浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点施工工法.docx
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浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点施工工法
浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点施工工法
中建三局建设工程股份有限公司成分都公司
张兴志赵云鹏马卫华杜福祥武雄飞
1前言
随着城市的发展和改造，城市化建设的加快，越来越多位于城市的中心地带的重大工程都已不仅仅追求高度、体量，同时还力求创造出自己独特的建筑形态与人文内涵。
这些工程建筑型体奇异，立面装饰材料独特。
建筑奇异的外形特征给结构设计带来了很大挑战，钢与混凝土的组合结构以其经济效益好、受力合理的优势得到越来越多的应用。
清水混凝土则凭借其天然、厚重的质感以及不剔凿修补、不抹灰的“绿色”优势得以快速发展，成为越来越多建筑师的首选。
然而，组合结构节点处型钢与钢筋、钢筋与钢筋之间相互穿插、连接问题以及混凝土的浇筑问题一直是施工当中的重点与难点，而清水混凝土对于混凝土成型质量要求又极为苛刻。
随着型钢混凝土组合结构及清水混凝土越来越多的采用，寻求一种合理的施工方法已经成为清水混凝土组合结构施工的当务之急。
成都来福士广场项目工程外立面为大面积浅色清水混凝土，同时建筑师为考虑建筑群的“通透性”，对各塔楼立面进行了切割，导致五栋塔楼均呈不规则形态。
为解决不规则结构的受力问题，结构设计过程中在外立面存在许多斜撑构件。
这些斜撑构件与梁、柱一起，形成了大量多构件相交的组合结构复杂节点。
中建三局股份公司结合该工程实际情况开展了科技创新攻关，形成了浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点综合施工技术，由于其在处理型钢混凝土组合结构节点施工、清水混凝土复杂节点浇筑等方面效果明显，质量可靠，取得了明显的社会效益和经济效益。
2工法特点
浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点施工工法具备以下几个方面的显著特点：
1钢筋与型钢之间连接方式合理，连接可靠。
2钢筋与钢筋之间穿插合理，钢筋骨架定位准确，为混凝土，尤其是清水混凝土面预留出足够的保护层厚度。
3节点区混凝土浇筑密实，清水混凝土表观质量良好。
4现场施工操作性强，施工速度快。
3适用范围
本工法适用于型钢混凝土组合结构节点施工，对清水混凝土结构节点施工也具有借鉴意义。
4工艺原理
浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点施工是对节点区钢筋与型钢之间连接方式、钢筋与钢筋之间的穿插方式进行设计、加工、安装，以及节点区混凝土浇筑、养护，现场管理等多道工序精心控制的产物。
5工艺流程及操作要点
5.1施工技术准备
1根据设计要求以及规范要求，通过现场制作1:
1节点样板找出施工难点。
2进行图纸会审，针对样板施工中暴露的问题对图纸进行优化设计。
湖北省省级工法HBGF150-2010、局级工法GF/30335-2010
3与建设、监理、设计单位就钢筋与型钢之间的连接方式、连接器选择原则、材质等进行协商，确定节点区深化设计的原则。
浅色清水混凝土组合结构多构件交叉复杂节点施工工法
4对节点区钢筋排布、钢筋与型钢连接方式、型钢本体进行深化设计，并报送设计、监理审查。
5将深化设计原则、设计图纸整理成套，并进行详细的施工技术交底。
5.2作业条件准备
1在现场按照施工图纸选择典型节点做样板大样，通过样板对钢筋穿插、连接器选择、加劲板形式以及施工工艺等进行验证，积累相关经验后进行详细的技能培训和技术交底，使每名施工人员都熟悉操作规程和职责。
2各节点钢筋排布、钢筋与型钢连接方式、型钢本体深化设计已经完成，并得到设计师认可，构件内型钢在现场定位满足要求。
3所有物资、机具、人员都准备完毕，现场具备施工条件。
5.3施工工艺流程
5.4复杂节点深化设计
5.4.1深化设计的原则
1深化图中钢筋排布在扣除保护层厚度后应尽量均匀。
梁纵向筋之间的净距一般不少于30mm并不小于1.5d，；柱纵筋之间的净距不小于50mm并不小于1.5d。
2当梁、柱、斜撑钢筋在节点处受其他构件内型钢阻挡或其他方向钢筋阻挡无法按照原图纸要求穿插时，可以对钢筋进行调整，一般情况下只对梁钢筋进行调整。
钢筋调整时应优先考虑调整钢筋排布，特别注意尽量保持节点钢筋贯通。
如确需对钢筋直径作出代换，需要遵循等强代换的原则。
同时尽量只代换支座钢筋，贯通筋不做调整。
3在设计中型钢一般位于构件中部，当梁钢筋的排布受柱、斜撑的阻挡时应优先按照两边对称的原则与型钢钢骨连接。
4梁、柱、斜撑纵筋的排布要注意保护层的要求，尤其是清水混凝土保护层的要求。
5箍筋在型钢上穿孔的排布时需要避开型钢焊缝位置。
梁、柱、斜撑节点处需注意各个构件箍筋穿孔，避免遗漏。
6在型钢本体深化过程中要注意混凝土浇筑、振捣的需要，选取合理的加劲肋形式或在加劲肋适当部位预留混凝土浇筑孔。
5.4.2钢筋深化设计
1钢筋与构件内型钢穿插或连接形式选择
型钢混凝土钢筋穿插的深化设计采用五种方法解决此问题，即：
钢筋绕过型钢、钢筋伸至型钢边弯锚、钢筋穿过型钢腹板、钢筋与型钢通过连接板焊接连接、钢筋与型钢通过焊接套筒连接。
1）钢筋绕过型钢：
适用于钢筋能绕过型钢或钢筋按照筋按照最大1:
6弯折后能绕过型钢的情况，一般情况下构件的外排钢筋多能符合此要求。
钢筋绕过型钢，则型钢混凝土钢筋穿插问题即转化为普通钢筋穿插的问题，只需考虑钢筋与其他构件钢筋之间的相互穿插关系即可。
此类处理方式对钢筋加工要求低，钢筋没有与型钢的连接关系，施工简便，因此条件允许时应优先采用。
如图5.4.2-1。
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图5.4.2-1钢筋绕过型钢
2）钢筋伸至型钢边弯锚
这类处理方式仅适用于梁筋，当梁筋伸至型钢边直锚长度大于0.4Lae时可以采用此类处理方式。
此类处理方式会导致节点区钢筋密集。
当梁筋为两排时，可采用上排钢筋向上弯锚，下排钢筋向下弯锚的方式进行处理，避免钢筋过于密集。
但有多向梁在节点相交时，梁筋伸至型钢边弯锚后可能会对其他方向钢筋穿插造成影响。
如图5.4.2-2。
图5.4.2-2钢筋伸至型钢边弯锚
3）钢筋穿过型钢腹板
这类处理方式适用于钢筋穿插位置与型钢腹板相交并且直锚长度不够时或钢筋穿过型钢后可贯通排布的情况。
腹板应在构件加工厂采用机械开孔。
考虑现场使用带肋钢筋的实际情况及施工误差需要，常用钢筋穿孔孔径一般如下表5.4.2-1所示：
表5.4.2-1钢筋穿孔孔径表
钢筋直径（mm）
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
穿孔直径（mm）
15
18
20
22
24
26
28
32
36
40
注：
当钢筋穿插方向与型钢腹板方向斜交时，穿孔直径应适当放大。
考虑型钢腹板对于保持柱型钢的整体刚度和稳定性起着重要作用，一般其穿孔率不得大于25%，当穿孔率大于25%时需要对型钢腹板采用局部加厚的方式进行补强处理，加厚板与型钢构件需要有可靠连接。
如图5.4.2-3。
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图5.4.2-3钢筋穿过型钢腹板
4）钢筋与型钢通过连接板焊接连接
适用于构件型钢外边缘距离混凝土外边缘距离较大的情况。
为避免连接板伸出后阻挡与其垂直方向的纵向钢筋，仅当满足以下条件是才能选用此类连接方式：
L+d+ha+10mm（施工误差）≤D
其中：
L--连接板长度；
d--连接板垂直方向的纵向钢筋直径；
ha--纵向钢筋保护层厚度；
D--型钢外边缘距离混凝土外边缘距离。
图5.4.2-4型钢梁截面
连接板长度确定：
钢筋与连接板之间通过双面焊接连接，焊接长度为5d，再考虑焊接时起弧、灭弧长度（各10mm），以及钢筋下料长度误差，连接板长度设计如下表5.4.2-2所示：
表5.4.2-2连接板长度设计表
连接钢筋直径（mm）
连接板长度（mm）
22
140
25
160
28
180
32
200
注：
当钢筋另一端采用焊接套筒与型钢连接时，连接板长度还需加上焊接套筒长度。
连接板宽度确定：
当连接板与型钢翼缘连接时与型钢翼缘板相同；当连接板与型钢腹板连接时根据需要连接的钢筋情况确定，一般与腹板宽度相同。
连接板厚度：
设计要求连接板厚度为20mm，采用与型钢本体同材质的Q345B钢板。
为了保证连接钢板与柱型钢翼缘板的连接质量，连接钢板均在构件加工厂与型钢焊接，焊接采用坡口融透焊，焊缝等级不得低于二级。
特别需要注意的是，由于连接板需要在加工厂与型钢预先焊接好，当需连接的钢筋有两排时，只能一排使用连接板连接，另一排采用其他方式。
否则两排连接板之间连接的钢筋多于一根时，钢筋与钢筋之间的焊缝现场无法焊接。
如图5.4.2-5。
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图5.4.2-5钢筋与型钢通过连接板焊接连接
5）钢筋与型钢通过焊接套筒连接
适用于构件型钢外边缘距离混凝土外边缘距离较小的情况。
采用的套筒为专用的焊接套筒，套筒钢材为不低于Q345B的低合金高强度结构钢。
焊接套筒长度为40mm，一端预制为45°坡口，用于与型钢焊接连接，另一端与普通直螺纹套筒相同，用于与钢筋连接。
焊接套筒均在钢构件加工厂与型钢焊接，现场施工中只能旋转钢筋将钢筋与套筒丝扣相扣，因此在深化设计中应避免构件同一根钢筋两端均采用焊接套筒与型钢连接的情况。
考虑套筒与型钢连接时焊缝需要，深化设计中套筒与套筒之间净距不得少于30mm，套筒边缘距离型钢边不得少于25mm。
焊接套筒与型钢翼缘焊接连接后两者垂直相交，因此仅钢筋穿插方向与翼缘方向正交时可以使用套筒连接。
如图5.4.2-6。
图5.4.2-6钢筋与型钢通过焊接套筒连接
考虑套筒与型钢连接时焊缝需要，深化设计中套筒与套筒之间净距不得少于30mm，套筒边缘距离型钢边不得少于25mm。
焊接套筒与型钢翼缘焊接连接后两者垂直相交，因此仅钢筋穿插方向与翼缘方向正交时可以使用套筒连接。
2钢筋与钢筋之间的穿插
钢筋与钢筋之间穿插主要存在于钢筋绕过构件内型钢后与其他方向钢筋的穿插，此时由于构件内很大一部分截面已经被型钢占据，再扣除钢筋的保护层厚度（其中清水面需要按照35mm考虑）剩余钢筋穿插的空间十分有限，当梁、斜撑单排钢筋较多时，采取增加钢筋排数的方式，当梁、斜撑高度小于等于800mm时，钢筋可以排布两排，当梁、斜撑高度大800mm时，钢筋可以排布三排。
当节点区钢筋过于密集，调整钢筋排布后仍然无法穿插时，将柱纵筋进行并筋处理，形成钢筋束，但此做法对钢筋与混凝土之间粘结锚固强度有所影响，需要设计院进行复核。
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5.4.3柱内型钢加劲肋设计
1工字型截面型钢柱，如图5.4.3-1。
图5.4.3-1工字型截面型钢柱
2T字型截面型钢柱，如图5.4.3-2。
图5.4.3-2T字型截面型钢柱
5.5复杂节点钢筋施工
1型钢定位控制
型钢混凝土组合结构施工中，构件内型钢一旦发生偏位，将对钢筋穿插造成极大影响。
可能导致深化设计中绕过型钢的钢筋无法通过，与套筒连接的钢筋因套筒偏移不得不随之偏位等一系列问题，在施工过程中，有以下问题特别需要注意：
1）支设模板不能以型钢为支点调整，模板加固时如需设置对拉螺杆的应避开型钢，更不能将对拉螺杆直接焊接在型钢上，如确需通过型钢的，应提前进行开孔。
2）施工过程中保护好的缆风绳、倒链等临时固定设施，不得随意拆除。
3）竖向构件浇筑时，混凝土尽量对称下料、对称振捣。
2节点区钢筋穿插
1）节点区按照柱纵筋、斜撑纵筋、梁纵筋的顺序按钢筋深化图进行穿插。
柱纵筋在进入节点区之前需要提前调整好定位，避开梁、斜撑型钢位置。
2）完成柱、斜撑纵筋穿插后在节点区之下预留四至五道箍筋不予绑扎，以便在梁纵筋穿插时调整柱、斜撑纵筋位
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