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箱型钢柱与多排混凝土梁纵筋连接技术研究

2024-07-17 61 上传者：管理员

摘要：结合实际工程案例，通过研究多排混凝土梁纵筋与箱型钢柱连接技术原理和施工工艺，设计了一种新型的箱型钢柱与多排混凝土梁纵筋相连的连接板结构，其对工程质量和加快施工进度、节约施工成本等方面都具有重要意义，通过研究以期为类似工程提供参考。

关键词：
医疗服务
多排混凝土梁纵筋
新型连接技术
钢柱
钢筋混凝土框架
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1、工程概况

北京某医院工程是当地重要的医疗服务配套工程，本工程由医疗综合主楼、液氧站等7个单体建筑组成，总建筑面积98 932.22 m2。医疗综合楼基础采用筏形基础，地下部分为钢筋混凝土框架结构，地上结构形式采用钢框架结构，钢框架柱在负一层嵌固。

2、工程重点与难点

医疗建筑比一般民用建筑的抗震要求更严格，因为医疗建筑属于防灾救灾建筑，因此医院建筑的抗震措施、构造设计和施工标准均要求严格，混凝土和钢筋用量比以往普通常规项目要大得多。

本工程为满足抗震需要，设计有100根屈曲约束支撑，存在大量的两排以上梁筋与钢柱连接的情况，部分混凝土梁与钢柱斜交，传统的连接方法已经不能适用，研究一种安全可靠，施工简便的连接形式对保证工程质量和节约施工成本等方面都具有重要意义。

3、多排混凝土梁纵筋与钢柱新型连接技术

3.1技术背景

目前钢结构建筑中，普遍采用组合构件的方式与混凝土结构连接。现有图集和规范中，连接钢构件和钢筋的方法主要有穿孔避让、焊接套筒、焊接搭筋板3种方法，但是上述图集中一般没有给出作法，只给出了混凝土梁上、下各一层遇钢柱的施工作法。在施工中存在上下铁两层或多层钢筋遇劲性钢柱的复杂施工情况。例如箱型钢柱两侧开孔钢筋难以穿过，钢板开孔穿筋在钢筋过密的情况下会极大削弱钢构件，最终将会影响结构受力等。

3.2技术概况

怀柔医院地上为钢框架结构，通过组合柱与地下室连接，存在大量的两排以上梁筋与钢柱连接的情况，部分混凝土梁与钢柱斜交，传统的连接方法已经不能适用，研究一种安全可靠、施工简便的连接形式对保证工程质量和节约施工成本意义重大。

原设计支撑节点与混凝土梁采用预埋钢板双夹板的设计作法，此种预埋由于预埋件两侧均为钢板，无法在混凝土构件钢筋完成后进行预埋，如果先进行预埋件施工，混凝土钢筋同样施工困难。

3.3连接技术的选择

在施工的过程中，型钢柱、梁的翼缘不能被钢筋穿过，并且钢筋也不能直接与型钢焊接，如果型钢的腹板需要开孔，开孔造成的截面缺损率应小于25%腹板面积，如果大于25%腹板面积，需要采取适当的补强措施。在施工中使型钢混凝土柱和梁的连接节点实现“强节点、弱构件”的理念是十分重要的。

典型节点处理方式为梁纵筋贯通式、加焊钢筋连接器、加焊钢筋连接板、钢筋加腋错开式。针对不同的工程，如何选择合适的连接节点，如何根据工程特点，在常规设计基础上进行优化和改良，提高工程施工的效率，是需要探索和思考的问题。通过对加焊钢筋连接器进行优化改良和加焊钢筋连接板进行优化改良，并对这两种方法进行对比，以选择出适合本工程的连接方法。

3.3.1套筒和连接板交错设置的连接方法

本工程设计了套筒和连接板交错设置的连接方法。节点立面示意如图1所示。这种连接方法主要应用于梁的下铁有两层钢筋的情况，此时可以采用一层钢筋的一端采用5 d搭接板搭接焊，另一端采用套筒进行螺纹连接的方式；二层钢筋的两端连接方式与一层钢筋颠倒。当遇到梁的上铁有二层钢筋时，此时可以采用一层钢筋的一端采用5 d搭接板搭接焊，另一端采用套筒进行螺纹连接的方式；若二层的钢筋不是通筋，那么可以把钢筋断开，两端均采用套筒进行螺纹连接的方式。

图1节点立面示意

通过上述连接方式，可以减少或者避免柱纵筋与搭接板、柱箍筋与钢托座腹板、墙竖向分布筋与搭接板互相碰撞的情况发生。当该方法对焊接套筒的位置精度要求高，无论是工厂预制还是现场焊接都容易出现套筒位置偏差的情况；并且钢柱焊接套筒在梁柱斜交的情况下更加难以实现；钢筋一端需要车出螺纹与套筒连接，故增加了钢筋加工的工作量及工程成本。因此该连接方法不适合本工程，故选择出适合本工程的连接方法，需进一步进行研究。

3.3.2多排混凝土梁纵筋与钢柱新型连接技术

本工程结合实际工况，针对多排梁钢筋与钢柱连接，设计了一种新型的连接板结构，主要包括4个连接板，连接上板、连接下板和侧面竖向筋板，四块连接板均与钢柱壁板全熔透焊接。梁纵筋与连接板结构焊接，以完成钢筋传力。

节点连接三维示意如图2所示。

图2节点连接三维示意

本节点在对应混凝土梁纵筋上下铁位置，分别设置4块连接板，包括连接上板、连接下板、侧面竖向筋板。连接上板厚度同对应钢筋直径，长度不小于6 d，宽度同混凝土箍筋内边，通过全熔透焊缝与钢柱焊接，与钢筋采用双面搭接焊；连接下板厚度同对应钢筋直径，长度不小于12 d，宽度同混凝土箍筋内边，通过全熔透焊缝与钢柱焊接，与钢筋采用双面搭接焊；侧面竖向筋板与水平上下两块板和钢柱焊接，与梁纵筋内表面贴合，厚度同对应钢筋直径，长度同连接上板，高度为2×d×N(d钢筋直径，N钢筋排数），与钢筋采用双面搭接焊。

本连接方法优势具体如下：通过在水平连接板合理设置穿筋孔，避免柱纵筋截断，保证混凝土柱筋受力；通过设置上下两块水平搭筋板，避免了钢筋仰焊，方便施工；通过设置竖向加劲板，对水平连接板进行加强，同时可焊接梁两排以上的钢筋，实现两排以上梁钢筋连接要求。本工法是一种既施工方便又能保障安全的节点构造，对提高工程质量和节约施工成本都具有良好的效果。除此，还增强了钢筋与钢柱焊接搭筋板适应性较强，但需要解决好多排梁筋连接问题，及图集中仰焊的做法难以实现的问题。

采用多排混凝土梁纵筋与钢柱新型连接技术的单个节点经济效益对比分析如下：三层连接板：连接板重160kg，材料单价8 000元/t,1 280元，人工消耗1.5工日，每工日400元，人工费600元，材料和人工合计1 880元。新型连接：连接板重120kg，材料单价8 000元/t，费用合计：960元。人工消耗1工日，每工日400元，人工费400元，材料和人工合计1 360元。单个节点可省520元，本工程需要进行多排钢筋与钢柱连接，其节点共计190个，采用新型连接节点后可节约9.88万元。因此，确定此连接方法为本工程的多排混凝土梁纵筋与钢柱的连接方法。

4、搭接板连接质量控制要点

4.1钢筋搭接板与钢柱焊接连接板的连接要点

根据16G519《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》中对钢筋搭接板与钢柱焊接连接板的连接要点进行了规定，当采用“T”形焊接时，优先推荐采用单破口或双破口全熔透等强焊接的方式，焊缝的质量要求达到一级，进行焊后超声波无损探伤时等级至少达到Ⅱ级。

4.2焊接规定

钢筋与钢板搭接焊时，焊接接头应符合下列规定：钢筋搭接焊焊条或焊丝应满足JGJ 18—2012《钢筋焊接及验收规程》中匹配的焊材型号；HPB300钢筋的搭接长度l≥4 d(d为钢筋直径），其他牌号钢筋搭接长度l≥5 d；焊缝宽度b≥0.6 d，焊缝有效厚度S不得小于钢筋直径的35%；焊接产生的焊渣要及时清理，焊缝表面要求保持光滑，焊缝余高的要求为平缓过渡，弧坑要求为填满。连接板搭接焊如图3所示。

图3连接板搭接焊示意

4.3焊接要求

(1）当风速大于8 m/s时的焊条电弧焊和风速大于2 m/s时的二氧化碳气体保护电弧焊，均应采取挡风措施；雨雪天焊接作业时，需采取遮蔽措施；焊后接头未冷却时，不得接触雨雪，同时应采取防滑及防触电保护措施；焊接作业区的相对湿度应不大于90%。

(2）当采用的焊接方式为电弧搭接焊时，第一层焊缝从中间开始向两边进行；其余的各层焊接进行控温施焊，温度控制在150℃<层间温度<350℃之间；多层施焊时可采用回火焊道施焊；当温度低于–20℃时，各种焊接都不得进行。

(3）钢筋安装的偏差检查方法应依据GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》中第5.5.3条相关规定执行。

(4）焊接完成应对焊缝的外观质量逐个进行检查：检查焊缝有无有气孔、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，发现缺陷应立即补焊；焊缝外观应保证均匀、饱满、过渡平滑，任意25mm长度内，焊缝表面高低差值应不大于2mm，焊脚尺寸要求偏差为0～3mm。

5、结论

通过本研究成功解决了该工程施工中箱型钢结构柱与多排梁钢筋相连的难题，保证了工程质量，加快了施工进度，降低了建设成本，并提高了劲性结构的制作和安装效率。以期为类似钢柱与多排梁钢筋相连提供思路和参考。

参考文献:

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[2]王卫东,王皓.建筑工程中钢筋加工及连接施工技术简述[J].中国新技术新产品, 2018(2):82–83.

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