非下插式短型钢梁柱转换节点施工技术

汪爱园 徐孟育 泮鑫涛 赵海峰

【摘    要】：为解决传统型钢-混凝土梁柱转换节点做法中因整根型钢梁贯通设置而造成的节点区钢筋交错复杂、现场焊接量大、施工工序繁琐等一系列施工难题，以上海金鼎天地培训中心项目为例，采用混凝土梁内预埋连接短型钢的优化节点，取消通长型钢，实现建筑上部钢结构与下部混凝土框架组合结构的平滑过渡，显著减小节点用钢量，优化转换节点施工工序。

【关键词】：非下插式；短型钢；梁柱转换节点；型钢梁贯通

【中图分类号】：TU755【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-60-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.018

Construction Technology of Non Downward Inserted Short Steel Beam Column

Transfer Joint

WANG Aiyuan， XU Mengyu， PAN Xintao， ZHAO Haifeng

（Zhejiang Dadi Steel Structure Co. Ltd.， Hangzhou 311231， China）

【Abstract】：In order to solve a series of construction problems such as complex interlocking of steel bars in the node area， large on-site welding volume， and cumbersome construction procedures caused by the installation of the entire steel beam in the traditional method of steel concrete beam column transfer joint， taking the Shanghai Jinding Tiandi Training Center Project as an example， this paper uses optimized joint with embedded short steel connections in concrete beams and eliminates full-length steel， the smooth transition between the upper steel structure and the lower concrete frame composite structure of the building is achieved， and significantly reduces the amount of steel used at the nodes and optimizes the construction process of the transfer joint.

【Key words】：non downward insertion; short steel; beam column transfer joint; steel beam penetration

現代高层建筑向多功能和综合化方向发展，同一建筑在竖向功能分配上的显著差异，常导致上下层结构柱网无法完全匹配，需通过水平转换结构将上部竖向构件所受荷载间接传递至下部的竖向构件[1]。现行设计规范和设计手册中没有明确规定上部钢结构柱和下部钢筋混凝土梁连接的梁柱转换节点相关设计方法和构造要求；常规型钢-混凝土梁转换节点采用双向型钢混凝土梁托柱的形式，往往会出现按构造要求确定的型钢截面过大、焊接工作量大、型钢梁端梁柱节点钢筋密集、混凝土浇筑困难等施工不利情况。本文提出非下插式短型钢梁柱转换施工工艺，保证安装精度及控制焊接变形的有效方法。

1 工程概况

某建筑地上部分由A、B、C、D4栋单体组成，各单体间采用钢连廊连接，最大建筑高度79.9 m。地上均为钢框架-支撑结构，局部为大跨度钢桁架结构；地下为3层整体地下室，钢筋混凝土框架结构，上部结构钢柱脚多数坐落于B2层混凝土柱顶部，其中D栋B1层3-G轴以南区域建筑功能为下沉广场，为满足下沉广场大空间布局要求，上方29 m大跨度梁托柱处设置9组非下插式型钢梁柱转换节点。见图1。

转换节点采用箱形、H形组合截面，上部箱形钢柱仅下插至节点区域[2]，梁底部纵筋贯通设置，梁上部纵筋采用钢筋套筒及连接板与转换节点连接。见图2。

2 节点深化及制造加工

2.1 节点深化要求

1）确定钢柱分段点。柱内自密实混凝土浇筑高度为梁顶面以上600 mm，为防止钢柱对接焊接时高温对柱内混凝土质量的影响，同时避免钢柱进行仰焊，分段点设置于梁顶面以上1.4 m处。

2）确定梁纵筋连接方式。梁纵筋与型钢转换节点有2种连接方式：一种是节点板进行焊接；另一种是接驳器及钢筋套筒连接。采用钢筋套筒连接时遵循“一端套筒”原则，即1根钢梁纵筋若两端都使用套筒，中间段钢筋需打断分别拧入两端套筒后再进行搭接；因此一端为钢筋套筒，一端为连接板连接方式，可先将套筒一端钢筋拧紧，另一端钢筋与连接板焊接[3]，有效保证现场施工便捷，确保工程质量。

3）确定焊缝位置。转换节点焊缝均为一级焊缝，隔板较多，焊缝交叉重合易造成焊接应力集中，在深化时充分考虑每道焊缝的位置、坡口角度、施焊空间等，在整体构造上进行规划处理，避免焊缝交叉重合。

2.2 制造加工要求

1）两侧短H型钢腹板插入通长型钢柱内，与通长H型钢腹板单面开坡口焊接，与翼缘板单面坡口融透焊接。下部H型钢内隔板与上部箱型钢柱腹板及翼缘板平齐，避免焊接时钢柱翼缘板直接撕扯H型钢翼缘板，隔板与翼缘板采用单面坡口融透焊接[4]。

2）在板材下料、制孔、矫正、成品、检测等环节进行全过程跟踪检查控制，确保转换节点加工质量。

3 施工工艺流程

3.1 型钢转换节点吊装

单个转换节点质量约为3.69～4.70 t，在D栋施工区域布置的一台吊装半径60 m的塔吊进行吊装。

3.1.1 吊装准备

吊装前，对构件编号、外形尺寸等进行全面复核，再次核定塔吊吊装半径、额定起重量等参数，确保复合设计图纸及施工方案要求。

3.1.2 构件吊装

根据构件特点，采用钢柱连接板进行“四点吊装”，在底部钢梁端部分别拉设溜绳用于调整构件水平方向。正式吊装前进行试吊，将构件离地200～500 mm，检查机械状况、制动性能等，确认安全后方可正式起吊。构件正式起吊至距离预定安装位置支撑面40～100 mm后，调整构件使其与支撑面基准线保持一致，指挥吊机缓慢下降就位。见图3。

3.1.3 偏差调整

由于转换节点下部无竖向支撑构件，构件吊装完成后完全安置于下部支撑架体结构上。经实际测量发现，节点下部钢梁两端存在高程偏差，采用临时支架及千斤顶对转换节点底部型钢支架标高、垂直度进行测量调整，纠正偏差后焊接固定。

3.2 节点区钢筋施工

3.2.1 工序

支撑架体搭设→梁底模支设→安装转换节点下方型钢支架→转换节点安装→梁钢筋绑扎→梁钢筋与套筒或搭筋板连接→梁侧模与楼板模板支设→后续钢筋与混凝土施工。

3.2.2 钢筋下料

节点区钢筋下料长度对整体施工质量控制尤为重要[5]。下料过长过短，都会影响梁钢筋的安装与质量。在下料前，需复合转换节点实际安装精度并由钢筋翻样人员进行核对，确保下料钢筋与图纸要求、现场需求相匹配。

3.2.3 钢筋焊接

现场采用二氧化碳保护焊进行搭接钢筋的焊接，焊接速度快、质量较好，有效避免焊缝裂纹、夹渣、气孔等质量缺陷的产生。钢筋焊接完成后，两端收到约束，因温度影响会产生热胀冷缩效应导致钢筋变形；因此，节点区钢筋焊接时采用浇水降温措施控制变形。

3.3 节点区混凝土浇筑

转换节点吊装、钢筋连接紧固完成且复核无误后，需尽快浇筑混凝土，为后续施工工序提供工作面。由于梁柱转换节点外纵筋及箍筋较密，影响梁柱节点外部混凝土密实程度及结构安全；因此浇筑混凝土过程中需从混凝土原材、浇筑方式等方面进行控制。

1）原材控制。浇筑前与混凝土搅拌站进行充分沟通，明确混凝土粗骨料最大粒径、流动性，配制最适合现场施工的C40优质混凝土。在试件浇筑同时，制作相应的混凝土立方体同养试块，标准养护28 d后对所有试块进行抗压强度试验，确保混凝土原材质量。

2）节点内混凝土浇筑。采用导管浇筑法，在柱内混凝土達到设计强度的70%（约7～10 d）后，进行钢管柱密实度检测，采用敲击法及超声波法进行检测，敲击检测应全数进行，超声波检测数量不少于总数的20%。

3）节点外部混凝土浇筑。转换节点外部混凝土采取常规浇筑方式，浇筑过程中采用混凝土溜槽与浇捣管配合浇筑。

4 结语

非下插式型钢梁柱转换节点的成功应用，解决了因上下层建筑功能不一致而导致的上部结构钢柱无法落到基础底板的难题，实现“强节点弱杆件”的精细化设计，达到减小用钢量、便捷施工、节省工期的目标，可为类似转换结构体系的设计和施工提供参考。

参考文献：

[1]耿涛，赵健.大型综合体劲性转换结构节点深化设计及应用[J].建筑施工，2021，43（9）：1754-1757.

[2]高劲洋，聂鑫，丁然，等．钢管柱-混凝土框架非下插转换节点抗震性能试验研究[J/OL]．建筑结构学报：1-11[2022-01-05].

[3]张秀川，丁全民，郑雅静，等.型钢混凝土梁柱节点施工技术[J].天津建设科技，2016，26（1）：13-15.

[4]刘东海，张衡，聂博仪.型钢-混凝土组合梁柱节点施工技术[J].建筑施工，2021，43（3）：388-390.

[5]曹发军.建筑工程建设中型钢混凝土组合结构的应用探讨[J].中国建筑金属结构，2022，（6）：56-58.