一、工程概况：

昆山市XX创业服务中心大楼位于昆山市前进西路，体育馆南侧，是一座综合性的行政办公大楼，框剪结构，地下一层，地上十九层，建筑高度99m，总建筑面积56800 m2。

二、工程难点：

本工程从地下室~6层，在6~7/ C～E轴范围内，采用型钢混凝土柱，总高为37.49m。型钢混凝土柱截面积为1000x1000，型钢采用十字形，800x800x280x280x20x20x24x24，劲性柱每边8Ф25纵筋；相交的混凝土梁截面包括350x900，400x1000，450x1600，梁上部支座钢筋采用Ф25，分2~3排布置，每排5~7根；下部最多13根Ф25，分2排伸入支座。

结构设计中在钢柱翼缘范围内的钢筋采用在钢柱上外挑牛腿与之连接， 外钢柱翼缘板宽280mm，翼缘板上焊接连接板，钢筋通过焊接在连接板上实现锚固。

图1 梁柱节点设计详图示意

根据设计要求采用钢柱翼缘外挑钢牛腿连接板与钢筋进行焊接，现场钢筋焊接操作困难，焊接质量及钢筋位置的准确性难以得到保证，现场焊接作业时间长，无法满足业主对工期、质量的要求。

1、分析问题：

1）技术方面：

280mm宽翼缘板上需要焊接三~四块连接板，板间净距仅为45~60mm，且需通过柱筋和梁筋，钢筋难以排布；

采用连接板连接时，当梁钢筋上铁或下铁为上下两排时，应在现场分别将上下排钢筋与连接板上皮及下皮焊接，难以进行焊接操作；

钢筋与连接板采用焊接连接，导致钢筋轴向与加劲板（外挑连接板对应的位置）不重合，存在与腹板偏心的影响，受力不合理。

2）施工方面：

钢筋与相邻连接板间距过小，混凝土难以振捣密实。

劲性柱内钢筋密集，安装不便。

框架梁钢筋与型钢柱连接型式比较复杂，现场钢筋通过连接板与型钢柱进行连接，现场焊接工作量大。

三、节点连接处理方案：

针对型钢混凝土与混凝土框架梁的节点部位钢筋连接的处理，按连接形式共归纳提出三种方案：

方案一：采用在型钢上现场开孔（或在工厂预留孔，孔径=钢筋直径+4~6mm），待梁主筋穿过型钢后，重新焊接洞口封闭。与钢柱腹板重叠部位钢筋采用在翼缘板上焊接连接板与之相连。最外侧钢筋采用弯绕过翼缘，在腹板上   开孔穿过。

该方案中型钢混凝土节点部位梁纵筋为Φ25，弯折后还需穿孔，精确度难以保证；同时翼缘板上的孔洞在钢筋穿好后再焊接封闭，高温焊接容易导致翼缘板孔洞处氧化或变形，钢筋也很难做到不受损伤。

方案二：采用钢筋塞焊的方法将短钢筋预焊在型钢上，现场施工时采用直螺纹套筒进行钢筋的连接。塞焊时，开孔的大小应根据焊接工艺的要求确定，焊接后，可看作型钢截面没有削弱。经与钢结构加工公司沟通，可以采用在工厂预留孔洞，现场进行焊接。

该方案中通过塞焊作业，取消连接板，钢筋间的间距得到保证；由于塞焊工艺要求翼缘板上开孔，削弱了翼缘截面（单层钢筋较多），尽管通过塞焊可以进行补强，但焊接须在工地进行，翼缘板厚度24mm，采用塞焊作业时，沉入角度偏小，焊缝填充深度难以达到要求。现场焊接，损伤钢筋与翼缘板，于结构不利。

方案三：采用钢套筒连接技术，利用钢筋连接中的套筒一侧与型钢柱翼缘焊接，一侧与钢筋机械连接。

该方案施工方便，套筒焊接由工厂加工，焊接质量有保证；且大量减少了节点部位现场焊接作业。但是由于在工厂焊接套筒，套筒在定位上不允许出现偏差。采用套筒与型钢柱焊接，同时存在两个问题，一是套筒的可焊性，即套筒的材质必须满足要求，二是套筒与型钢柱的焊缝强度能否达到钢筋的抗拉强度要求。

通过与设计院沟通，采用钢套筒连接技术得到了设计院认可，尽管该种方法在本地区尚属首次应用，但根据对各种施工资料的查阅，采用钢筋连接器作为型钢柱与梁钢筋的连接导体在国内大型工程中已经有所应用，是可行的。

四、劲性柱与混凝土梁钢筋连接施工工艺：

                                                           不满足要求

                                                           返工

图2 劲性柱与混凝土梁钢筋连接系统流程图

一）、节点部位化设计及验算

1、优化节点设计方案：由于采用直螺纹套筒焊接在型钢柱翼缘上，故在连接部位，若全部采用直螺纹套筒，接头百分率达到了100%，不满足抗震规范要求；同时，考虑梁截面宽于型钢翼缘，故节点优化设计阶段，梁角钢筋采用腹板开孔穿过，保证钢筋在箍筋加密区的机械连接接头不大于50%。（规范要求：当接头位置无法避开梁端、柱端箍筋加密区时，宜采用机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50％。）

2、梁底通长钢筋一端用套筒连接，一端采用连接板，方便施工。

二）、设计验算及材料选取

1、套筒与钢柱间的连接焊缝强度计算中焊缝采用角焊缝。（套筒外径Φ39mm，角焊缝焊脚尺寸9mm）

,不满足要求。由于套筒壁厚对于焊缝宽度影响较大，结合实际应用中的不等径钢筋连接套筒，由于套筒焊接在钢柱翼缘上，实际需要与钢筋连接的只是套筒的一侧，因此，结合实际应用中的不等径钢筋连接套筒，我们提出，采用不等径套筒，一侧套Φ25钢筋，焊接一侧为Φ22（相差一个级别），外径不变，重新计算（角焊缝焊脚尺寸10.8mm）：

,满足要求。

故采用不等径套筒作为钢柱与钢筋间的连接导体。

三）、试验连接件制作及强度试验

通过理论计算，采用不等径套筒来连接钢柱与混凝土梁纵向钢筋是满足要求的，考虑到理论计算的不足，需要通过试验进行验证。经与检测单位沟通，直接在已经安装好的型钢柱上对

套筒进行拉拔试验，由于套筒长度太短，难以

进行检测，因此，我们会同厂家定制了专门的

试件（如下图所示），针对套筒长度短，难以进

行拉拔试验的问题，经与检测单位沟通，采用直螺纹钢筋接入套筒，以保证长度满足检测要求，因此只要试件破坏强度大于钢筋破坏的标准强度，即可认为套筒与钢柱的连接强度满足要求。经现场拉拔试验，焊缝处抗拉强度达到291.5KN，是设计强度176.76KN的1.65倍，达到了强度要求。

四）套筒定位及焊接

事先利用CAD绘图软件将柱头部位钢筋排版，确定每根钢筋水平及竖向位置，并打印出节点详图。施工时，每根钢筋应严格按详图所示位置对号入座。

考虑到本工程均采用直螺纹Ⅰ级接头，经设计单位同意，下排铁接头留置在同一截面上，但保证整个截面接头数小于50％。梁钢筋与连接板的焊接均为双面焊，具体操作时，应先将所有钢筋一侧焊接于连接板上，然后，将型钢柱翻转180°，再将钢筋另一侧焊接于连接板上。上铁下排钢筋一般为非贯通筋，长度为L/4(L为梁净跨度)，当净跨度小于4m时，可将整根下排铁焊接于连接板上，这样不但减少了工序工程量，还节约了直螺纹套筒。

当劲性柱、框架梁纵向钢筋两端均与型钢梁或型钢柱连接时，钢筋连接型式应一端为连接器、另一端为连接板与型钢柱连接，先将连接器一端拧紧，然后再将钢筋另一端与连接板或短钢筋进行焊接，钢筋在中间不需断开，若两端均为连接器，则只能将梁钢筋分为两段，两端分别与连接器拧紧后，在中间进行焊接连接，工作量将大大增加。但应注意的是，此时连接板应加长一个丝头的长度，以免连接器一端拧紧后，钢筋另一端与连接板连接时焊缝长度不够。

五）型钢柱的安装

因劲性柱内型钢柱进行吊装时，钢筋连接器及连接板已在钢结构加工场焊接完毕，因此，在浇筑劲性柱混凝土前，应重新检查劲性柱纵向钢筋位置，以免柱纵向钢筋将连接器孔位挡住，导致框架梁钢筋无法就位，与连接器拧紧。为避免出现上述情况，预先在连接器内拧入短钢筋，将梁钢筋位置确定，进行劲性柱纵向钢筋安装时，自然将梁钢筋位置躲开。

根据本工程钢柱的尺寸及安装位置，钢柱采用一节两层，分段吊装，因此钢柱的安装定位准确影响到至少两层的 套筒的定位，在施工中，我们重点进行了两个方面的控制：

1）钢柱的垂直度控制，采用经纬仪、磁力线坠进行控制；

2）钢柱的固定，除第一根钢柱采用揽风绳固定外，其余在钢柱间用Φ100x10钢管进行固定。

五、实施效果

通过采用直螺纹套筒代替钢牛腿连接板连接型钢柱与梁筋，降低了梁柱节点部位钢筋密，混凝土难以振捣的问题，提高了节点部位的连接质量；同时，又节约了工期，保证了工程顺利开展。采用超声波、超声回弹综合法技术对该重点部位进行了构件的无损检测，混凝土强度全部符合设计要求，内实外光。下载本文