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型钢 混凝土 组合 结构 钢骨 深化 设计
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12 施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2013 年 4 月下 第 42 卷 第 8 期 DOI: 10. 7672 /sgjs2013080012 型钢混凝土组合结构钢骨开孔与穿筋深化设计 * 陈敏敏 , 吴学军 , 熊 壮 , 于圣付 , 姚俊斌 ( 中建一局集团第五建筑有限公司 , 北京 100024) [ 摘要 ] 甘肃省会展中心五星级酒店工程主体结构采用箱形钢管混凝土柱 + 钢框架梁 + H 型钢混凝土筒体组合结 构 , 地下为劲性钢 -混凝土组合结构 。本工程钢结构构件截面种类多 , 连接节点类型多 、构造复杂 。重点介绍了钢 骨柱穿筋孔 、钢骨梁穿筋孔以及钢骨其他开孔的形式 , 以及组合结构节点设计原则 。另外指出 , 钢结构制作加工 时 , 需预留穿筋孔眼 , 钢骨开孔要本着连接节点构造简单 、等强受力 、便于施工的原则 。 [ 关键词 ] 组合结构 ; 钢骨混凝土 ; 开孔 ; 穿筋 ; 深化设计 [ 中图分类号 ] TU398. 7 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1002-8498( 2013) 08-0012-05 Detailed Design for the Steel Perforating and Reinforcement Passing in Steel Reinforced Concrete Structures Chen Minmin, Wu Xuejun, Xiong Zhuang, Yu Shengfu, Yao Junbin ( China Construction First Group the Fifth Construction Co. , Ltd. , Beijing 100024, China) Abstract: The main structure of Gansu Conference and Exhibition Hotel uses square concrete-filled steel tubular columns, steel beams and H-shaped steel reinforced concrete core. There are many different sections shapes, which caused high variety of connection forms and complicated connection details. This paper introduces in detail the opening of holes on steel members of steel reinforced column, beam and other components. The principles governing the joints design of composite structures are also illustrated. It is also pointed out that steel members should be fabricated with reserved holes for reinforcement crossing, and the detailed design of crossing reinforcement should follow the principles of easy connection, equal resistance and convenient construction. Key words: composite structure; steel reinforced concrete; opening; reinforcement passing; detailed design * 住房和城乡建设部 2012 年科学技术项目计划 ———科技示范工程 项目 ( 2012-S2-13) [ 作者简介 ] 陈敏敏 , 高级工程师 , E-mail: roadchenmm@ 126. com [ 收稿日期 ] 2012-12-26 1 工程概况 甘肃省会展中心五星级酒店工程总建筑面积 72 516. 3m 2 , 地 下 2 层 , 地 上 36 层 , 构 架 顶 标 高 151. 8m。主体结构采用箱形钢管混凝土柱 + 钢框 架梁 + H 型钢混凝土筒体组合结构 , 地下为劲性钢 - 混凝土组合结构 , 抗震等级为特一级 。 2 典型节点形式 本工程钢结构构件截面种类及连接节点类型 多 , 节点构造复杂 。涉及钢骨穿筋的组合节点类型 主要有 : 箱形柱与箱形梁连接节点 、箱形柱与 H 型 钢梁连接节点 、十字劲性柱与钢梁连接节点 、十字 劲性柱与箱形柱连接节点 、H 型钢梁与剪力墙连接 节点 、柱脚节点 、屈曲支撑与框架梁柱连接节点等 。 2. 1 箱形柱与箱形梁连接节点 箱形截面构件主要是箱形柱和箱形钢梁 , 如图 1 所示 。为方便钢构件安装 , 箱形柱带有连接牛腿 。 图 1 箱形柱与箱形钢梁连接节点示意 Fig. 1 Connection joint of box-shaped column and beam 2. 2 箱形柱与 H 型钢梁连接节点 如图 2 所示 , 节点为刚性连接 , 在钢梁上下翼缘 2013 No. 8 陈敏敏等 : 型钢混凝土组合结构钢骨开孔与穿筋深化设计 13 加焊楔形板 , 以加强节点刚度 , 并在梁跨度的 1 /10 处设置侧向支撑 。 图 2 箱形柱与 H 型钢梁连接节点示意 Fig. 2 Connection joint of box-shaped column and H-shaped steel beam 2. 3 H 型钢柱与 H 型钢梁连接节点 工程中 , 柱脚全部采用十字形劲性柱 , 从基础 底板一直过渡到相应的箱形截面 。 核心筒内钢骨部分采用宽翼缘焊接 H 型钢 ( 见 图 3) , 部分采用十字形截面 。核心筒外围框架梁与 核心筒连接时 , 由钢骨柱上做出牛腿并根据钢筋分 布开设穿筋孔 , 此种连接传力可靠 , 加工方便 。 图 3 H 型钢柱与 H 型钢梁连接节点示意 Fig. 3 Connection joint of H-shaped steel column and beam 2. 4 H 型钢主次梁连接节点 H 型钢主次梁连接节点 , 两侧加劲板离次梁连 接板距离偏小 , 导致高强螺栓安装无操作空间 , 经 与原设计协商后 , 根据安装方向 , 将一侧加劲板改 为现场焊接 。 2. 5 H 型钢梁与剪力墙连接节点 H 型钢梁与剪力墙连接节点需保证节点连接满 足设计要求 , 在剪力墙内设置预埋件 , 预埋件锚栓 锚入剪力墙内 , 当剪力墙厚度无法满足锚栓锚固长 度 L a 要求时 , 将锚栓设计成带弯钩形式 ; H 型钢梁 与锚板通过连接板穿高强螺栓连接 。 2. 6 柱脚节点 柱脚 ( 包括方柱和圆柱 ) 全部采用十字形截面 , 通过底座及地脚螺栓与基础底板相连 ( 见图 4) 。型 钢混凝土组合结构竖向构件的主筋一般靠柱脚外 侧深入基础底板 , 但当双柱连体时 , 应在底座上按 设计图纸留设柱间的主筋穿孔 。 图 4 柱脚节点 Fig. 4 Joint of column foot 2. 7 十字形钢柱与 H 型钢梁连接节点 ( 见图 5) 图 5 十字形钢柱与 H 型钢梁连接节点示意 Fig. 5 Connection joint of 十 -shaped steel column and H-shaped steel beam 2. 8 屈曲支撑与框架梁柱连接节点 工程采用具有阻尼作用的屈曲支撑结构设计 ( 见图 6) , 用以提高结构的抗震性能 。 3 钢骨开孔形式 3. 1 钢骨柱的穿筋孔 穿过钢骨柱及柱牛腿的钢筋一般有 : 柱箍筋穿 钢骨柱腹板 , 钢筋混凝土剪力墙暗柱内的箍筋穿过 钢骨柱腹板 , 柱主筋穿过牛腿翼缘板 , 柱箍筋穿牛 腿腹板 , 劲性梁纵筋穿钢柱腹板 , 框架梁纵筋 ( 主 筋 、腰筋 ) 穿钢骨腹板 , 剪力墙连梁纵向钢筋穿钢骨 腹板或翼缘板 , 剪力墙水平筋穿钢骨等 。 14 施工技术 第 42 卷 图 6 柱与屈曲支撑连接节点 Fig. 6 Connection joint of column and buckling support 3. 2 钢骨梁穿筋孔 穿过钢骨梁的钢筋有 : 劲性柱箍筋穿过钢骨梁 腹板 , 钢筋混凝土剪力墙竖筋穿过钢骨梁翼缘板 , 暗柱箍筋穿过钢骨梁腹板 , 梁拉接筋穿过梁腹板等 。 3. 3 钢骨上其他开孔 包括支模用对拉螺栓孔眼 、机电设备或相关专 业预留预埋 ( 如埋件安装 ) 所需孔眼 、钢骨与底板之 间通过地脚螺栓连接的孔眼和竖向构件主筋穿孔 等 。型钢混凝土组合结构竖向构件的主筋一般靠 柱脚外侧深入基础底板 , 但当双柱连体时 , 应在底 座上按设计图纸留设双柱之间的主筋穿孔 。 4 组合结构节点设计原则 根据设计图纸及相关标准 、规范 、图集 , 通过与 设计人员商定 。在本工程中 , 明确钢结构深化设计 节点设计原则如下 。 4. 1 混凝土梁纵向钢筋与钢骨柱节点 1) 能直接从钢骨柱两侧或一侧通过时 , 直接 通过 。 2) 不能通过时 , 按下列情况处理 : ①当钢筋根 数 ≤5 根时 , 在钢骨柱上加焊焊筋连接板 , 钢筋焊接 长度双面焊 ≥5d( d 为钢筋直径 ) 。②当钢筋根数 >5根时 , 其中最外侧 2 根钢筋穿孔通过钢骨柱 , 须 将原牛腿加劲板上 、下移动 ; 当穿过钢骨柱的钢筋 无法满足锚固要求时 , 则将该钢筋做成带弯钩形式 从另一侧穿过钢骨柱两侧板 , 并与原钢筋机械连 接 ; 穿孔钢筋与钢骨柱侧壁间距 > 60mm 时 , 方能穿 过 。内侧钢筋焊接在焊筋连接板上 , 如图 7 所示 。 ③当纵向钢筋为双排筋时 , 上铁上排筋与钢骨柱焊 筋连接板焊接连接 , 上铁下排筋穿孔通过钢骨柱 。 下铁下排筋与钢骨柱焊筋连接板焊接 , 下铁上排筋 穿孔通过钢骨柱 。 3) 梁腰筋为构造筋时 , 直接顶住钢骨柱后弯 锚 ; 为抗扭筋时 , 需要穿过钢骨柱 , 如图 8 所示 。 图 7 混凝土梁纵向钢筋穿过钢骨柱节点 Fig. 7 Joint of the steel bars of beam passing steel reinforced column 图 8 混凝土梁腰筋穿过钢骨柱节点 Fig. 8 Joint of waist rib of beam passing steel reinforced column 4) 钢骨柱箍筋穿孔通过钢牛腿 。 4. 2 钢骨梁纵筋与钢骨柱节点 1) 能 直 接 从 钢 柱 两 侧 或 一 侧 通 过 时 , 直 接 通过 。 2) 不能直接通过时 , 纵筋穿孔通过钢骨柱 , 钢 骨柱需采用钢板单面补强 , 补强板厚度取开孔孔径 d 与钢骨柱板厚 t f 中的大值 , 如图 9 所示 。 3) 梁腰筋为构造筋时 , 直接顶住钢骨柱后弯 锚 ; 梁腰筋为抗扭筋时 , 需要穿过钢骨柱 。 2013 No. 8 陈敏敏等 : 型钢混凝土组合结构钢骨开孔与穿筋深化设计 15 图 9 钢骨梁纵筋穿过钢骨柱节点 Fig. 9 Joint of the steel bars of steel reinforced beam passing column 4. 3 剪力墙连梁纵向钢筋与钢骨柱节点 节点做法如下 : ①与翼缘相交时 , 从钢骨柱两 侧通过 , 或加焊焊筋连接板 , 钢筋焊接长度双面焊 ≥5d( d 为钢筋直径 ) ; ②与腹板相交时 , 从钢骨柱两 侧通过 , 或穿孔通过钢骨柱 。 4. 4 剪力墙水平筋与钢骨柱节点 参照图集 《多 、高层民用建筑钢结构节点构造 详图 》01SG519 及 《型 钢 混 凝 土 组 合 结 构 构 造 》 04SG523 做法 , 明确如下 : ①与十字钢骨柱腹板相交 可采用穿孔通过 , 其余情况均采用绕开通过 。②与 箱形钢骨柱相交 , 能直接通过时直接通过 , 其余均 穿过钢骨柱 。③当剪力墙为 3 排筋时 , 中间一排顶 住钢骨柱后弯锚 。 4. 5 柱箍筋 、柱纵向钢筋与钢骨梁 ( 钢牛腿 ) 节点 1) 外围箍筋穿孔通过 , 箍筋采用 U 形箍焊接 闭合 。 2) 裙楼柱纵筋布置按平法标注图布置 , 绕开钢 骨柱牛腿 ; 主楼柱纵筋允许 2 根穿过钢骨梁 ( 钢牛 腿 ) 通过 , 其余均从两侧通过 。 4. 6 钢筋混凝土剪力墙穿钢骨梁纵筋节点 在混凝土剪力墙埋设锚筋和锚板 , 钢骨与锚板 焊接 , 梁纵筋锚入钢筋混凝土剪力墙 。 4. 7 剪力墙暗柱纵向钢筋 、箍筋与钢骨梁节点 1) 暗柱纵筋节点如图 10 所示 。 2) 暗柱箍筋穿孔通过钢梁或钢骨梁腹板 。 4. 8 混凝土梁纵筋与钢骨梁节点 纵筋从钢骨梁上 、下通过 , 或穿孔通过钢骨梁 。 4. 9 柱内侧封闭箍筋构造 ( 见图 11) 5 开孔设定 钢骨组合结构是钢骨与钢筋混凝土共同受力 构件 , 钢筋安装时往往受到钢构件的妨碍 , 因此在 钢结构制作加工时 , 需预留穿筋孔眼 。钢骨开孔设 计要本着连接节点构造简单 、等强受力 、便于施工 图 10 暗柱纵筋节点 Fig. 10 Joint of steel bars of the hidden column 图 11 柱内侧封闭箍筋构造做法 Fig. 11 Structure of closed stirrups inside the column 的原则 , 综合考虑相关因素 。 5. 1 预留孔尺寸确定 根据 《型钢混凝土组合结构构造 》04SG523 的 规定 , 在型钢上穿孔应兼顾减少型钢截面损失与便 于施工两方面 , 开孔直径一般比钢筋直径大 5 ~ 8mm, 为便于施工 , 经与设计师商定 , 开孔尺寸统一 比设计钢筋直径大 8mm。 5. 2 梁主筋孔距设置 5. 2. 1 梁纵筋 根据规范要求 , 钢筋开孔中心点距梁上截面距 离为 “保护层厚度 +1 /2 钢筋直径 ”。同一梁纵筋为 双排钢筋时 , 两排钢筋之间的间距不宜小于一个钢 筋直径 , 为方便施工 , 本工程统一为 30mm, 梁 2 排 钢筋开孔中心点距梁上截面距离为 “保护层厚度 + 1 /2 钢筋直径 +30mm”。 5. 2. 2 双向梁纵筋孔位排布 纵横双向梁纵筋的排布 , 两个方向的孔位在上 下错开一个钢筋直径 。为便于统一做法 , 本工程规 定 , 原则上东西走向钢筋在下 , 南北走向钢筋在上 。 5. 3 箍筋 ( 或拉接筋 ) 孔位 框架梁 、柱或钢骨梁柱的箍筋 ( 拉接筋 ) 通过钢 骨腹板时 , 需要考虑加密区的影响 。在腹板上按箍 筋间距 100 /200mm 开孔穿过箍筋 ( 拉接筋 ) , 由于 不同工程梁或柱截面尺寸 、跨度 ( 层高 ) 、抗震等级 的不同 , 不同层梁柱的箍筋加密区可能不同 。为方 便施工 , 可与设计商定每个钢骨均按间距 100mm 开 孔 , 加密区内按间距 100mm 穿筋 , 非加密区按间距 200mm 每隔一个孔穿一根钢筋 。拉接筋加工时一 端加工成 45°弯钩 , 另一端先不做弯钩 , 待施工穿钢 16 施工技术 第 42 卷 骨柱后手工煨弯成 45°。 5. 4 大截面梁模板的对拉螺栓预留孔位 本工 程 最 大 的 钢 骨 混 凝 土 梁 截 面 尺 寸 为 600mm( 宽 ) ×2 000mm( 高 ) , 钢骨梁的截面尺寸为 400mm ×1 700mm, 根据梁模板设计计算 , 需设置对 拉螺栓 。因此 , 钢骨梁上需按照模板方案开支模螺 栓孔 , 以便模板支设时穿对拉螺栓用 。 凡是支模需设置对拉螺栓的劲性梁和劲性柱 , 均应按照模板方案设计孔位留设螺栓孔 , 螺栓孔直 径比对拉螺栓直径大 8mm。 6 穿筋孔位避让 在钢筋混凝土结构中 , 交叉碰撞的钢筋在一定 范围内适当调整就基本能正常制作安装 。对于劲 性混凝土结构 , 涉及交叉钢筋避让时钢骨孔位的预 先确定 , 所以必须认真研究图纸 , 掌握相关规范 , 做 好避让孔位的深化设计 , 否则劲性混凝土构件难以 顺利制作安装 。 6. 1 框架梁主筋为单数时避让钢骨柱腹板 框架梁主筋为单数时 , 中间钢筋开孔位置正好 为十字形或 H 型钢骨柱腹板位置 , 所以必须错开腹 板及腹板和翼缘之间的焊缝 。按规范要求 , 每根钢 筋之间必须有不少于钢筋直径的间隙 , 如果单排钢 筋比较密 , 可与设计商定 , 如框架梁钢筋为单数时 可将 2 根钢筋开为同一孔内 , 孔可以开为椭圆形 。 6. 2 柱箍筋避让加劲板 当楼面变标高 , 劲性柱两侧的梁顶面不在同一 标高时 , 柱箍筋穿牛腿腹板时 , 两侧同一水平高度 孔眼的标高应统一 ( 写说明箭头 ) , 且箍筋孔位避开 钢骨加劲板 。 6. 3 水平钢筋避让箱形钢骨骨壁 与箱形钢柱相接时 , 钢筋混凝土墙体 、梁或钢 骨梁的水平钢筋有可能碰撞箱形钢骨柱的情形 , 如 图 12 所示 。 6. 4 双向内箍情形 双向内箍时 , 要以外箍为中心 , 不同方向错开 孔位 , 如东西方向的内箍孔眼设置在外箍下方 , 南 北方向的内箍孔眼设置在外箍上方 。 6. 5 梁与柱钢骨一侧平齐情形 梁与柱钢骨一侧平齐 、两个方向错开一个钢筋 直径 ( 梁的箍筋截面缩小一个钢筋直径 ) 。 6. 6 避让原则 建模穿孔时 , 穿孔位置与钢结构腹板与翼缘 板 、外 ( 内 ) 壁 板 相 撞 时 , 向 梁 ( 墙 ) 内 方 向 平 移 20mm, 超过 20mm 以上时另行同设计人员商量 ; 当 梁的钢筋在钢骨柱外侧通过时 , 遇到钢柱牛腿腹板 必须开孔通过 ; 钢骨梁的 2 排筋穿钢柱时必须开孔 图 12 水平钢筋避让箱形钢骨骨壁 Fig. 12 Horizontal steel bars avoiding box-shaped steel reinforced wall 通过 ; 凡是设有钢骨柱的劲性混凝土柱四周有与外 侧钢梁连接的腹板时 , 此柱的箍筋必须开孔通过腹 板 , 柱纵筋需穿孔通过钢牛腿翼缘板 。 7 结语 由于型钢混凝土组合结构钢骨与穿筋深化设 计涉及因素非常多 , 尤其是异形节点 ( 非正交构件 、 多构件相交等 ) 部位 , 钢筋错综复杂 , 在钢结构深化 设计阶段 , 深化设计人员一定要通过三维立体图分 析 , 综合考虑各种因素 , 土建专业与钢结构分包 、机 电专业等相关人员 , 进行细致的深化设计 , 以便在 深化设计阶段能考虑周全 , 避免漏孔和错孔的现象 发生 。在深化设计过程中 , 一定要及时与工程设计 人员联系 , 深化设计方案要征得设计人员同意 。 本工程在深化设计前 , 通过优选深化设计人 员 , 熟悉和掌握组合结构施工工艺 , 积极沟通 , 层层 签字把关 , 基本保证了深化设计的正确性 , 积累了 施工经验 。 参考文献 : [ 1] 中国电子工程设计院 . 04SG523 型钢混凝土组合结构构造 [ M] . 北京 , 2004. [ 2] 卜楠楠 . 国贸三期钢骨混凝土组合结构施工技术 [ J] . 施工 技术 , 2010, 39( 10) : 89-92. [ 3] 张碧颖 . 钢骨混凝土组合结构的应用和施工 [ J] . 沿海企业 与科技 , 2007( 9) : 122-125. [ 4] 中国建筑科学研究院 . JGJ138—2001 型钢混凝土组合结构技 术规程 [ S] . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2002. [ 5] 任志平 , 赵云鹏 , 杜福祥 , 等 . 多向杆件相交的清水型钢混凝 土组合结构节点施工技术研究 [ J] . 施 工 技 术 , 2011, 40 ( 21) : 5-9. [ 6] 马庆斌 . 温州鹿城广场住宅型钢混凝土组合结构施工技术 [ J] . 施工技术 , 2010, 39( S1) : 155-159.
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