梁-柱刚性节点（共4篇）
梁-柱刚性节点 篇1
摘要：主要介绍了方钢管混凝土柱—钢梁半刚性节点连接的各种形式及其各自优缺点, 总结了节点及半刚性框架的试验和理论研究现状, 为半刚性连接节点的应用提供了合理有效的依据。
关键词：方钢管混凝土,钢梁,半刚性连接,节点
0 引言
钢管混凝土是由钢管和混凝土共同承受荷载的一种组合形式, 其充分发挥了钢和混凝土各自的长处, 具有承载力高、延性好、经济效益好及施工方便等特点[1]。虽然方钢管混凝土的强度要稍低于圆钢管混凝土, 但方钢管混凝土的外形比较规则, 在梁柱连接时施工方便, 可以缩短工期, 除此之外, 方钢管混凝土的惯性矩大使其在弯曲荷载作用下具有良好的稳定性能[2]。
传统的钢框架设计理论均为将梁柱连接节点简化为理想化的完全刚接或者铰接。在竖向荷载作用下, 刚接组合框架正弯矩将小于负弯矩, 故刚接组合框架梁跨中截面不能充分发挥作用;而铰接组合框架在竖向荷载下梁的跨中承受很大的正弯矩, 而梁端不承受负弯矩, 这样使得梁端截面不能发挥作用, 导致材料的浪费。为了克服刚接和铰接框架的缺点, 可将梁柱节点设计成为半刚性连接, 使梁端负弯矩和跨中正弯矩与相应的弯矩承载力匹配, 从而使梁端与跨中截面均充分发挥作用, 进而节约钢材, 同时梁端具有较强的转动能力, 更容易满足结构的抗震要求。
1 半刚性连接的形式
在往复荷载作用下, 半刚性的连接节点具有较稳定的滞回性能和优良的耗能能力, 是理想的抗震结构之一[3]。方钢管混凝土柱与钢梁半刚性节点主要是通过摩擦型高强螺栓或者连接件连接起来。
1. 1 高强螺栓连接
高强螺栓连接分为不贯通式和贯通式, 不贯通式连接即是螺栓先焊接在柱壁上, 同时端板焊在钢梁上, 最后通过高强螺栓完成梁柱的连接。该种连接方式具有构造简单, 节点无需加强, 经济效益好等优点, 且其施工方法与普通钢筋混凝土柱梁相似。但螺栓与柱的焊接施工工艺要求很高, 而且很容易造成钢管柱壁局部屈曲, 所以在实际工程中应用较少。不贯通式端板连接[3]平面图与剖面图如图1所示。
贯通式连接是将长高强螺栓贯穿柱身与已经焊接端板或T型钢的钢梁连接起来。该连接方式刚度较大, 具有好的延性和抗震性能。同时, 该类节点良好地实现了在工厂使用焊接, 在工地使用螺栓连接, 从而使施工更加便利。
1. 2 连接件连接
目前所用的连接件主要有端板, T型钢和角钢[4]。
端板连接是最常用的梁柱连接形式, 其原理是先将端板与梁焊接后再与柱的翼缘通过高强螺栓连接在一起, 端板的主要作用是将梁端反力传给柱子。而在实际应用中端板连接根据端板的高度与梁高的关系分为短端板, 齐平端板和外伸端板连接。端板的高度低于梁高为短端板, 端板的高度与梁高相等为齐平端板, 若高于梁高则为外伸端板。从对转动的约束能力来看, 外伸式要大于齐平式。与其他连接形式相比, 端板连接的抗转动刚度要大, 端板连接对构件制作的要求非常高[5]。
T型钢连接是在钢梁上下翼缘的外侧用高强摩擦型螺栓使T型钢与梁柱相连, 现阶段T型钢主要采用的是短T型钢, 是半刚性连接中刚性最大的, 若同时在梁腹板加角钢与柱连接时可被认为是刚性连接。
角钢连接同T型钢连接相似, 即在钢梁的上下翼缘处用螺栓固定角钢来完成梁柱的连接。该种连接构造简单且施工速度快。角钢连接[3]平面图与剖面图如图2所示。
总的来说, 半刚性连接节点刚度灵活, 受力优越, 已逐渐被实际工程所应用。
2 研究现状
目前, 国内外对半刚性连接节点主要集中在以下几个方面:1) 寻求一种既简便又实用的半刚性连接形式; 2) 以单独的半刚性节点试验为依据, 探讨其在实际框架中的工作性能; 3) 研究由构件向体系转变。现有钢管混凝土半刚性连接框架试验较少, 有些学者通过对半刚性连接钢框架和赋予半刚性性质的外加强环式节点钢管混凝土组合框架的荷载—位移曲线进行模拟研究钢管混凝土半刚性连接组合框架的静、动力性能。
2. 1 理论研究现状
在理论方面主要集中研究半刚性连接节点承载力的计算方法、通过有限元分析其受力性能等。
早在1996年英国的Alostaz和Schneider[6]在基于节点试验研究的情况下通过有限元的方法分析了轴压比对钢管混凝土柱—钢梁外加强环节点的性能影响。
2005年周天华等人[7]结合CECS 159∶2004矩形钢管混凝土结构技术规程的设计规定, 给出了方钢管混凝土柱—钢梁节点在不同抗震设防烈度下节点受弯、受剪的计算公式。并通过建立钢“框架—剪力墙”和混凝土“斜压短柱”的受力模型得出了能够反映轴压比影响的节点核心区受剪承载力叠加计算公式。
2006年杜喜凯等人[8]对矩形钢管混凝土半刚性连接节点—双T板节点进行了三维建模, 考察了轴压比等参数对滞回性能、延性等受力性能的影响, 同时通过试验观察节点的屈服原理。通过有限元模型与试验结果相对比, 二者结果相符, 最后模拟了在不同轴压比下柱顶水平荷载—位移骨架曲线, 从曲线中可看出当荷载达到峰值后有较长一段的加强段, 则可得知双T板具有较好的延性。节点试件的柱顶水平荷载与位移曲线如图3所示。
2012年夏磊[4]研究了钢管混凝土半刚性连接组合框架的静力性能和动力性能, 通过分析竖向及水平荷载对半刚性连接平面组合框架模型的影响, 得出随着节点转动刚度的增大, 在钢管混凝土半刚性连接框架中, 梁端弯矩增大, 框中弯矩和挠度均减小。又通过分析地震作用下的钢管混凝土半刚性连接组合框架, 得出随着节点刚度转动刚度的减小, 结构底层最大剪力减小, 结构自振周期增大。
综上可看出理论研究从一开始的静力分析到后来的动力特性分析, 再到有限元分析、参数分析, 对半刚性连接节点研究考虑的因素越来越多, 研究也越来越细致。
2. 2 试验研究现状
1993年Mmorino等人[9]进行了方钢管混凝土柱钢梁贯通节点的拟静力试验, 试验结果得到在弯矩作用下节点具有更好的耗能能力。1999年France等人[10]对钢管混凝土柱钢梁端板螺栓连接节点进行拟静力试验, 试验结果与方钢管柱节点对比得出节点刚度、强度提高而延性降低, 破坏形式均为螺栓拔出。2004年Ricles等人[11]对10个足尺的方钢管混凝土柱—钢梁的内隔板节点、T型钢加强梁翼缘节点、T型钢螺栓连接节点进行低周反复荷载试验。由试验可知T型钢加强梁翼缘节点和T型钢螺栓连接节点满足“强柱弱梁”原则。除此之外T型钢螺栓连接节点能够很好的增强螺栓孔的强度, 防止破坏, 减少滑移。
而在理论并不完善的初期, 我国则先从理想化的刚性节点着手研究。1999年在我国同济大学余勇、吕西林等人[12]对方钢管混凝土柱钢梁带内隔板十字形连接节点进行了研究, 对十字形构件进行静力拉伸, 最后大部分是梁的翼缘被拉断, 所以柱—钢梁连接处的极限承载力没能得出, 但根据屈服线理论提出了此类节点受拉承载力的计算公式具体机制原理如图4所示。在此基础上, 2002年天津大学赵莉华等人[13]在进行内隔板式节点拉伸试验时对余勇等人提出的受拉屈服承载力方程进行了验证。梁柱连接的M—θ曲线见图5。
2004年宗周红[14]将研究落到半刚节点上, 对矩形钢管混凝土加劲端板和双T板连接节点的柱端进行低周反复荷载拟静力试验, 对比二者在不同轴压比作用下对破坏机制、滞回曲线等的影响。经过试验对比发现二者破坏现象基本相同, 均是钢梁的翼缘先发生屈服紧随其后的是钢梁的腹板, 而柱从始至终未发生屈服, 实测状况如表1所示。同时得出轴压比对转角滞回曲线的影响较峰值荷载要小, 且对于峰值荷载而言, 高轴压比试件要大于低轴压比试件。
2005年叶康[15]对钢框架半刚性连接的弯矩—转角关系进行了总结, 论述了几种常用的梁柱连接特性, 并且给出了能够模拟连接特性的计算公式。同时明确半刚性受力性能对结构的承载力和变形都有较大的影响, 所以确定半刚性连接的约束关系对半刚性连接框架至关重要。如图5表示出了几种常用的半刚性连接的弯矩—转角曲线, 模拟连接特性的计算公式如下:
多项式模型:
其中, K为取决于连接类型和几何尺寸标准化参数; C1, C2, C3均为曲线拟合常数。
幂函数模型:
其中, a, b均为曲线拟合参数, a > 0, b > 0。
其中, Rki为初始连接刚度; Mu为连接的极限弯矩承载力; n为曲线的形状参数。
指数模型:
其中, M0为拟合的连接弯矩初始值; Rkf为连接应变硬化刚度; a为标量系数; Cj为由曲线回归分析求得的曲线拟合常数。
在接下来几年, 许文蓓等人[16,17,18]提出了穿心高强螺栓—Π型板节点, 并对其抗震性能进行研究, 分析了受力性能的影响因素等。从单向加载静力试验到对节点循环加载试验, 这些结果不仅能很好的证实理论研究而且可以为半刚性连接节点的应用提供有效的依据。
3 结语和期望
在荷载作用下, 节点实际连接性能更接近于半刚性连接, 因此近年来对半刚节点的研究越来越多。已有研究表明半刚性连接考虑了节点区域变形的影响, 使杆件内应力集中得到缓解, 同时半刚性连接具有良好的耗能性能, 延性要比其他连接形式好很多。当然在半刚性连接节点具有以上优点的同时也存在着很多有待解决的问题:
1) 由于不同形式的半刚性连接节点受力性能不同, 且目前对各类半刚性节点研究不够系统成熟, 因此, 我国规范还未能对其进行详细规定。
2) 现阶段各种半刚性连接方式处于单独研究过程中, 并未对研究结果进行统一分析。同时, 由于半刚性连接节点形式的多样性和复杂性, 造成了半刚性节点广泛应用受阻, 因此要想大量实际使用有待进一步研究。
3) 现已提出的新型半刚性连接节点需要做大量的试验及有限元分析, 从而确定其精确的M—θ曲线。
4) 现有研究主要集中于半刚性连接节点, 并用节点试验推测其在真实框架中的性能, 但推测能否反映真实情况, 有待进一步研究; 目前, 虽然有学者做过框架试验, 但这类试验数量较少, 试验数据有限, 所以不能进行系统化推测。
5) 现有半刚性连接节点形式均具有各自不同程度的缺点, 需要进一步探讨更合理, 受力性能更优越, 施工更加便捷的连接形式。
型钢柱与混凝土梁节点做法分析 篇2
钢作为建筑材料开始广泛运用在高层、超高层建筑的施工中。钢作为建筑材料, 具有高强、延展性能好的优点, 也具有耐久性、防火性能差的缺陷。为更好的发挥钢的优势, 节省材料的使用, 型钢混凝土结构应运而生。
1 型钢混凝土梁柱连接做法
型钢混凝土组合结构不断发展, 对于型钢柱与混凝土梁的连接形式做法的研究也不断深入。将型钢柱与混凝土梁两种不同的结构形式构件在节点处有效组合, 其内力传递比纯钢结构或钢筋混凝土结构更为复杂, 同时具有两种结构形式的特点[1]。考虑节点性能可靠及施工可行性, 目前常见的型钢柱与混凝土梁的连接做法为如下五种[2]:
1) 设穿筋孔。即在柱钢骨腹板上对应梁纵筋位置留设穿筋孔, 使梁纵筋不间断直接穿过柱钢骨。穿筋孔位置根据梁底标高、梁面标高、梁保护层厚度及正交方向梁钢筋上下关系确定, 并于钢骨加工时预留。2) 钢筋接驳器。钢筋接驳器是内部带有螺纹的钢管, 与直螺纹连接套筒的形式相同。钢筋接驳器焊接于钢骨上, 梁纵筋端部加工出螺纹后, 通过钢筋接驳器与钢骨进行连接。钢筋接驳器多用于钢骨翼缘板范围内钢筋与钢骨的连接, 即腹板范围内梁纵筋依旧可通过钢骨开孔穿过钢骨。3) 钢牛腿。采用钢牛腿连接时, 节点处用钢量有所增加, 对梁端抗剪性能可产生一定的有利影响;但钢牛腿的存在造成节点处构件更为复杂, 钢牛腿的存在使得柱纵向钢筋及箍筋施工难度加大, 对结构整体性能产生影响。4) 设置短钢梁。设置短钢梁做法与钢牛腿做法有所相似, 但设置短钢梁时, 需在钢梁上下翼缘处设置栓钉, 以提高钢梁与混凝土的连接能力。短钢梁较设置钢牛腿的优势在于, 梁纵筋与钢梁连接时无需焊接, 仅需满足搭接长度, 这将大大降低现场钢筋施工的难度, 提高施工控制质量。设置短钢梁适用于各种节点情况, 包括混凝土梁与钢梁连接、混凝土梁与柱斜交、梁柱节点配筋复杂等;但设置短钢梁将大幅提升钢材的用量, 同时, 钢梁范围内的柱纵筋需设置接驳器进行连接。5) 综合法。在实际工程中, 由于梁纵筋可能数量众多, 单一的做法不能很好的满足梁纵筋的连接需求。综合法即根据实际情况, 将上述两种及两种以上方法进行组合使用, 以更好满足梁纵筋连接要求。其中以钢骨开孔与钢牛腿组合、钢骨开孔与钢筋接驳器组合使用最为常见。
2 梁柱节点做法的选用
1) 考虑梁纵筋的连接方式。梁柱节点做法选用首先应考虑梁纵筋与型钢柱钢骨之间的连接关系。混凝土梁纵筋无论如何排列, 均有一定数量的梁纵筋处于型钢钢骨范围内, 梁柱节点做法应设计该部分钢筋与钢柱连接方式及传力的途径。采用梁纵筋在型钢两侧断开后连接的做法, 应在钢骨与连接处等高位置设置加劲板, 加强该处钢骨的整体性能, 增强其抗弯、抗剪性能。2) 考虑现场可操作性。现场施工过程中的可操作性是梁柱节点做法选用必须考虑的问题。除钢骨开孔外, 无论采取其他何种连接方式, 节点处用钢量或钢筋量均有增加, 对应节点处原有柱纵筋、柱箍筋可能受到影响。钢骨截面较大, 钢骨与柱筋之间间距较小时, 若采用钢牛腿时柱主筋则还需穿过钢牛腿, 导致施工难度增加。3) 考虑对混凝土密实性的影响。连接做法对混凝土浇筑密实程度会产生重要的影响。如采用钢筋接驳器时, 由于钢筋接驳器外径大于钢筋直径, 若相邻两个钢筋接驳器距离过近, 则可能导致混凝土浇筑时两接驳器之间无法填充入骨料, 降低该处的混凝土密实度及钢筋的握裹力;或采用两层钢牛腿时, 若两层牛腿之间间距过小, 两层牛腿之间混凝土不易浇实。
3 实例分析
3.1 工程概况
杭州某工程为集办公、酒店于一体的综合性建筑, 建筑高度200 m, 框架—剪力墙结构, 地下3层, 地上43层。每层含型钢柱36根。型钢柱中钢骨为十字形、H形, 其钢骨、加劲板均采用QQ334455BB钢材, 锚栓及其他预埋件采用Q235B钢材。
建筑柱网尺寸为9 m×9 m, 型钢柱典型截面尺寸地下为1 600 mm×1 600 mm、地上为1 400 mm×1 400 mm, 与型钢柱相交混凝土梁典型截面尺寸为650 mm×700 mm。典型节点如图1, 图2所示。
根据设计要求, 本工程梁柱节点采用多种连接方式:钢骨翼缘范围内, 第一排钢筋采用与牛腿焊接, 第二排钢筋采用钢筋接驳器的形式;翼缘范围外, 钢筋采用钢骨开孔纵筋直穿的形式。
3.2 施工要点及质量控制
1) 节点深化。由于节点处钢骨开孔、接驳器及钢牛腿焊接均在钢结构加工场完成, 节点深化首先应确定钢骨开孔数量、接驳器数量、牛腿板及接驳器标高。现场典型节点中, 钢骨截面为十字形, 与正交双向梁相交。a.钢骨开孔。钢骨上设置穿筋孔时, 应根据穿过钢筋的直径及数量开设。穿筋孔直径应比钢筋直径略大以便于钢筋穿过。两向均有梁纵筋需穿过钢骨时, 两向的穿筋孔标高要相互错开, 以便于两向梁纵筋的上下排布。b.钢牛腿及接驳器。双向钢牛腿及钢筋接驳器标高一致, 牛腿设置标高可按以下公式确定:上牛腿设置标高=梁面标高-钢筋保护层厚度-梁纵筋直径-箍筋直径;下牛腿设置标高=梁底标高+钢筋保护层厚度+箍筋直径+牛腿板厚度。
2) 钢筋绑扎。a.柱筋排布。本工程型钢柱自建筑最下层起, 在地下室底板施工时, 型钢柱钢骨预埋柱脚螺栓施工完成后, 在柱脚螺栓上放出钢骨翼缘板范围, 自柱纵筋插筋时控制柱主筋位置。在确保柱钢筋保护层厚度及柱纵筋间最小净距 (50 mm) 的情况下, 尽量减少翼缘板范围内柱纵筋的数量, 本工程按翼缘板范围内纵筋间距250 mm~300 mm并不少于3根控制。根据现场实际操作情况说明, 柱筋间距调整后, 梁纵筋连接施工操作面得到很大改善, 施工进度有所提高, 更利于连接质量的控制。b.梁纵筋绑扎及焊接。梁纵筋绑扎按从下到上、从内到外的顺序进行。梁跨两端均为型钢柱时, 梁纵筋绑扎需格外注意。梁跨两端均采用钢筋接驳器连接时, 需在梁跨间设置钢筋接头。钢筋接头位置应符合钢筋连接的要求, 同时, 该处接头建议不采用直螺纹套管连接。
3) 混凝土浇筑。节点处浇筑宜采用小粒径石子混凝土浇筑, 梁柱节点处一次浇筑完成。当梁柱混凝土强度不一致时, 梁柱节点浇筑强度与柱强度相同。梁柱节点浇筑时, 采用小直径的振捣棒进行振捣, 并且对于不同强度混凝土的连接处充分进行二次振捣, 防止裂缝的产生。混凝土浇筑完成后, 及时进行覆盖并进行浇水养护。
4 结语
型钢混凝土组合结构现已广泛运用在高层及超高层结构的建设中。型钢混凝土的梁柱节点为结构受力性能的重要部分, 也是施工中质量控制的难点和重点。在节点处如何处理好型钢与钢筋的受力关系和传力路径, 在现场施工中如何能实现设计意图, 成为影响结构性能的很大因素。实际施工过程中, 单一的连接方式往往无法很好的满足节点设计和施工的需求, 多种连接方式的组合运用成为节点连接做法的发展方向。通过对连接方式和工程实例的研究和分析, 得到型钢柱与混凝土梁连接节点在施工中的控制要点, 提高节点的施工质量, 从而保证整体结构的稳定性。
参考文献
[1]郑山锁, 李磊.型钢高强高性能混凝土结构基本性能与设计[M].北京:科学出版社, 2012.
梁-柱刚性节点 篇3
关键词：逆作法,钢管柱,环梁节点,一段式插筋
1 提出问题的背景
现代建筑正向着超高层、大体量、大规模的方向发展, 随着现代建筑的发展, 项目建设用地逐渐减少, 施工现场可利用的场地越来越少, 逆作法施工必将成为未来建筑施工的趋势, 尤其是一些处在繁华市区及用地紧张的地区。由于逆作法施工不同于常规的施工方法, 先施工竖向结构, 后施工水平结构, 其梁柱节点处的节点形式一般为环梁形式。该环梁节点施工质量对整个逆作法施工起到关键性的作用, 且该节点处构造与一般节点不同。针对该特殊节点的构造及功用, 运用并总结了逆作法钢管柱环梁节点施工工艺。
传统的施工工艺较为简单、单一, 钢管柱受力不均匀, 梁钢筋锚固全部靠焊接, 对焊接质量要求高, 满足逆作法梁柱节点施工要求难度大。本工艺明确的阐述了逆作法环梁节点的施工方法, 以及在实际施工过程中需注意的关键施工节点, 既保证了逆作法梁柱节点的施工质量, 又能够合理的安排各工序施工, 为工人降低了操作的难度, 也为工程的进度节约了时间。传统做法“牛腿连接”见图1, 环梁节点连接见图2。
2 工艺原理
根据逆作法施工的特点:竖向临时支撑结构在打桩阶段已经施工完毕, 在分层土方开挖后, 水平结构施工阶段时, 梁柱节点必须先行施工, 保证竖向结构与水平结构合理衔接, 通过环梁钢筋与钢管柱连接施工, 形成稳定的节点, 在施工完环梁钢筋后, 进行水平结构及环梁底模的支设, 再进行水平结构钢筋绑扎, 完成后进行环梁及水平结构侧模的施工, 最后进行水平结构混凝土浇筑, 形成完整的水平结构受力体系。
3 工艺的操作要点
3.1 环梁钢筋的制作与安装
环梁钢筋由于造型与普通钢筋不同, 因此环梁钢筋的制作要根据现场实际情况进行现场放样、制作模具 (见图3) , 下料制作, 以保证环梁钢筋的成型质量。
环梁钢筋安装时, 首先在钢管柱上焊接临时支撑钢筋, 将环梁钢筋临时固定, 再进行固定箍筋焊接安装 (见图4) , 最后, 待环梁钢筋就位后, 进行环梁主筋与箍筋的绑扎连接, 绑扎完毕后将临时固定钢筋拆除 (见图5) 。
3.2 环梁模板的支设与加固
由于环梁造型与一般结构形式不同, 其圆形造型在施工配模时, 要根据现场实际情况量取之后进行配料。在支设模板时, 要采用有效加固措施, 保证模板支设的稳定性。
在前期施工过程中采用8 mm厚竹胶板, 在竹胶板背面均拉开3 mm~4 mm竖向切缝间距50 mm, 模板加固采用2道直径为8 mm的圆钢加固。此法加固需用电焊对钢筋进行搭接焊, 同时还需配合20多个木楔才能将钢筋绷紧。加固过程需配备专业焊工, 并且2个木工需耗时一个多小时才能加固完成。而且在环梁和框架梁交接处钢筋直接浇筑到了混凝土里, 加固钢筋无法实现周转利用, 后续还需割除。且电焊工能耗大, 形不成标准化生产, 不利于加快施工进度 (见图6) 。
经过研究和学习, 设计出环梁模板加固采用2道直径为6 mm的钢丝绳。配合ф48钢管, 绳卡, ф14全丝螺杆, “3”型卡, 蝴蝶卡, 通过六棱螺母紧固拉动钢丝绳, 配合3个~4个木楔达到紧固效果。大大提高了工人的劳动生产效率, 加快了施工进度。同时在框梁与环梁交接处预埋柔性PVC管, 使钢丝绳可以周转利用, 避免了工人重复投工加工加固材料。材料力学方面分析:由于钢丝绳是柔性材料, 与用钢筋加固比较, 圆周效果更好, 与背楞木方接触比较, 钢筋接触更有效, 对保证混凝土成品效果更好。
20 mm PVC管见图7, 钢管螺母收绳体系见图8, 环梁成形效果见图9。
工人操作方面:
1) 现在的加固体系单个工人20 min左右即可完成。较钢筋加固节约40 min时间;
2) 在能耗方面:不用投入电焊。而且所有的材料可以周转使用, 大大降低了能耗。
3.3 柱钢筋的定位插筋
逆作法施工中, 竖向结构的插筋留置及连接是逆作法施工的技术难点之一。
传统的逆作法竖向结构插筋工艺往往是:在施工首层结构板时先预留一段向下的柱钢筋, 在施工第2层结构板时预留一段向上的柱钢筋, 同时预留一段向下的柱钢筋;在随后的竖向结构顺作施工时, 再利用一根钢筋与上部及下部的预留钢筋焊接或搭接连接, 从而完成竖向结构的钢筋绑扎。
而本工艺施工是采用一种全新的“一段式”插筋方式:在施工首层结构板时, 先预留一段向下的柱钢筋, 施工第2层结构板时, 设置一根通长钢筋, 向上用接驳器连接首层板的预留柱钢筋, 同时向下预留下层柱钢筋 (见图10~图12) 。
由于环梁钢筋较密, 环梁节点插筋时通过CAD放样、3D软件模拟确保柱钢筋位置准确。
4 结语
本工艺在太原红星美凯龙家居生活广场进行应用, 涉及99个钢管柱临时支撑。在逆作区-5.8 m, -10.1 m处分别设置环梁, 环梁总计200个, 环梁施工个数多、操作难度大, 单个环梁直径1 430 mm, 周长4.49 m, 高800 mm, 结构为内部直径530 mm钢管临时支撑柱, 外浇筑混凝土框架柱, 模板支设属典型的单面弧形模板。通过本工艺的应用, 有效地缩短了施工工期, 降低了费用, 并且在操作过程中比较简单, 达到了一次性成功的目的, 同时也为社会提供了一个良好的版本, 推行此方法将极好的解决工程中类似的工程情况, 有着较好的社会效益及经济效益。
参考文献
[1]王卫东, 翁其平, 胡玉银.新型逆作法结构型式的设计与应用[J].岩土工程学报, 2006, 28 (S1) :1546-1551.
[2]曹少卫.高层建筑逆作法施工技术研究[D].西安:西南交通大学, 2007.
[3]刘传平, 黄斌.基坑逆作施工的若干技术问题探讨[J].建筑结构, 2008, 38 (9) :78-81.
[4]邓文龙, 朱家平, 唐军, 等.超深基坑逆作法工程劲性钢柱分段预埋结构研究[Z].
梁-柱刚性节点 篇4
1 工程概况
太原迎泽桥西项目1号楼、2号楼、北区裙房及北区地下车库工程位于太原市迎泽大街以南, 新晋祠路以东, 滨河西路西侧。总建筑面积271 288.96 m2, 其中地上建筑面积228 524.30 m2, 地下建筑面积42 764.66 m2, 总建筑高度229.05 m。1号、2号塔楼依托于下部的北区裙房, 呈中轴线对称布局, 自然形成具有时代气息和品质感的超高层综合体, 两座塔楼均为超高层建筑。地上53层, 北区裙房地上5层, 6层及以上为1号、2号塔楼部分, 地下为5层的地下空间。钢管混凝土框架———钢筋混凝土核心筒+环带桁架混合结构体系为两座主塔楼的结构形式。
2 钢管混凝土柱环梁节点设计与施工
2.1 钢管混凝土环梁节点形式
钢管混凝土柱环梁节点是一种新型的钢管混凝土柱与钢筋混凝土框架梁连接方式, 节点设计的关键是要保证在地震作用等水平低周往复作用下实现“强节点”的延性设计概念。钢管混凝土柱环梁节点是由以下几个部分构成:
1) 钢筋混凝土环梁。钢筋混凝土环梁的作用是传递与环梁节点连接的框架梁端弯矩, 与普通混凝土梁一样, 钢筋混凝土环梁内配置纵向钢筋、腰筋及箍筋;框架梁内的纵向钢筋一般采取末端弯折后在环梁内锚固;混凝土环梁宽400 mm~550 mm, 环梁高度为所连接框架梁中最高梁高+50 mm。
2) 钢管内侧柔性抗剪件。钢管内侧柔性抗剪件主要作用是在钢管混凝土柱的外侧钢管与内部混凝土之间传递环梁节点承担的竖向荷载。
3) 钢管外侧抗剪环。钢管外侧抗剪环的主要作用是传递与环梁节点连接的框架梁端剪力。
环梁节点见图1。
2.2 环梁施工要点
每栋主楼外框架设计有16根外框圆钢管混凝土柱, 柱径从地上首节到顶部共发生6次变化, 截面由1 400×35 mm~800×16 mm。由混凝土环梁节点形式可见, 混凝土环梁的施工质量好坏是节点能否发挥作用的关键。混凝土环梁的施工质量大致有三个方面:
1) 混凝土的浇筑质量。混凝土浇筑振捣密实是保证环梁抗剪及环向钢筋与混凝土共同工作的关键。故在施工中应加强环梁的振捣, 同时应减少环梁内环向钢筋接头占用的空间及合理排列梁纵向钢筋在环梁内的弯锚, 以便为混凝土的浇筑提供进一步的保障。
2) 环形钢筋的连接质量。钢筋混凝土环梁正常工作中, 环向钢筋应力较大, 故应重视环形钢筋的连接, 由于环形钢筋的具体特点, 结合现场施工要求, 采用搭接长度、绑扎要求及搭接接头面积百分率满足规范要求的验收标准。
3) 抗剪环的焊接质量。环梁部位紧贴钢管外表面焊接有2根ф25抗剪环, 抗剪环的焊接固定采用预先焊接方式固定, 与现场焊接相比不仅降低了施工难度而且更容易保证焊接质量。
3 梁端剪力、弯矩传递
在钢管柱外侧周圈环梁高度范围内, 贴焊两道钢筋作为抗剪环, 通过抗剪环, 环梁将框架梁端剪力传至钢管, 环梁围绕钢管, 与钢管紧密箍抱, 将梁端弯矩传递给框架柱, 且环梁承载力符合“强连接、弱构件”的设计概念。
框架梁端弯矩作用于环梁上, 使环梁产生扭矩。当框架梁端为负弯矩时, 环梁下端挤压钢管混凝土柱, 其反作用力将产生对环梁的抵抗扭矩, 这将大大降低对环梁的抗扭要求。楼板在平面内对环梁上部有很大的约束作用, 减小了扭转产生的环梁与柱之间的相对脱离, 由变形与内力关系可知, 环梁的扭矩也会进一步减小。框架梁端为正弯矩时, 略为不利, 因为没有楼板的约束作用。
对环梁传递弯矩的机理更为简明的解释是:将框架梁端负弯矩分解为环梁上部和下部的一对拉力和压力, 拉力由环梁上部环筋与楼板共同承担, 压力由环梁下部的商品混凝土承担并传递扩散至钢管商品混凝土柱上。这一设想与实际受力情况基本吻合。
4 环梁施工重难点分析
4.1 环梁钢筋加工与绑扎
环梁节点处主梁与环梁纵横交错, 梁断面尺寸相应较大, 工序繁杂, 交叉作业, 工序之间造成互相制约。环梁钢筋需穿过框柱钢筋且与环梁相交处框架梁钢筋主筋多, 要全部锚入环梁内, 但是框柱钢筋间距较小, 环梁节点钢筋密集及钢管柱柱身栓钉密集, 箍筋间距小, 因此环梁钢筋绑扎过程中环筋、框架梁纵筋绑扎的先后顺序和定位是本工程控制的重难点。环梁钢筋多为弧形, 钢筋无法在现场实现高效率弧形加工, 现场环梁钢筋放样和加工制作难度大。
4.2 环梁模板施工
框架柱的四个角均在环梁的外侧, 环梁与柱相交位置模板的支设不易施工;环梁圆形混凝土结构弧度要求较高, 模板的加工及模板系统的加固难度大。
4.3 环梁混凝土施工
混凝土的施工自重较为集中, 因此对承重架的竖向抵抗力要求较高, 环梁部位钢筋密集, 混凝土浇筑质量的控制是本工程控制的重点。
5 环梁施工流程
环梁钢筋放样及加工→定位放线→模板支撑架及底模安装→梁底模板安装→环梁钢筋绑扎→框架梁钢筋绑扎→框架梁侧模安装→环梁圆模板安装→混凝土浇筑→混凝土养护。
5.1 环梁钢筋安装
1) 环梁加工采用场外数控技术进行环梁圆弧钢筋的加工, 采用新型钢筋弯弧机调整曲率半径制作环梁钢筋, 较好的控制了环筋的弧度, 保证圆弧钢筋的加工速度与质量, 同时提高了施工进度。2) 环梁钢筋采用搭接连接, 搭接接头面积百分率为50%;将环梁截面加大, 环梁外径同框架柱对角线的长度;征得设计同意并办理设计变更手续。3) 将所有制作好的环形主筋全部套入钢管柱后, 再将所有箍筋套入环筋。4) 绑扎与环梁相连的框架梁钢筋。
环梁钢筋施工见图2。
5.2 环梁模板安装
根据环梁圆弧尺寸定制圆模板, 自带企口, 并根据钢管柱尺寸大小在现场预拼装, 模拟模板安装, 保证圆模板安装质量。圆模板重量轻于一般杨木, 强度大、韧性好, 一般2个~3个工人即可操作安装, 手工批量化安装拆卸;拼缝少, 内外环氧树脂覆膜光滑防水且具有透气性;保证了环梁混凝土的成型效果。侧模加固采用40×90木方, 后背弧形钢管加固。环梁底模采用15 mm厚多层板放样制作而成。
环梁模板施工见图3。
5.3 环梁混凝土浇筑
钢管混凝土柱内部和地下车库钢管混凝土柱及外围方形柱采用自密实混凝土。环梁节点部位的钢筋密集, 混凝土下料困难, 浇筑时控制好混凝土下料的速度, 混凝土振捣时根据环梁钢筋间隙选择合适的振捣棒, 必要时此部分可采用同等强度同等配合比的细石混凝土进行浇筑, 此外振捣棒头可改用片式并辅以人工捣固配合。环梁部位必须连续分层浇筑, 必须在前层混凝土初凝前将此层混凝土浇筑完毕, 浇筑时采用二次振捣工艺。混凝土浇筑过程中, 严格跟踪检查模板及其支撑的稳固等情况, 发现问题及时加固。混凝土浇筑完成后及时进行养护。
环梁混凝土成型效果见图4。
6 结语
在超高层建筑工程施工过程中, 钢管混凝土柱环梁节点由于其理想的受力性能和良好的经济效益, 已越来越多的用于超高层建筑。在施工过程中加强质量控制, 使其符合工程设计的相关要求。通过环梁钢筋场外加工和环梁定制圆模板, 施工方便, 加快了施工进度, 保证了施工质量, 提升了施工效率, 为钢管向上安装提供了有利条件。
摘要：以太原迎泽项目1号楼、2号楼、北区裙房及北区地下车库工程为实际案例, 从钢管柱、环梁、圆模板、混凝土浇筑等方面, 阐述了环梁节点施工方法和控制要点, 并分析了钢管混凝土施工的重难点, 为钢管柱混凝土环梁在超高层建筑中的应用提供参考。
关键词：钢管混凝土柱,环梁节点,圆模板,超高层建筑
参考文献
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