环形牛腿梁柱施工工法.doc

环形牛腿梁柱连接施工工法华北分公司 蔡利兵1、前言钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点处理是一项新颖的建筑施工技术，它与传统的框架结构不同，采用在钢管柱上增加环形钢牛腿用于抵抗剪力，钢筋混凝土环梁用于抵抗弯矩，先浇筑楼板和钢筋混凝土梁，再浇筑钢管柱内的混凝土。天津滨海国际会议中心工程非地下室区域正负零楼板施工过程中应用了此项施工技术，确保了主体结构的施工质量，总结了一套有效的施工方法，随着以后超高层建筑的发展，此项技术具有较大的推广前途。2、工法特点2.1、施工质量环形牛腿可以在钢柱加工时工厂内加工，环梁钢筋可以先设计出钢筋料表，通过专业的钢管公司定型生产，施工质量可以得到很好的控制。2.2、安全性较高通过对钢筋混凝土梁主筋的优化，不削弱钢管柱的承载力，增加环形抗剪牛腿，在抗剪牛腿上绑扎环梁和框架梁，结构抗震性能更高，能有效保证框架梁内力传递，达到设计要求。且操作人员可以直接站在高支模模板上，施工方便，安全有效。2.3、施工进度施工前编制详细的施工方案，根据工艺流程图组织施工，工序衔接合理，施工效率较高，避免因施工质量出现返工现象，能有效的加快施工进度。2.4、施工成本环梁钢筋工厂大批量定型化加工并编号，比现场劳务分包人员加工质量高，且现场加工还需要购置专业的设备和对操作人员进行培训，环形钢牛腿在钢柱加工时一起加工，精度和质量均比现场高，且现场进行钢结构不规则构件切割施工难度较大，综上所述施工成本能有效降低。3、适用范围适用于钢结构与混凝土组合结构的建筑，如超高层建筑、特种结构以及部分公用建筑。4、工艺原理根据附图1所示，有81根钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接，节点处理采用环形牛腿的梁柱节点处理方法，即：根据附图1中各个梁的标高，在钢管柱加工时增加相应的环形钢牛腿和为悬挑框架梁主筋开孔，钢牛腿采用22mm厚的钢板焊接而成，钢管柱开孔需根据悬挑框架梁的位置和主筋根数开孔，在钢牛腿上绑扎环形梁和框架梁，浇筑框架梁及楼板混凝土，最后采用高抛法浇筑钢管柱混凝土。附图1、一层梁柱平面图5、施工工艺流程及操作要点5.1、工艺流程梁柱节点方案确定环形牛腿加工环梁钢筋加工模板安装梁柱节点钢筋绑扎楼板混凝土浇筑钢管柱混凝土浇筑5.2、操作要点5.2.1、梁柱节点方案确定天津滨海国际会议中心工程中非地下室区域一层楼板区域有81根钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接，梁柱连接节点设计单位一直没有出施工图纸，仅标注参照06SG524中梁柱连接节点，通过我单位技术人员对钢筋混凝土框架梁配筋的核算，优化了框架梁的配筋，同时框架梁主筋采用等截面代换的方式减少主筋根数，但不降低框架梁主筋截面积，采用环梁环形牛腿梁柱连接节点，即：根据一层梁柱平面图中框架梁的位置和标高，在钢柱上增加环形钢牛腿，钢牛腿上方直接绑扎环梁，普通框架梁采用纵筋锚入环梁，悬挑框架梁上部纵筋贯穿钢管柱。详细见附图5.2.1-14。附图5.2.1-1、框架梁环形牛腿梁柱节点图附图5.2.1-2、框架梁环形牛腿梁柱节点剖面图附图5.2.1-3、悬挑框架梁梁柱节点图附图5.2.1-4、悬挑框架梁环形牛腿梁柱节点剖面图1、钢筋混凝土环梁环梁截面高度宜比框架梁高度高50mm，且宜不小于0.5倍钢管混凝土外径，环梁截面宽度宜不小于框架梁截面宽度，且满足框架梁底部纵筋锚固长度，锚固长度应满足GB50010的规定，普通框架梁主筋应锚入环梁，悬挑框架梁上部主筋的50%应贯穿钢管柱，环梁上、下主筋截面积，分别不应小于框架梁上、下最大主筋截面积的0.7倍。2、框架梁纵筋优化根据抗震设计计算要求，悬挑框架梁上部主筋应贯穿环梁和钢管混凝土柱，根据原框架梁配筋，需要在钢柱上开许多孔，对钢柱承载力有影响，故通过计算，将主筋直径加大，悬挑框架梁上部50%的主筋需贯穿钢柱，其余主筋需锚入环梁内，悬挑框架梁下部主筋和普通框架梁主筋均不需要贯穿钢柱，只需要锚入环梁内即可。根据框架梁平面位置和截面高度需对每一个梁柱节点出详细的钢柱加工图纸，便于钢柱开孔和环形钢牛腿加工。3、环形钢牛腿在梁柱节点上增加环形钢牛腿能加强这个节点的抗震性能，通过计算确定环形钢牛腿采用22mm厚的钢板焊接而成，环形牛腿实际是两个圆环组成，圆环内直径为800mm，外直径为1500mm，圆环之间增加竖向加劲肋板，肋板厚度为22mm，材质均为Q345B,肋板间距为300mm。5.2.2、环形牛腿加工由于本工程首层楼层板下有大部分钢框梁和部分钢筋混凝土梁，梁柱节点比较复杂，钢柱加工前均需要对每个梁柱节点出详细的加工图纸，区别钢梁和混凝土梁，对环形钢牛腿的标高必须反复核对，钢柱上开孔精度要求较高，比悬挑框架梁纵筋直径25mm放大1.2倍系数，即大于30mm,小于40mm。开孔的数量为悬挑框架梁上部优化后主筋根数的50%，驻场监造人员必须100%检查。钢柱运至现场后，现场技术人员应立即进行核对，发现不合适的应组织专业人员现场进行整改，整改完成后报监理工程师复查。5.2.3、环梁钢筋加工环梁主筋采用25mm的钢筋，环梁截面宽度不宜小于梁柱节点中框架梁宽度最大值，所以环梁加工前需确定每一个环梁的截面尺寸，编制钢筋料表。考虑到环梁施工方便，将环梁设计为两个半圆，用直螺纹套筒连接。根据环梁钢筋精度要求，决定将加工任务委托给钢管公司，利用特殊的模具，将现场下完料的钢筋加工成圆形，并根据钢筋料表编上号，分批次运至现场库存备用，环梁钢筋运至现场后应立即排人组试装，培训熟练操作人员。5.2.4、模板安装根据高支模施工方案，搭设满堂红脚手架支撑系统，安装模板，考虑到环梁钢筋数量较多，直径较大，加工和安装有一定的误差，模板安装时适当放大梁柱节点处的内尺寸。5.2.5、梁柱节点钢筋绑扎梁柱钢筋绑扎最困难的就是悬挑框架梁上部贯穿钢管柱的主筋，需先安装框架梁上部贯穿筋，对贯穿筋和钢柱接口部分的空隙需用高标号的砂浆嵌缝，绑扎环梁箍筋及梁板筋，其它专业的预留预埋工作穿插进行。5.2.6、楼板混凝土浇筑楼层板混凝土浇筑前，设计、监理及施工单位技术人员需现场进行检查，确认无误后再浇筑混凝土，由于梁柱节点处钢筋较密，应采用坍落度大于180mm的混凝土，采用较细的振捣棒振捣密实。5.2.7、钢管柱混凝土浇筑由于本工程钢柱是分3段安装的，所以钢管混凝土只能待钢柱安装结束后一次性浇筑，本工程为会议中心，绝大部分钢柱柱顶标高为-0.15m，在非地下室区域有3根钢管柱柱顶与钢筋混凝土梁连接，框架梁与钢管柱采用插筋（钢筋笼）的连接方式，详细连接节点见附图5.2.7-1，在楼板混凝土浇筑前，需采用C40高抛免振混凝土浇筑这3根钢管柱，其余的钢管柱混凝土也采用C40高抛免振混凝土，扩展度为60050mm，此混凝土配合比检测报告已通过天津市质量监督机构鉴定确认，钢管柱混凝土浇筑完成后，委托天津市第二十四站检测中心对钢管柱的强度和密实度进行检测，检测结构：会议中心钢管柱混凝土密实度检测采用超声法进行现场检验，检验结果未发现异常点，按照CECS 21:2000超声波检测混凝土缺陷技术规程检测依据，幅度平均值为35.67dB，幅度异常判断值为29.93dB，均满足设计要求。附图5.2.7-1、钢管混凝土柱的顶端节点6、材料与设备附表6-1、主要材料计划表序号名称材质单位数量备注1抗剪环Q345B套812三级钢25mmt129.5附表6-2、主要设备机具表序号名称规格单位数量备注1电焊机台52混凝土振动棒台103手电钻30孔台3附表6-3抗剪环板加工数量表序号名称规格单位数量备注1抗剪环(加强环)700400环*300*22块149整圆为一块但分为两半做2肋板491*300*12块104所有钢板采用Q345B256*300*12块5447、质量控制7.1、抗剪环板的加工厂应保证外环曲线光滑、无裂痕、刻痕，并做好坡口，材质符合设计要求、加工尺寸精度要高。钢材表面要进行喷砂防锈处理，除锈等级符合GB8923-88规定的Sa2.5级，表面无油污，清洁。7.2、抗剪环板的安装，位置准确、焊缝饱满，环板全溶透焊接。竖向加劲板与上下盖板角焊，焊角高度8mm。7.3、梁柱连接节点的环筋安装完后，对直螺纹连接有滑丝大于2扣的需对接头焊接封闭。7.4、环筋在遇到有钢梁接头的竖向接头板时，采取环筋断开，并直接双头焊与竖向接投板上。7.5、钢管柱混凝土的要求为C40无收缩混凝土，采取使用矿渣水泥或灰水泥配置，并加膨胀剂，小于0.45水灰比的商品砼，具体见钢管混凝土施工技术要求。8、安全措施8.1、柱梁连接节点安装前做好安全技术交底，特殊工种持证上岗。8.2、高空作业必须挂好安全带，安全带高挂低用。8.3、节点安装前搭好施工用脚手架，检查可靠后使用。8.4、节点抗剪环焊接时，周围不许有可燃物质，需设专人防火，并备消防器材，灭火器等。8.5、遇到六级以上大风时，禁止室外高空作业，雨后应先清扫施工现场，面层不滑后再进行施工。8.6、电焊、气焊作业应注意焊机、氧气瓶、乙炔瓶摆放位置，不许太远，注意电焊二次接线，要有序、安全。9、环保措施现场设置环形硬化道路，对卫生实行责任分区，定期检查，设置可回收利用和不可回收利用的垃圾站，分类处理各种建筑垃圾。10、效益分析通过对梁柱节点的提前设计，把比较困难的技术问题提前消化，分解各个工序，将精度和难度较大的工序安排在工厂加工，对施工质量了有了保证，大批量定型化加工也降低了施工造价。对于工期超级紧张的滨海国际会议中心，梁柱节点优化成为了本工程的有一个亮点，大大加快了主体结构施工进度，也为150天完成滨海新区十大战役之首的一号工程贡献了一份力量。11、应用实例天津滨海国际会议中心工程，建