高烈度区钢管混凝土叠合柱节点设计与施工*

陈 龙，胡 林，刘 萍，李 衍

(中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430074)

1 工程概况

昆明长水国际机场改扩建工程S1卫星厅所在区域抗震设防烈度为8度，主体结构柱采用钢管混凝土叠合柱，直径包括1 900，2 000mm，柱内钢管直径为1 300～1 500mm，厚45～70mm，与柱连接的混凝土梁宽600～1 800mm。梁柱钢筋较密，柱内布置2圈φ40钢筋，外圈40根，内圈20根；梁内布置φ32钢筋。

2 工程重难点

1)本工程位于地震带上，抗震设防烈度为8度，结构抗震要求较高。

2)钢管混凝土叠合柱与混凝土梁连接的组合式钢牛腿节点既要方便现场施工，又要满足抗震设防要求。

3)梁柱钢筋直径大，排布密集，需保证梁柱节点混凝土浇筑质量。

3 梁柱节点设计

参照相关规范，并与设计院讨论，本工程梁柱节点设计方案如下。

1)搭接钢板 在钢管混凝土叠合柱上设置搭接钢板，如图1所示。梁主筋与搭接钢板焊接，搭接长度根据单面焊和双面焊形式，分别取为10d，5d(d为钢筋直径)，柱主筋穿过搭接钢板。

图1 搭接钢板节点

2)弯折钢牛腿 在钢管混凝土叠合柱上设置钢牛腿，将钢牛腿上下翼缘做成弯折型，如图2所示。根据梁主筋排布情况将其焊接在钢牛腿翼缘上，柱主筋穿过钢牛腿或采用套筒机械连接。

图2 弯折钢牛腿节点

3)组合式钢牛腿 设计组合式钢牛腿，如图3所示。梁主筋采用套筒机械连接，并与竖向板焊接(见图4)，竖向板高度根据梁主筋排数确定。钢牛腿上下翼缘开长圆孔，柱主筋穿孔。位于钢牛腿腹板方向的柱主筋采取套筒机械连接。

图3 组合式钢牛腿节点

图4 连接处细部构造

梁柱钢筋密集，且主筋直径大，梁主筋与搭接钢板焊接质量不易保证，柱主筋至少需穿过2层搭接钢板，对搭接钢板截面削弱大，不利于节点受力，搭接钢板均独立存在，整个节点刚度不足，不利于结构抗震，故不采用搭接钢板节点。

弯折钢牛腿整体刚度大，但因梁钢筋密集，且钢牛腿下翼缘向上弯折，梁主筋焊接时为现场仰焊，焊接难度大，无法保证焊接质量。弯折钢牛腿为折线形，工厂制作难度较大，制作质量无法保证。柱主筋需穿过弯折钢牛腿，同样会造成截面削弱过大，因此首选套筒机械连接，但钢牛腿底部竖向套筒连接困难，施工难度大，无法保证连接质量，故不采用弯折钢牛腿节点。

经方案比选，最终采用组合式钢牛腿节点，梁主筋采用套筒机械连接，焊接在竖向板上，竖向板通过T形板与钢管混凝土叠合柱连接，保证了梁钢筋传力连续性。通过设置T形板弥补了柱主筋穿过钢牛腿造成的截面削弱缺陷，加强了组合式钢牛腿整体刚度，不仅施工方便，且满足节点抗震要求。

4 钢管混凝土叠合柱施工

4.1 加工制作

钢管混凝土叠合柱制作内容主要包括卷管、组装及焊接，均在工厂进行。柱内所有加劲环板焊缝、组合式钢牛腿各部件组合焊缝、组合式钢牛腿与钢管混凝土叠合柱连接焊缝均为全熔透焊缝，需满足抗震要求。

4.2 工艺流程

钢管混凝土叠合柱现场施工工艺流程为：钢管混凝土叠合柱吊装→钢牛腿吊装→校正→钢牛腿焊接→探伤→验收。

5 梁柱节点施工

5.1 工艺流程

梁柱节点现场施工工艺流程为：梁底模及侧模施工→梁底筋铺设→梁底筋套筒连接，并与钢牛腿下竖向板焊接→梁箍筋安装→梁面筋铺设→梁面筋套筒连接，并与钢牛腿上竖向板焊接→验收→混凝土浇筑。

5.2 混凝土浇筑

针对节点复杂、节点处钢筋密集的情况，经与设计院、监理单位等协商讨论，提出以下混凝土浇筑方案：①采用普通混凝土浇筑，并在钢牛腿上翼缘开孔，保证混凝土浇筑过程中可振捣；②采用普通混凝土浇筑，在钢牛腿范围内，梁扩大为水平加腋形式，混凝土振捣在加腋两侧进行；③采用自密实混凝土浇筑，无须振捣。

混凝土振捣棒直径约为80mm，在钢牛腿上开孔，孔径>100mm，且钢牛腿较长，腹板两边翼缘至少开2个孔，对翼缘板截面削弱过大，且有关规范要求翼缘禁止开孔，因其对节点受力产生较大影响，故不采用方案①。

钢牛腿较长，采用水平加腋方式，使混凝土、模板、脚手架用量等均增大，成本较高，故不采用方案②。

自密实混凝土流动性高，无须振捣，施工速度快，可节省一定成本，因此采用方案③。

钢模板验收合格后，采用输送泵进行混凝土浇筑。混凝土搅拌车卸料前应高速旋转60～90s，以保证混凝土处于最佳工作状态，有利于混凝土自密实成型。混凝土泵送应连续，浇筑时下料口应尽可能低。对于节点处密筋情况，混凝土垂直自由落下高度宜≤2.5m。混凝土梁高>1 000mm时，应分层浇筑混凝土，每层浇筑高度为500mm，上下层采用踏步式分层推进。需在下层混凝土初凝前浇筑上层混凝土，避免产生冷缝，浇筑完成后及时养护。

5.3 施工注意事项

1)钢牛腿安装完成后对钢管混凝土叠合柱进行校正，严格控制柱垂直度偏差。

2)钢牛腿探伤须保证100%合格。

3)对于钢牛腿位置处梁底模，需待梁底筋套筒与竖向板焊接完成并验收合格后铺设。

4)梁钢筋排布严格按照有关规范要求进行，避免钢筋间距不足导致混凝土无法浇筑。

5)套筒须与钢筋拧紧后与钢牛腿竖向板焊接，套筒为可焊接型，且为满焊，焊脚高度满足有关规范要求。

6)混凝土浇筑前需清理表面垃圾，以保证浇筑质量。

6 结语

对于抗震设防烈度要求高的地区，钢管混凝土叠合柱与混凝土梁节点设计尤为重要。对不同梁柱节点形式优缺点进行对比，提出组合式钢牛腿节点构造。针对节点复杂、抗震性能要求高等特点，采用自密实混凝土进行浇筑，不仅施工方便，且保证节点施工质量，满足高烈度区结构抗震要求。