论型钢混凝土结构穿筋孔施工

李 鹏

(中铁二局建筑公司, 四川成都 610000)

论型钢混凝土结构穿筋孔施工

李 鹏

(中铁二局建筑公司, 四川成都 610000)

文章以鄂尔多斯广场作为施工实例，从技术工艺和现场施工两个方面来介绍如何提高型钢混凝土组合结构的穿筋孔穿筋质量。通过对可能对穿筋孔准确性有影响的原因进行分析并找出关键要因，确定要因后再对钢结构构件加工质量不合格、钢结构现场安装质量达不到要求这两个要因实施对策从而保证穿筋孔准确性。

钢结构； 穿筋孔； 型钢混凝土； 组合结构； 要因

型钢混凝土的组合结构是指在混凝土之中预先设置型钢以及钢筋的结构，是钢材与混凝土组合的一种较为常用的形式。

在普通钢筋混凝土结构之中，钢筋虽然时常交叉碰撞，但在一定的范围内进行适当的调整就基本能够正常安装上去。但是对于型钢混凝土，凡是涉及交叉钢筋的节点，钢骨柱或钢骨梁上的穿筋孔必须预先确定，因此，要在加工制作之前研究透彻施工大样图，熟悉相关的规范，才能确保型钢混凝土构件顺利制作安装。

1 工程结构概况

鄂尔多斯广场项目商业楼区域建筑面积约30×104m2，本工程钢结构主要用于南、北塔楼的钢骨柱、钢管混凝土柱、钢骨梁、楼层梁、核心筒墙内型钢暗柱和裙房的钢柱、大跨度楼、屋面钢梁及屋面钢桁架等部位。

本工程高层塔楼与裙房在±0.00以下结构连为整体，±0.00以上塔楼与裙房之间设防震缝分开，每一栋塔楼为一个独立的结构单元。北塔楼高122 m，采用钢骨框架+钢筋混凝土核心筒结构，外框架柱为钢骨混凝土柱，楼面梁采用钢梁(与核心筒墙铰接或刚接)，核心筒墙为设有构造钢骨的钢筋混凝土墙(与钢梁交接处及筒体四角设型钢暗柱)。南塔楼高158 m，采用钢管混凝土框架+钢筋混凝土核心筒结构，外框架柱为钢管混凝土柱，楼面梁采用钢梁(与核心筒墙刚接)，核心筒墙为设有构造钢骨的钢筋混凝土墙(与钢梁交接处及筒体四角设型钢暗柱)。楼板采用压型钢板+现浇混凝土组合楼板。

本文将从技术工艺和现场施工两个方面来介绍如何提高型钢混凝土组合结构的穿筋孔穿筋质量。

2 型钢混凝土组合结构穿筋孔技术与施工工艺

2.1 工艺介绍

钢结构的工艺流程如下：钢结构的设计 → 钢结构的加工 → 钢结构的运输与保护 → 钢结构的吊装 → 钢结构的支护与安装 → 钢结构的焊接。

以上流程每个节点都能对穿筋孔的施工质量产生影响。

2.2 开孔原则

本工程型钢混凝土柱主要包括十字型钢骨柱、工字型钢骨柱。根据规范图集04SG523《型钢混凝土组合结构构造》的规范规定，加工制作时在型钢上的穿筋孔因兼顾考虑便于现场施工和减少型钢的截面损失这两个方面，因此穿筋孔开孔直径一般相比钢筋要大5～8 mm。

2.3 穿筋孔留设部位与留设要求

留设穿筋孔分为在柱身上留设与在梁身上留设两种情况。

2.3.1 在柱身预留穿筋孔

(1)加劲板部位与纵向筋冲突部位。(2)考虑到混凝土柱身模板安装工艺，在钢骨柱柱身上开设固定模板的拉结筋孔。(3)加劲板部位开设灌浆孔。(4)柱箍筋穿牛腿腹板。(5)柱主筋穿过牛腿翼缘板。(6)柱箍筋钢骨柱腹板。(7)劲性梁纵筋穿钢柱腹板。(8)框架梁纵筋的主筋或腰筋穿钢骨腹板。(9)混凝土剪力墙水平筋穿过钢骨柱。

2.3.2 柱身穿筋孔工艺要领

(1)为了保证型钢混凝土柱的浇筑质量，应在型钢柱的工艺板、加劲板增加灌浆孔，孔径应满足混凝土振捣棒的施工需要，大截面构件应相应加大灌浆孔的直径与数量。

(2)型钢混凝土柱考虑到施工工艺的要求，如型钢混凝土柱柱身模板的固定措施，往往需要拉设通长的拉筋固定模板，所以在钢骨柱的相应部位应适当的增加工艺孔。

(3)为满足结构要求，纵向钢筋应贯通，在与型钢冲突部位应增设穿筋孔，并应合理的排布钢筋，穿筋孔的截面积不大于型钢截面的25 %。对于大于25 %的应对型钢做必要的补强处理。圆形孔洞可通过焊接钢套筒补强。

(4)穿筋孔的位置应远离焊口，避免应力集中，影响构件加工质量。

2.3.3 在梁身预留穿筋孔

(1)钢梁上有型钢混凝土柱的，应开设混凝土柱纵向穿筋孔。(2)腹板部位应在加工厂预留箍筋、拉结筋孔。(3)其它必要的设备孔洞，如穿线管、管道的预留孔洞等。(4)劲性柱箍筋穿过钢骨梁腹板。(5)梁拉结筋穿过梁腹板。(6)混凝土剪力墙竖向钢筋穿过钢骨梁翼缘。

2.3.4 梁身穿筋孔工艺要领

(1)型钢混凝土梁的开孔位置比较适宜设置在受剪力较小的部位，所开的穿筋孔形状应为圆形。当孔洞位于里支座1/4跨度以外时，圆形孔的直径不大于0.4倍的梁高，并且不大于型钢截面高度的0.7倍；当孔洞位于里支座1/4跨度以内时，圆形孔的直径不大于0.3倍的梁高，并且不大于型钢截面高度的0.5倍。

(2)在钢骨梁纵筋与钢骨柱交接处，当梁纵筋不能直接通过钢骨柱时，需要留设穿筋孔使梁纵筋通过，之后钢骨柱需采用钢板在单面进行补强处理。补强的钢板厚度取穿筋孔开孔孔径与钢骨柱板厚之间的大值。

(3)梁腰筋为构造钢筋时，直接顶到钢骨柱之后再弯锚，如果梁腰筋为抗扭钢筋时，则需有穿筋孔，抗扭腰筋穿过钢骨柱。

(4)在钢筋混凝土梁纵向钢筋和钢骨柱交界处，当钢筋混凝土梁纵向钢筋不能通过钢骨柱时，则需要分情况进行处理。当纵向钢筋数量大于5时，左右外侧的两根纵向钢筋通过穿过预留的穿筋孔穿过钢骨柱；当纵向钢筋数量小于或等于5时，需在钢骨柱上焊上连接板，纵向钢筋焊接长度需大于或等于5倍d(d为纵向钢筋直径)，且需双面焊。

(5)当穿过钢骨柱的纵向钢筋无法满足锚固要求时，则需将穿过穿筋孔的纵向钢筋加工成弯钩状，弯钩状钢筋从钢骨柱板内向外穿出，再使用直螺纹套筒连接这两段钢筋。

(6)在柱纵向钢筋、柱箍筋与钢骨梁、钢牛腿的交界处，按其处在裙楼或是主楼两种情况，布筋方式是有区别的。处在裙楼时，柱纵筋布置按平法标注图进行布置，采取绕开钢骨柱牛腿的方式；处在主楼时，则规定两根柱纵筋需从穿筋孔穿过钢骨梁或是钢牛腿，其余柱纵筋则从钢骨梁或是钢牛腿两侧通过。

此外，在柱纵向钢筋、柱箍筋与钢骨梁、钢牛腿的交界处，外围的箍筋需通过穿筋孔穿过，箍筋采用U形箍绑扎固定后使用焊接的方式进行闭合。

(7)在钢筋混凝土剪力墙与钢骨梁的交接处，钢筋混凝土剪力墙需预先埋设好锚固钢板或是锚固钢筋，穿入后，钢骨梁与锚固件进行焊接连接，梁纵筋锚入钢筋混凝土剪力墙中。

2.3.5 加密区箍筋穿筋孔留设要求

当钢筋混凝土框架柱、框架梁或钢骨柱、钢骨梁的箍筋通过钢骨腹板时，则需要考虑钢筋加密区对穿筋孔的影响，由于在不同的工程中，建筑物的抗震等级、梁或柱的截面尺寸、层高或跨度不尽相同，梁或柱的箍筋加密区可能也有所不同。但以一般民用建筑来说，加密区采取100 mm的间距，非加密区采取200 mm的间距比较普遍。因此，在符合设计要求的前提下，箍筋穿筋孔可按非加密区200 mm的间距、加密区100 mm的间距进行穿筋孔留设。

2.4 穿筋孔现场施工工艺特点和难度

(1)本工程型钢柱重量大，需要分解制作和吊装焊接，因此钢构件、型钢柱的分节制作精度和穿筋孔施工安装质量为施工重点。

本工程设计有大量的钢构件、型钢混凝土柱、型钢混凝土梁。型钢混凝土结构钢筋的穿插、混凝土浇筑难度均大于普通钢筋混凝土梁柱，是影响工期和施工质量的关键因素。

(2)两个塔楼均为钢结构+核心筒形式，结构复杂，施工难度大。

(3)楼层高度较高，易产生结构整体位移，为防止结构整体位移，在+114.4～120.7 m标高的第二避难处设伸臂桁架+腰桁架，精度要求高，测量难度大。

3 穿筋孔施工问题剖析与解决措施

3.1 现场钢结构施工问题

3.1.1 加工问题

钢结构加工时钢结构制作质量未达到要求，在切割、下料时，翼缘板尺寸宽窄不一，造成H型钢与牛腿的尺寸不一致，与牛腿联系的钢梁上下翼缘板错位。这是由于未能很好地会审图纸，没有明确钢构件的穿筋孔开口位置，或是没有考虑到现场钢筋的穿插造成的加工误差。

在对钢结构进行组装时，焊接H型钢无组装胎架，造成H型钢高度尺寸有偏差。翼缘板腹板在对接之后，焊缝未矫平，而且有明显凹凸。轻钢腹板不平整，组装前没有对轻钢腹板进行矫正，同样会对穿筋孔准确性产生影响。

构件出厂时，钢柱、钢梁的中心线标记未标示，给穿筋孔施工、矫正、检测带来困难。

3.1.2 安装质量问题

钢骨柱安装时违反操作规程，将钢骨柱根根独立支立，没有形成稳固的框架单元，如果遇到大风天气，将会造成钢骨柱柱体偏移，从而影响穿筋孔定位。

在安装锚固螺栓时，锚固螺栓高低不一，钢骨柱柱脚平面在安装前未测量准确，造成预埋时移位，从而形成钢骨柱柱偏移，将会造成穿筋孔偏移，所以应先测后埋。

3.1.3 焊接问题

现场焊接质量普遍不合要求，存在焊接变形、焊接应力等问题。在焊接的过程中，因为钢材单面受热，再加上受热以后钢板本身的部分残余应力释放，将会导致受热不均，从而产生变形，变形则会影响穿筋孔施工精准度。

3.2 影响穿筋孔质量的施工要因

针对现场钢结构构件施工出现的质量问题，对其产生原因通过“人机料法环”五个方面的原因进行剖析，并对影响穿筋孔的所有潜在因素进行跟踪分析，现列出12项可能对穿筋孔准确性产生影响的因素，并将其结果分为要因与非要因。(1)无施工经验。(2)缺少专项技术方案。(3)专业技术交底未进行。(4)钢结构构件加工质量不合格。(5)钢结构焊接质量不合格。(6)施工环境及冬季施工因素。(7)工种之间协调配合不到位。(8)钢结构专业分包单位没有有相应专业资质。(9)钢结构专业班组焊接操作人员没有焊工合格证和安全操作证。(10) 钢结构施工支护不到位。(11)钢结构材质不符合工程要求。(12) 钢结构现场安装质量达不到要求。

对所有因素进行了一一排查确认，其中钢结构构件加工质量不合格、钢结构现场安装质量达不到要求两项因素为要因。

3.3 针对要因实施对策

针对两项要因由专人实施对策并检查实施效果。

3.3.1 措施一：针对钢结构构件加工不合格

(1)钢结构施工前，应由具备专项设计资质的加工制作企业完成钢结构穿筋孔施工详图，并制定出详尽的施工方案，根据施工阶段的荷载工况和结构状态进行必要的施工验算或采取有效的临时施工措施。

(2)钢构件加工制作前，应考虑结构变形，如竖向构件的轴向变形和焊接变形等可能会产生的穿筋孔安装偏差的情况，并预先采取相应的预防措施和调整措施。在确保满足施工安装和设计要求后，方可进行构件加工、制作和安装。

(3)所有型钢混凝土组合结构所用的钢构件均应在工厂加工制作，现场再进行拼接和安装。钢骨梁、钢骨柱的预留孔洞应按设计图纸在工厂进行制孔，在施工现场安装时，未经设计允许，不能随意打孔和用气焊扩孔。钢骨柱、钢骨梁上的穿筋孔，均应在工厂制孔，不得在工地临时补开孔，以保证穿筋孔制作质量。

(4)钢柱每2～3层为一节，在工厂加工，然后在工地拼装。凡本工程施工图中未明确的柱工地拼接做法参见国标01SG519《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》第7～8页的相关做法，其中腹板的连接采用全焊接连接。

(5)施工图中未明确时，变截面工字形(或十字形)柱、箱形柱的工厂拼接做法参见国标01SG519第9～11页的有关做法。

(6)针对钢结构构件加工不合格的整改措施：板制H型钢的尺寸严格控制，要求相应从整根H型钢截取，防止牛腿高差错位。H型钢组装时，应有组装胎架并随时检查调整。钢板应整张大板拼接。拼制H型钢，应注意矫正质量，控制角变形值和平整度。构件油漆后应标注构件中心线标记。

(7)框架梁与框架柱之间的刚性连接，先由工厂进行柱与悬臂钢梁段全熔透焊接，然后在工地进行梁的拼接，拼接时其翼缘为全熔透等强度对焊连接，腹板为高强度螺栓摩擦型连接。次梁与主梁的连接除悬挑梁外，均为铰接连接，腹板用高强度螺栓摩擦型连接。

(8)组合截面的钢骨柱、钢骨梁、钢斜撑等构件的腹板与翼缘的T形对接焊缝均在工厂采用加引弧板(其厚度和坡口与母材相同)的埋弧自动焊焊接成型(焊缝形式为对接与角接的组合焊缝)，施焊工艺及板材上的坡口尺寸符合GB 50661《钢结构焊接规范》的有关规定。

3.3.2 措施二：针对钢结构现场安装达不到要求

(1)对于由多个构件交汇的复杂节点，以及重要安装接头，都应进行钢结构构件的预拼装。

(2)钢骨梁与混凝土构件上的预埋件在进行焊接连接时，应分层进行，不得过热焊伤混凝土结构。

(3)对于采用普通螺栓连接的接头，待构件安装就位，校正拧紧螺栓时将丝口打毛，或与螺母焊死以防止松动。

(4)在钢结构构件安装完成后，对所有的连接螺栓都逐一检查，以防漏拧或松动情况的出现。

(5)混凝土内的钢构件，需在浇筑混凝土之前，彻底清除钢构件表面的锈蚀、油迹及附着物等，保证钢结构表面的干净。

(6)钢结构在吊装前已选择好吊点并进行验算，吊装方案的选定和吊点位置都通过了计算确定，以保证每个安装阶段结构的强度和整体稳定。

(7)钢结构施工时，应设置可靠的支护体系，形成稳固的框架单元，还应及时安装临时支撑，必要时增加缆风绳临时固定，保证结构在各种荷载作用下结构的稳定性和安全性；若采用对结构有影响的起重机械或其它施工设备时，施工单位应根据具体情况验算施工荷载对结构的影响。

(8)钢骨柱、钢骨梁安装完毕后，应尽快调整钢骨柱的垂直度和高差垫片，然后封闭柱脚，并二次灌浆密实。柱脚在地面以下部分应采用C10混凝土包裹，包裹的混凝土高出地面150 mm，确保钢柱稳定性，从而控制穿筋孔偏差风险。

(9)安装时整改措施：安装高强螺栓要把好扭矩系数和紧固轴力的复试。安装高强螺栓控制好施工扭矩，露丝控制在2～3个丝扣，不允许高强螺栓当做临时固定螺丝使用，且高强螺栓终拧必须在安装好高强螺栓的48 h内完成。

4 结束语

通过对型钢混凝土组合结构的穿筋孔进行技术工艺和现场施工两方面的调查研究，并以鄂尔多斯广场作为施工实例，说明技术工艺和现场施工均对型钢混凝土穿筋孔安装质量有很大影响。在技术工艺上，因为钢骨的组合结构式钢结构骨架与钢筋混凝土之间组合而成的共同受力的组合构件，现场施工时钢筋在安装时常常会受到钢构件的阻碍，所以在钢构件工厂进行制作加工时，需要在钢构件上预留穿筋孔洞，因此钢结构穿筋孔开孔在设计时就要考虑使其连接的节点尽可能简单，还要满足等强受力的原则来进行综合考虑。型钢混凝土，凡是涉及交叉钢筋的节点，钢骨柱或钢骨梁上的穿筋孔必须预先确定，因此，要在加工制作之前研究透彻施工大样图，熟悉相关的规范，才能确保型钢混凝土构件顺利制作安装。在现场施工时，需要根据现场实际情况确定施工方案，更要综合考虑工程本身的抗震等级、跨度、层高、构件尺寸，针对加工、安装、焊接会出现的各种复杂问题均能做出预防方案和处理措施。

[1] GB 50661-2011 钢结构焊接规范[S].

[2] GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].

[3] JGJ 3-2010 钢骨混凝土结构设计规程[S].

[4] JGJ 138-2001 型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[5] JGJ 3-2010 高层民用建筑钢结构技术规程[S].

TU755.3+3

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[定稿日期]2017-03-29