超高层混凝土梁柱节点深化设计研究范文

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关键词：劲性混凝土；BIM深化设计；钢筋接驳器

深圳太子广场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，共有型钢柱211根，型钢梁188根，其中最大的框支梁截面达1000mm×1800mm；型钢梁柱节点钢筋密集，局部梁底32钢筋多达3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采用搭接板（即短托座）或套筒连接。若单独使用套筒或搭接板的单一连接方式，遇多层梁钢筋同时与型钢柱连接时，由于操作面间隙狭窄，施工难度大，难以保证钢筋连接质量。为提高施工可操作性，降低施工难度，减少钢筋搭接接头数量和成本，缩短施工工期，邀请设计、监理、建设单位参加研讨会，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，型钢主次梁，箱形柱与钢筋混凝土结构框梁，箱形柱与柱帽等节点施工的会议纪要，经设计院多次复核后，针对节点实际情况，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，利用各种钢筋连接方式和工厂化加工的优点，提高了现场的可操作性，降低了施工难度，减少钢筋搭接接头的数量和钢筋连接的现场焊接量，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。本文介绍劲性结构梁柱节点深化设计技术。

1十字形型钢柱的柱、梁节点深化设计

1.1型钢柱与型钢梁

型钢梁与型钢柱钢筋通常采用搭接板连接或套筒连接，经比较本工程采用搭接板连接。当型钢柱主筋为单排，型钢梁底部钢筋为单排且不大于7根时操作空间较大，可在型钢柱两侧采用搭接板连接，梁钢筋与搭接板焊接长度为双面焊5d（d为钢筋直径），搭接板长度为5d+20mm。在搭接板钢筋施工前，先按钢结构深化设计图结合土建设计图，对梁钢筋在搭接板处位置进行优化设计，初步确定钢筋型钢腹板开孔位置及绕过型钢柱的钢筋根数，然后结合BIM软件，在电脑上将钢筋、型钢生成三维图纸，最后确定钢筋位置，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，同时确定绕过型钢柱的梁钢筋根数，如图1所示。当型钢柱主筋为单排，型钢梁底部钢筋为双排及以上时，由于操作空间很小，若梁两端采用搭接板连接很难保证施工质量；因现场型钢柱、梁已经安装就位，两端同时采用套筒连接也难以实现。经比较，采用套筒+搭接板连接形式，对于型钢梁、柱节点，由于梁、柱间距离已确定，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，并在钢筋一端套丝扣。深化设计时还要确保钢筋净距满足要求，以保证钢筋能完全拧入套筒内（图2–4）。

1.2型钢柱与普通框架梁

型钢柱与普通框架梁连接节点涉及2种情况：（1）一端采用型钢柱，另一端采用普通钢筋混凝土柱，针对这种情况在型钢柱与普通框梁节点处采用套筒连接，此时在另一端没有型钢柱限制框梁钢筋长度，可很快捷地将拧进套筒内；（2）梁两端均有型钢柱，此时在节点位置采用搭接板+直落套筒形式。

1.3型钢斜梁、正交梁与型钢柱

型钢斜梁、正交梁与型钢柱节点深化设计如图5所示。

1.4型钢主、次梁节点

对型钢梁内钢筋排布进行优化，将次梁截面00mm×1100mm，底部钢筋2432（8/8/8）调整为2432（4/10/10），以保证尽可能多的底部钢筋在钢骨下通过，不能在钢骨下通过的钢筋采取弯锚或开孔穿过型钢腹板（图6）。

1.5型钢悬挑梁节点

型钢悬挑梁悬挑长度长，梁上部配筋多，梁身变截面、梁底部钢筋需按变截面斜边长度进行下料。为保证梁下部焊接质量，型钢柱处搭接板须按梁下部变截面角度加工成一定的倾角，以保证梁底部钢筋完全放置在搭接板上。梁上部钢筋排布时若钢筋间距较小可参照规范采用并筋形式，上部钢筋按设计要求加工弯起钢筋，具体做法如图7所示。

1.6型钢柱钢筋与框梁或型钢梁钢筋焊接搭接板节点

本工程裙房4层20轴处设截面为800mm×800mm的型钢柱，配筋为422+2020，钢骨为十字柱（400×200×20×20）；型钢梁截面为600mm×1200mm，配筋为上下各525，钢骨为H800×300×20×30。焊接搭接板长度要求由规范规定的5d+20mm改为5d+40mm，做法如图8所示。

2箱形钢骨柱的柱梁节点深化设计

2.1箱形钢骨柱采用单排筋时的梁柱节点设计

箱形钢骨柱与普通框梁的连接节点尽量采用搭接板。在搭接板处暗柱纵筋采用开孔形式穿过，开孔规格应比钢筋规格大一个等级（图9），具体做法见12SG904—1《型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图》一般构造要求，如直径32mm钢筋孔表中要求开孔为40，若在箱形钢骨柱处提高一个级别，开孔为44。

2.2箱形钢骨柱采用双排筋时梁柱节点的设计

箱形钢骨柱配筋为双排时，在钢骨柱与框架梁节点处，除在钢骨柱上开孔+搭接板采用这种方法进行节点设计外，为保证钢筋在钢骨处的焊接质量（焊枪伸进暗柱双排竖向钢筋里侧或在其旁边焊接难度很大），深化节点时将搭接板长度由按规范要求的5d+20mm（d为焊接钢筋直径），调整为钢骨至暗柱最外排主筋距离+5d+20mm；框梁纵向钢筋为双排时，将第2排搭接板长度调整为钢骨至暗柱最外排主筋距离+2（5d+20mm），其他要求均与箱形钢骨柱主筋为单排筋时相同，具体做法如图10所示。

3箱形柱的柱、梁、板节点深化设计

3.1带柱帽箱形柱柱帽节点

超高层结构设计中，核心筒外侧会设截面尺寸较大的钢柱或劲性柱，与核心筒一起作为竖向构件共同承受荷载。本工程在塔楼核心筒东西两侧各有1根箱形钢混凝土柱贯通整个塔楼，是塔楼核心筒外侧的主要受力构件。地下室结构均采用带四棱台柱帽的形式，需重点解决四棱台柱帽钢筋混凝土结构与箱形柱钢结构节点的施工。节点深化时应优先考虑搭接板连接，因柱帽处顶板钢筋一般为双层双向钢筋，且钢筋直径较小（一般不大于18），不采用机械连接。搭接板深化设计时须考虑x,y方向钢筋高差，2个方向搭接板顶标高相差一个直径等级。具体做法如图11所示。

3.2箱形柱与框梁节点

本工程箱形柱在x,y方向均设有框架梁，参照柱帽节点深化原则，板的钢筋采用搭接板焊接，并考虑x,y方向标高相差一个钢筋直径等级，同时在箱形柱四角处对x,y方向搭接板进行连接，标高随搭接板面的低标高。梁的主筋由于底部钢筋为：上部钢筋为单排时全部采用搭接板连接；上部钢筋为双排钢筋时上部第1排钢筋采用直螺纹套筒，第2排钢筋采用搭接板连接，具体做法如图12所示。

3.3箱形柱与钢筋混凝土悬挑梁节点

本工程在标准层箱形柱处设有跨度达5m的悬挑梁，设计要求下部钢筋采用搭接板设计，上部钢筋要求在箱形柱开孔，并在柱内侧加强，为此在进行节点深化时，按规范要求悬挑梁上部钢筋锚固长度为44d，即1408mm，即在箱形柱对称的一侧不再开通孔，悬挑梁上部钢筋可直锚入柱内，另一侧框架梁采用搭接板连接。具体做法如图13所示。

4复杂型钢梁柱节点钢筋验收

作为主体结构施工的重点控制项目，在复杂型钢梁柱节点钢筋连接中，将钢筋连接形式、锚固长度、与搭接板焊接质量、焊缝长度、拧进套筒的丝扣长度等作为验收的主要控制项目。施工过程中应提前验收钢结构安装精度，严格实行三检制；对复杂型钢柱梁柱节点钢筋单独组织验收，合格后方可进行大面积梁板钢筋施工。

5结束语

作为主体结构施工过程中的控制点，本工程劲性结构钢筋与钢结构综合连接施工过程中加强了对钢结构安装的精度控制，提前深化各节点钢筋排布，待钢结构安装就位，钢筋在现场量取尺寸后下料。根据各种型钢梁、柱节点钢筋的不同情况和相应规范及技术规程、图集，针对各节点确定处理方式，采取劲性结构钢筋与钢结构综合连接技术，降低了施工难度，保证了复杂型钢梁柱节点钢筋连接可靠，减少了现场焊接量，加快了施工进度，经济效益良好。型钢梁柱节点单独组织验收，保证了节点施工质量和结构安全可靠。

参考文献

[1]混凝土结构设计规范:GB50010—2010[S].

[2]型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图:12SG904—1[S].

[3]混凝土结构施工详图–现浇混凝土框架柱、梁、剪力墙钢筋构造:14SG903—2[S].

[4]混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图–现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板:11G101—1[S].

作者：姚建兵 石萌 谢群 郭笑冰 单位：北京建工集团有限责任公司总承包部