劲性混凝土结构梁-柱节点施工方法

摘要

劲性混凝土结构梁-柱节点施工方法，施工方法包括：施工准备，构件安装，绑扎梁柱钢筋和支模混凝土浇筑；其中，施工准备中包括：型钢柱上直螺纹套筒(4)焊接、梁主筋贯通预留了(5)和水平加劲板(7)的焊接；构件安装中包括：地脚螺栓预埋、型钢柱吊装、测量校正、型钢柱焊接和焊缝探伤检验；绑扎梁柱钢筋中包括：①纵向钢筋(1)与直螺纹套筒(4)机械连接；②纵向钢筋(1)穿过型钢柱腹板(2)上预留孔(5)；③纵向钢筋(1)与型钢柱上加劲板(7)焊接连接；④纵向钢筋(1)绕过型钢柱直接通过；⑤纵向钢筋(1)直接锚固与梁柱节点区域。节点部位结构整体性好，工程质量和节点域承载能力提升。

说明书

技术领域

本发明涉及国际专利分类EO4B建筑物构造施工技术，尤其是劲性混凝土结构梁-柱节点施工方法。 

背景技术

随着建筑物高度的增加及人防地下室设计及使用性能的要求不断提高，作为一种高效的结构承力体系，劲性混凝土越来越多地应用于建筑结构中，尤其是高层建筑结构及大型工业民用建筑的人防地下室结构中。 

劲性混凝土组合结构又称型钢混凝土或劲钢混凝土组合结构，是由钢骨架外包钢筋混凝土而形成的一种新型组合结构，由于配置钢骨架与高强混凝土之间相互约束使劲性混凝土结构能够更有效地发挥型钢和混凝土两种材料各自的优点，克服了钢结构容易发生局部屈曲的缺点，增加了结构和构件的延性，改善了由于高强混凝土本身延性差而带来的不利于抗震的脆性特性；另外，相对于钢筋混凝土结构来说，采用劲性混凝土结构有效地减小了构件的截面尺寸，增大了使用空间，可减少梁柱截面，调节轴压比，提高结构的承载力；相对于钢结构来说，采用劲性混凝土结构节约了钢材用量，降低了造价，改善了防火和防腐性能。 

已公开的相关专利文献中包括：专利申请201110183220型钢混凝土结构梁柱节点施工工法，解决了型钢梁和型钢柱连接节点域错综复杂的钢筋与对应的型钢布置和绑扎问题，避免在型钢翼板上开孔，通过在X、Y梁水平纵筋与型钢柱在水平交叉位，藉助在型钢柱的腹板上开竖向长条孔，实现X、Y梁水平筋的上下调节及弯曲，且控制型钢柱腹板上开孔面积超过腹板截面积的20％，最大限度地减少因开孔对型钢柱腹板强度的负面影响，并且在柱主筋、柱加劲板及柱箍筋三者空间交错位置，以柱加劲板的上表面为基准线有序间隔布置箍筋，减少钢筋接头。 

发明内容

本发明的目的是提供一种劲性混凝上结构梁-柱节点施工方法，简化施工，加快施工进度，提高施工效率，而且确保提升劲性混凝土结构梁、柱连接的工程质量和节点域承载 能力。 

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：施工方法包括：施工准备，构件安装，绑扎梁柱钢筋和支模混凝土浇筑；其中，施工准备中包括：型钢柱上直螺纹套筒焊接、梁主筋贯通预留孔和水平加劲板的焊接；构件安装中包括：地脚螺栓预埋、型钢柱吊装、测量校正、型钢柱焊接和焊缝探伤检验；绑扎梁柱钢筋中包括：①纵向钢筋与直螺纹套筒机械连接；②纵向钢筋穿过型钢柱腹板上预留孔；③纵向钢筋与型钢柱上加劲板焊接连接；④纵向钢筋绕过型钢柱直接通过；⑤纵向钢筋直接锚固与梁柱节点区域。 

尤其是，施工具体步骤包括： 

1)钢构件深化设计；对型钢柱节点部位进行深化设计，细化直螺纹套筒的位置、直径及数量，细化水平加劲板的位置和标高、截面尺寸以及梁主筋贯通预留孔的精确位置、直径大小，做出施工详图； 

2)钢构件的加工制作；型钢柱上直螺纹套筒焊接采用手工电弧焊，型钢柱腹板上的梁主筋贯通预留孔采用精密机械钻孔，型钢柱上的加劲板手工电弧焊进行焊接； 

3)构件安装中包括：地脚螺栓预埋、型钢柱吊装、测量校正、型钢柱焊接和焊缝探伤检验；第一节型钢柱的吊装与临时固定时，采用塔吊旋转垂直吊法，吊点设置在柱顶部，通过专用吊具与焊在柱顶两侧面耳板螺栓相连；型钢柱起吊时必须垂直，回转时必须具有一定的高度，以免碰撞其它构件，型钢柱在吊装前，在柱身上焊接好爬梯或挂梯，型钢柱就位时，首先将型钢柱底板穿入地脚螺栓，放置在调节好标高的螺帽上，并将柱底的四面中心线与基础轴线对位校正；第二节和以上型钢柱安装时，先定位轴线、标高上传从地面测量控制网把安装控制轴线投影上翻到第一节柱顶，把标高控制线引测到第一节柱顶，上下节型钢柱进行对接时，先通过临时连接耳板进行固定，垂直度及轴线偏差调整完成后，采用对称施焊，保持连续一次性焊完，对于一、二级焊缝要做焊缝探伤检测，在保证型钢柱垂直度的同时，两型钢柱的之间的型钢梁应及时安装，以校正两型钢柱的位置，型钢梁与型钢柱的牛腿相焊接和高强螺栓连接；垂直度控制与校正时，在纵横两个方向的两台经纬仪的测量下，利用缆风绳对钢柱的垂直度进行校正，校好后焊接定位板、固定好缆风绳，需要反复观测并纠正其轴线、标高、垂直度偏差值，直至符合规范要求后，方可进行对接 焊；现场对接焊缝腹板采用坡口双面全熔透、翼板采用坡口单面全熔透，主要采用CO₂气体保护焊为主的焊接方法，采用热输入较低的CO₂气体保护焊，先焊接十字形腹板2，后焊接翼板，采用对称焊接的方法；焊完后用氧气割去定位板及吊耳，打磨焊缝，焊缝采用超声波无损检测仪现场检定，合格后进行下道工序施工； 

4)当框架梁纵向钢筋与十字型钢柱上的腹板垂直相交时，采用穿过腹板的连接方式；当框架梁纵向钢筋与十字型钢柱上的腹板垂直相交时，也可以将梁纵向钢筋主筋直接锚固在节点核心部位；当梁纵向钢筋与箱型钢柱垂直相交时，采用直螺纹套筒连接方式；当梁纵向钢筋与型钢柱翼板垂直相交时，将梁纵向钢筋1焊接在型钢柱水平加劲板上；钢筋与型钢柱加劲板焊接时，焊缝应满足双面焊，焊缝长度不小于5d的要求，d为纵向钢筋直径；劲性混凝土结构中梁纵向钢筋主筋采用绕过型钢柱通过或穿过钢筋贯通预留孔时，主筋采用机械连接或绑扎搭接，同时要求，同一截面内主筋接头率不应大于50％。 

本发明的优点和效果：合理布置节点部位梁纵向主筋及选择合理的梁纵向主筋与型钢柱的连接方式，节点部位结构整体性好，有效保证了型钢柱节点部位的施工质量；工艺流程简单，操作方便，减少废料，节约钢材，具有良好的经济效益；安装作业时间显著缩短，施工效率提高，工程质量和节点域承载能力提升。 

附图说明

图1是本发明中施工方法工序示意图。 

图2是本发明实施例1中梁-柱节点部位连接结构图。 

图3是本发明实施例1中梁-柱节点部位预留孔穿过示意图 

附图标记包括：纵向钢筋1、腹板2、十字型钢柱3、直螺纹套筒4、预留孔5、箱型钢柱6、加劲板7、浇筑仝体8、浇筑排气孔9。 

具体实施方式

本发明原理在于，劲性混凝土结构中框架梁钢筋直径大、排数多、单排钢筋之间间距小，梁、柱节点部位钢筋较密、空间较小，且存在多根框架梁相交于同一部位的现象，导致多层钢筋互相重叠，只有合理布置节点部位梁纵向主筋及选择合理的梁纵向主筋与型钢柱的连接方式，才能保证施工质量。 

如附图1所示，本发明中施工方法包括：施工准备，构件安装，绑扎梁柱钢筋和支模混凝土浇筑；其中，施工准备中包括：型钢柱上直螺纹套筒4焊接、梁主筋贯通预留孔5和水平加劲板7的焊接；构件安装中包括：地脚螺栓预埋、型钢柱吊装、测量校正、型钢柱焊接和焊缝探伤检验；绑扎梁柱钢筋中包括：①纵向钢筋1与直螺纹套筒4机械连接；②纵向钢筋1穿过型钢柱腹板2上预留孔5；③纵向钢筋1与型钢柱上加劲板7焊接连接；④纵向钢筋1绕过型钢柱直接通过；⑤纵向钢筋1直接锚固与梁柱节点区域。 

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

实施例1：施工具体步骤包括： 

1、钢构件深化设计； 

根据结构施工图，对型钢柱节点部位进行深化设计，细化直螺纹套筒4的位置、直径及数量，细化水平加劲板7的位置和标高、截面尺寸以及梁主筋贯通预留孔5的精确位置、直径大小，做出施工详图，待由设计院确认后方可作为施工及验收的依据。 

在梁、柱节点钢筋较集中交叉较密，该处还存在包括梁纵向主筋1与型钢柱直螺纹连接套筒4、水平加劲板7连接，框架梁钢筋直径大、排数多、单排钢筋之间间距小，梁、柱节点部位钢筋较密、空间较小，且存在多根框架梁相交于同一部位的现象，导致多层钢筋互相重叠。 

2、钢构件的加工制作； 

型钢柱的材料采购、放样下料、组装焊接、矫正、检验、发运及型钢柱上直螺纹套筒4焊接、预留梁主筋贯通孔水平加劲板7的焊接，均按国家标准及质量保证体系文件要求执行。 

型钢柱上直螺纹套筒4焊接采用手工电弧焊，为了确保直螺纹套筒4的精度和数量，须有放样工放样划线划出基准轴线和套筒边线，定位后进行满焊连接，为了保证焊接质量，应清除焊接部位的铁锈，焊接完成后应清除焊渣、焊接飞溅物等，并进行外观检查，焊缝外形应均匀、饱满、过渡平滑，不得有气孔、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，发现有缺陷时应及时补焊。 

型钢柱腹板2上的梁主筋贯通预留孔5采用精密机械钻孔，为了确保钻孔精度和质量， 须有放样工放样划线划出基准轴线和孔中心，梁主筋贯通孔钻孔后均需经检验员检验合格后做上合格标识后方可进行下部工序。加工后的贯通孔均按规定进行边缘加工，去除毛刺、污垢等，并进行表面检查。 

型钢柱上的加劲板7手工电弧焊进行焊接，为了确保加劲板7的精度位置和截面尺寸，须有放样工放样划线划出基准轴线和加劲板边7线，定位后进行满焊连接，为了保证加劲板7的焊接质量，应清除焊接部位的铁锈，焊接完成后应清除焊渣、焊接飞溅物等，并进行外观检查，焊缝外形应均匀、饱满、过渡平滑，不得有气孔、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，发现有缺陷时应及时补焊。 

3、构件安装； 

3.1构件安装中包括：地脚螺栓预埋、型钢柱吊装、测量校正、型钢柱焊接和焊缝探伤检验； 

3.2地脚螺栓预埋； 

为了保证地脚螺栓的埋设精度，依据平面控制线，基准轴线或中心线等，及标高控制线，确定标高和垂直度后进行螺栓加固，采用钢筋井架固定地脚螺栓，每组螺栓采用3组钢筋井架，井架的位置尽量与结构钢筋的位置接近，以便连接，在筏板上下两层钢筋网之间加固和支撑，防止地脚螺栓移位和下沉；最后利用经纬仪、水准仪进行螺栓位置及标高的检查验收；地脚螺栓的螺纹保护相当重要，螺纹上要涂黄油并包上油纸。 

3.3第一节型钢柱的吊装与临时固定； 

型钢柱吊装采用塔吊旋转垂直吊法；起吊钢索根据分节重量经过计算后确定钢丝绳型号；吊点设置在柱顶部，通过专用吊具与焊在柱顶两侧面耳板螺栓相连；型钢柱起吊时必须垂直，回转时必须具有一定的高度，以免碰撞其它构件；型钢柱在吊装前，在柱身上焊接好爬梯或挂梯，以便于操作人员上下和型钢柱就位后松钩；型钢柱就位时，首先将型钢柱底板穿入地脚螺栓，放置在调节好标高的螺帽上，并将柱底的四面中心线与基础轴线对位校正，四面兼顾，使偏差控制在规范许可的范围以内，穿上压板，拧紧螺栓，即为完成型钢柱的就位工作； 

3.4第二节和以上型钢柱安装； 

在第二节柱和以上型钢柱安装前，定位轴线、标高上传从地面测量控制网把安装控制轴线投影上翻到第一节柱顶，把标高控制线引测到第一节柱顶，并检查是否符合规范要求；上下节型钢柱进行对接时，先通过临时连接耳板进行固定，垂直度及轴线偏差调整完成后，采用对称施焊；保持连续一次性焊完，对于一、二级焊缝要做焊缝探伤检测； 

在保证型钢柱垂直度的同时，劲性结构中两根型钢柱的相对位置关系尤为重要，因此为于两型钢柱的之间的型钢梁应及时安装，以校正两型钢柱的位置，保证整体性稳定，型钢梁与型钢柱的牛腿相焊接和高强螺栓连接。 

3.5测量控制与校正； 

垂直度控制与校正：在纵横两个方向的两台经纬仪的测量下，利用缆风绳对钢柱的垂直度进行校正，校好后焊接定位板、固定好缆风绳；需要反复观测并纠正其轴线、标高、垂直度偏差值，直至符合规范要求后，方可进行对接焊。 

3.6型钢柱焊接； 

现场对接焊缝腹板2采用坡口双面全熔透、翼板采用坡口单面全熔透，主要采用CO₂气体保护焊为主的焊接方法。 

为了控制焊接变形保证钢柱垂直度，减少型钢柱焊接产生的扭曲变形，为此采用热输入较低的CO₂气体保护焊，先焊接十字形腹板2，后焊接翼板，采用对称焊接的方法。这样既可以保证焊接质量，减少焊接变形，提高工效，加快施工进度。 

3.7焊缝探伤检验； 

焊完后用氧气割去定位板及吊耳，打磨焊缝。焊缝采用超声波无损检测仪现场检定，合格后进行下道工序施工。 

4、绑扎梁柱钢筋； 

型钢梁纵向钢筋1在梁、柱节点部位做法有五种情况：①纵向钢筋1与直螺纹套筒4机械连接；②纵向钢筋1穿过型钢柱腹板2上预留孔5；③纵向钢筋1与型钢柱上加劲板7焊接连接；④纵向钢筋1绕过型钢柱直接通过；⑤纵向钢筋1直接锚固与梁柱节点区域。 

4.1如附图3所示，当框架梁纵向钢筋1与十字型钢柱3上的腹板2垂直相交时，采用穿过腹板2的连接方式，此种连接方式要求预留孔5在型钢柱上的上、下、左、右位置 都要准确，为了保证型钢的强度，型钢上的预留孔5应尽量小，但孔太小又不便施工，甚至由于制作或施工误差的原因导致钢筋不能从预留孔5穿过去。在钢结构深化设计阶段，结合结构施工图，将预留孔5深化到位，型钢柱加工制作时选择认真负责和熟练技术的人员，确保型钢构件质量，另外，对进场的钢构件应对照加工图纸仔细检查型钢柱穿孔位置、大小。当框架梁纵向钢筋1与十字型钢柱3上的腹板2垂直相交时，也可以将梁纵向钢筋1主筋直接锚固在节点核心部位，此时应注意锚固长度应满足设计及规范要求。 

4.2当梁纵向钢筋1与箱型钢柱6垂直相交时，采用直螺纹套筒4连接方式。此种方式对预留直螺纹套筒4的位置准确度及直螺纹套筒4与型钢柱焊接质量要求较高。 

直螺纹套筒4与型钢柱的焊缝应满足下列规定： 

(1)焊缝不得有气孔、夹渣、裂纹、弧坑、焊瘤等，发现有缺陷时应及时补焊； 

(2)焊缝外形应均匀、饱满、过渡平滑。 

直螺纹接头的现场加工应符合下列规定： 

(1)钢筋端部应切平； 

(2)不得有与钢筋轴线相垂直的横向裂纹； 

(3)钢筋丝头长度应满足企业标准中产品设计要求，公差应为0～2.0p，p为螺距。 

直螺纹钢筋接头的安装质量应符合下列要求： 

(1)安装接头时可用管钳扳手拧紧，应使钢筋丝头在直螺纹套筒4中央位置相互顶紧，接头安装后的外露螺纹不宜超过2p； 

(2)安装后应用扭力扳手校核拧紧扭矩，拧紧扭矩值应符合下表的规定： 

直螺纹接头安装时的最小拧紧扭矩值 

钢筋直径mm ≤16 18～20 22～25 28～32 36～40 拧紧扭矩N.m 100 200 260 320 360

4.3当梁纵向钢筋1与型钢柱翼板垂直相交时，如附图3所示，将梁纵向钢筋1焊接在型钢柱水平加劲板7上。此种方式要求十字型钢柱3水平加劲板7的截面尺寸、标高和角度必须与连接的混凝土框架梁的截面标高、尺寸和角度相对应。运到场的型钢柱要对照型钢柱加工图纸核对型钢柱加劲板7位置和标高、截面尺寸及加劲板7焊接质量。 

钢筋与型钢柱加劲板7焊接时，焊缝应满足双面焊，焊缝长度不小于5d的要求，d为纵向钢筋直径。框架梁纵向钢筋1端面应切平，目的是让钢筋端面与母材轴线方向垂直，同时将钢筋头部弯曲的部分切掉，宜采用砂轮切割机或其它专用切断设备，严禁气割。焊缝外观验收标准应符合下列规定： 

(1)焊缝表面应平整，不得有凹陷或焊熘； 

(2)焊接接头区域不得有肉眼可见裂纹； 

(3)咬边深度、气孔、夹渣等缺陷允许值及接头尺寸偏差应符合规范规定； 

框架梁纵向钢筋1与型钢柱加劲板7焊接完成后，应委托具有专业资质的检测单位对连接件进行现场拉拔试验。试件抗拉承载力应符合下列规定： 

4.4钢筋必须有出厂合格证和检验报告单及复试报告，钢筋加工要准确，形状、尺寸偏差应符合设计及规范要求。钢筋机械连接操作人员必须经过技术培训、考试合格、持证上岗，连接套筒的位置、规格和数量应符合设计及规范要求。焊工必须持证上岗，并在其许可范围内施焊焊接用电焊条必须有出厂质量证明书或检验报告单，钢筋焊接头质量必须合格。 

本实施例中，为取得较好的实施的效果，除采取前述型钢柱节点部位深化设计，钢构件的制作，构件安装，绑扎梁柱钢筋的施工外，还需要： 

1)利用类似工程施工经验，首先分析结构体系梁纵向钢筋1主筋与型钢柱可靠连接的施工难点、影响人工降耗和施工进度的主要因素，确定各类影响因素的控制对策； 

2)劲性混凝土施工前，必须进行型钢柱节点部位的二次详细深化设计，做出施工详图，以便解决型钢下料和钢筋与型钢柱牢固连接的问题。设计时主要解决梁柱节点部位，节点设计时必须考虑到钢筋数量、规格、位置和主次梁钢筋标高，梁上下排钢筋间距等等，以便型钢柱开钢筋贯通预留孔5和焊接直螺纹连接套筒4、水平加劲板7等等； 

3)钢筋翻样和加工；按节点大样模型明确的节点主筋布置和连接形式，进行分类编号，按不同连接形式、不同连接节点分别进行加工，劲性混凝土结构中梁主筋采用直螺纹套筒4及与加劲板7焊接连接时，矩形钢柱安装完成后，梁主筋的长度便已固定，否则，长则无法与直螺纹套筒4和加劲板7连接，短则伸入直螺纹套筒4内长度不够、焊缝长度不满足要求，对结构受力有影响；劲性混凝土结构中梁纵向钢筋1主筋采用直接锚固与梁柱节点区域时，要保证锚固长度满足要求；劲性混凝土结构中梁纵向钢筋1主筋采用绕过型钢柱通过或穿过钢筋贯通预留孔5时，主筋采用机械连接或绑扎搭接，同时要求，同一截面内主筋接头率不应大于50％。 

本发明，经过深化型钢柱节点部位设计，优化型钢柱水平加劲板7、钢筋贯通预留孔5、工厂焊接的直螺纹套筒4与框架梁钢筋精确定位排布，提高型钢柱加工制作的准确性，应用CAD三维建模技术，出具构造详图工厂化制作，下料准确，施工工艺先进，解决了节点部位密集钢筋与型钢柱柱可靠连接，整体劲性柱施工质量满足设计及施工规范要求，确保提升劲性混凝土结构梁、柱连接的工程质量和节点域承载能力，使节点部位结构整体性大大提高。能有效保证焊接质量、安装质量，较之传统做法提高工效，节约了相当大的人工与材料费用，节约了工期；确保整体劲性柱施工质量满足设计及施工规范要求，该种方法节省了施工时间，缩短工期，提高经济效益；经济适用，操作简便，并能节省施工经费，降低施工成本。适用于劲性混凝土结构施工中混凝土框架柱-型钢柱-混凝土框架梁节点部位施工，具有施工简单、快捷、易于掌握，施工综合费用低、劳动效率高等特点，可以广泛的用于建筑结构领域，具有广阔应用前景，有较高的应用推广价值。