑扎钢筋来连接主钢筋，并且需要将主钢筋以由上向下的方式插入到箍筋中。

4.5 牛腿板加工

在切割操作过程中，首先，需要控制好对应坡口的方向，这时候可以根据坡口角度的要求进行操作，也就是气体焊接和焊条电弧焊中的推荐坡口中设置的角度，同时要及时清除坡口中的异物，防止在焊接过程中出现质量问题；其次，如果加工中使用不同厚度材料，那么需要对坡口的位置进行减薄处理，同时提高施工时坡口对接质量，进一步提高焊接质量；最后，在焊接牛腿板的过程中，牛腿板应保持垂直，并且在SRC立柱的焊接中，可以用熔化的极气体对电弧焊进行保护，然后设置相应的加劲肋，厚度约20mm，宽度与牛腿板相同。

4.6 安装梁钢筋

在具体的安装操作中，需要将梁角部中的钢筋垂直于牛腿板安装，在焊接主钢筋的过程中，必须在工件结合后再次固定点焊位置，等待连接好后即可开始焊接，焊接长度需要满足双面要求5d，焊缝高度需达到6mm左右，但需要注意的是，钢筋的焊接强度应保持在钢筋的屈服强度以上。如果钢筋发生脆性断裂或焊接性能差，则需要对这批钢筋进行化学测试。其中梁中部的钢筋必须穿过SRC柱的腹板截面，在此处可以预留一个孔洞以便进行通长连接，但是需要避免钢、孔接触的情况，充分保护孔的横截面。最后，需要调整梁主筋的位置，实施绑扎箍筋。

4.7 模板安装

型钢梁的横截面尺寸相对较大，所以应计算模板支撑体系以确定支撑框架的水平、垂直间距以及梁侧对拉螺栓的排距和间距，并且按照规范要求增加构造措施。在梁内型钢的影响下，对拉螺栓不能直接穿过梁，另外如果经过设计院的同意就可以将对拉螺栓分为两部分并对称的焊接到型钢梁的腹板上，从而对梁模板进行固定。对于大跨度的型钢梁，必须根据设计要求将其拱起，另外考虑到型钢梁下支撑脚手架容易产生挠度，因此可以根据实际情况增加钢梁的起拱高度。

4.8 混凝土施工

由于劲性混凝土中的钢筋通常太密实，因此在进行混凝土振捣时，需要尽量避免与钢筋、型钢、模板、吊环等发生碰振。混凝土振捣时应遵循边浇边振捣，并将振捣棒垂直插入混凝土中，从而使混凝土的上层和下层紧密结合。在操作过程中，需要做到快速插入和缓慢拔出，以避免发生分层离析或空洞现象。

浇筑混凝土前，施工人员必须严格按照有关要求进行施工，充分保证浇筑达到施工要求的质量。针对SRC的结构来说，柱梁节点结构具有一定的复杂性，如果钢筋很密，则应进一步提高混凝土的质量，需要将粗骨料的粒度严格控制在25mm左右的范围内。如果死角多，则需要振动多次，防止发生振捣不实的情况，也可以用四根振动棒实施振捣，并浇筑至顶。另外，为了确保已经浇筑好的混凝土在规定年限内达到设计所需的强度和耐久性，就需要做好混凝土养护工作，以防止后期发生收缩和温度裂缝。由于劲性混凝土梁通常跨度大，因此劲性混凝土必须严格按照规定脱模，同时对已经拆除的模板和支撑结构，需要保证混凝土达到设计强度的要求，这样才可以承受所有设计载荷。

5 结 语

总而言之，在钢混组合结构梁柱节点施工过程中，型钢混凝土与钢筋混凝土进行组合可以提高梁柱节点结构的性能。本文通过对节点结构进行的分析，总结施工工艺要点，另外还应重视施工过程各个环节的质量控制。