环梁环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点施工工法

'环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点施工工法1、前言钢管混凝土柱作为一种能充分发挥和利用钢和混凝土材料特性的组合结构在工程中得到了广泛的应用，提高了技术上的合理性和经济上优越性。但作为钢管混凝土柱中重要的梁柱节点，已由过去相对单一的钢梁与钢管混凝土柱连接或钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接形式演变为一个钢管混凝土柱节点既有钢筋混凝土梁和环梁连接，同时又有钢梁穿心连接，其受力和构造复杂，本工法结合了06SG524图集中混凝土环梁-环形牛腿梁柱和内隔式牛腿钢梁柱两种钢管混凝土刚性连接节点构造的施工工艺。由于该节点存在的构造复杂、穿心构件多、操作空间小、安装复杂以及各道工序繁多且在同一狭小空间完成等施工难点，对此，我公司逐步研究和改进，形成了一套针对环梁-环形牛腿钢骨砼梁柱节点的施工方法，即将该节点复杂的工艺和工序从时间和空间上进行分化，降低施工难度，提高工效，合理而安全经济地解决钢梁-钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁穿心连接节点复杂构造的施工难题。对日后这种节点构造的施工具有很好的推广、借鉴和指导意义，并且工艺成熟，技术先进，有明显的社会和经济效益。2、工法特点2.1针对钢管混凝土柱与钢骨梁和混凝土梁连接的复杂节点，采用环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点施工工艺，克服了该节点因过多穿心构件连接造成环梁钢筋绑扎和模板安装的施工难点，相比较传统的钢管柱节点施工工艺，该方法科学地将施工工艺和工序分开，重新进行有机组合，避免了各道工序在同一狭小空间内工作，大大提高了工作效率和施工进度，质量得到保证，观感效果好，降低了人工成本，经济效益十分显著。2.2环梁的腰筋与钢骨梁采用加劲板进行连接，无需穿心连接，施工简单。2.3钢管混凝土柱、环形梁、框架梁和钢骨梁的组合使用均发挥了各自结构的优势和特点，发展前景看好。3、适用范围本工法适用于工业与民用房屋建筑工程中的环梁-环形牛腿钢骨砼梁柱复杂节点的施工。4、工艺原理该工艺将环梁-环形牛腿钢骨砼梁柱复杂节点中钢管柱节点和环梁钢筋单独制作，现场环梁模板一次安装成型，搭设胎架，水平搁置钢管柱节点，在钢管柱上绑扎环梁钢筋，环梁绑扎于钢管柱节点上随钢管柱吊装入模就位，克服了该节点工艺和工序的复杂，解决了由于过多的穿心钢骨构件造成环梁钢筋绑扎和模板安装的困难，避免了在狭小空间内进行施工，可与任意方向的不同类型的楼盖梁相接，将复杂的工艺和工序分段独立制作，然后再进行有机组合，形成了一套分段施工、整体装配、并行流水施工的工艺。5、施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程带牛腿钢管柱节点、环梁钢筋翻样与制作环梁底模和侧模安装10 测量下层钢管柱安装误差搭设胎架并安装钢管柱节点于胎架上吊装带环梁的钢管柱节点入模在钢管柱上定位环梁钢筋并绑扎微调钢管柱节点与下层钢管柱对接就位与下层钢管柱焊接成型环梁模架支撑加固成型环梁混凝土浇筑和养护图5-1工艺流程5.2操作要点5.2.1带牛腿钢管柱节点、环梁钢筋翻样与制作（1）环梁-环形牛腿节点制作采用TEKLA软件建模进行钢管柱分节深化时，应考虑单个带牛腿钢管柱节点构件加环梁钢筋的总重小于塔吊的最小起重重量，其高度一般为楼层的1层高度为宜。带牛腿钢管柱节点制作应按照深化图纸要求在钢结构加工厂进行制作，制作过程中应严格按设计和深化要求执行，其中钢骨梁牛腿以及加强环和肋板的焊接等重要节点的焊接均在加工厂内完成。图5.2.1-1带牛腿钢管柱节点立体图图5.2.1-2带牛腿钢管柱节点图（2）混凝土环梁环筋制作混凝土环梁环筋在加工厂采用三辊卷板机来完成，其原理是通过卷板机的三根工作辊(二根下辊、一根上辊)之间，借助上辊的下压及下辊的旋转运动，使直钢筋经过多道次连续弯曲，产生永久性的塑性变形，使其成圆，半径以达到设计要求。环梁环筋通过直钢筋成圆工艺的制作过程通过八步完成，如下：10 表5.2.1环梁环筋施工工艺表第一步：依据环筋半径，确定下料钢筋长度，送入卷板机内对料第二步：卷板机下辊水平移动至X位置，上辊下降至Y1位置，下辊反转，使钢筋至成形位置第三步：上辊压下一定量后，下辊开始正转第四步：上辊压下至Y2位置停下，下辊连续正转第五步，至钢筋的端部停止，上辊压下至Y3停止，对钢筋的端部直接加压预弯第六步：上辊提升，下辊水平移至X位置，上辊压下同位置Y2，下辊正转第七步：至钢筋的端部停止，上辊压下Y3位置停止，对钢筋的端部直接加压预弯第八步：下辊移至中位，上辊压下至Y4位置，辊子正反转，进行补偿弯曲5.2.2环梁底模和侧模安装通过混凝土环梁面标高计算并确定环梁底面标高，然后通过对下层成型钢管柱实际测量和放样，确定本层对应需要吊装的钢管柱安装位置，根据混凝土环梁10 底面标高和本层钢管柱位置安装环梁底模。底模为圆环状，内圆直径为钢管柱直径另加50mm，其中50mm是为了控制钢管柱安装过程中垂直度误差以及轴线位置调整就位。环梁底模完成后，进行混凝土环梁侧模安装和加固。环梁底模和侧模见下图5.2.2-1和图5.2.2-2。图5.2.2-1环梁底模安装示意图图5.2.2-2环梁侧模安装示意图5.2.3测量下层钢管柱安装误差下层钢管柱的安装误差包括两个方面：柱顶标高误差和柱轴线误差。测量并用表格记录下层每根钢管柱的柱顶标高，为确定本层钢管柱环梁钢筋位置提供依据；测量柱轴线误差可以控制钢管柱吊装过程中的垂直度误差。5.2.4搭设胎架并安装钢管柱节点于胎架上根据受力、限位、带牛腿钢管柱节点以及环梁绑扎操作空间等要求，设计钢管柱水平支撑胎架，其胎架剖面形状呈“凹”字形，其“凹”字形面的宽度略大于钢管柱直径20mm～30mm，方便钢管柱在胎架上固定和反复吊装。然后将两个单独的胎架根据带牛腿钢管柱节点位置和钢管柱长度在平整的地面上放置好胎架，同时两个胎架之间的间距必须满足钢管柱加环梁钢筋总重量以及环梁钢筋绑扎舒适操作空间的要求。最后将带牛腿钢管柱节点吊装水平放置在支撑胎架上。见图5.2.4。图5.2.4钢管柱安装在胎架上示意图5.2.5吊装带环梁的钢管柱节点入模先在钢管柱上端部同一高度处对称焊接两个钢板吊耳，安装时用钢绞绳穿过吊耳，起吊带环梁和带牛腿的钢管柱节点缓缓入模就位。该节点在入模之前，套入等于钢管柱直径、宽度为5cm的薄夹板圆环，防止环梁模板与钢管柱之间在浇筑混凝土时出现空隙。见图5.2.510 图5.2.5用塔吊将环形牛腿钢筋调入模板内示意图5.2.6在钢管柱上定位环梁钢筋并绑扎（1）依据环梁底模与下层钢管柱柱顶标高的实际高差，确定本层准备吊装带牛腿钢管柱节点上环梁底面和顶面的位置，并根据设计图在带牛腿钢管柱节点上标示出环梁各层环筋的精确位置。（2）将带牛腿钢管柱节点上部一端缓缓吊起，依次穿入上部环筋。用同样的方法将钢管柱下部一端吊起，穿入下部环筋。（3）根据环梁上部环筋和下部环筋的设计位置和保护层的要求，确定上部和下部环筋定位固定支撑筋在带牛腿钢管柱节点上的平面位置，完成该定位固定支撑筋焊接，每一层环筋平面内沿径向焊接三根直径大于Φ25的支撑钢筋，三根支撑筋以钢管柱圆心为圆心互成1200角，见图5.2.6-1。在焊接支撑钢筋之前，应根据上部和下部环筋单层或多层设计施工图的分布情况，在相应固定支撑筋两侧来布置环筋。图5.2.6-1环筋定位固定支撑筋焊接示意图（4）对照设计施工图中各个环筋大小、规格以及位置分布情况，将套入钢管柱节点的环筋进行分类，分别在固定支撑筋上标出每根环筋的位置，然后在支撑钢筋标示的位置点上焊接每根环筋，从而完成环梁上部和下部主筋定位焊接安装，见下图5.2.6-2和5.2.6-3。10 图5.2.6-2环筋在定位固定支撑筋上的标示图5.2.6-3环筋定位焊接示意图（5）钢管柱上钢骨梁牛腿处于环梁高度范围内，在绑扎环梁腰筋时，先根据腰筋沿环梁高度分布情况在钢管柱上标示出腰筋所处平面位置，然后根据环梁腰筋所在平面是否有钢骨梁牛腿以及有牛腿的个数可将环形腰筋分段切割进行焊接绑扎，分段个数等于腰筋所在平面内钢骨梁牛腿的个数，分段下料长度应为对应环形腰筋在牛腿腹板之间所夹角度形成的圆弧长度。在焊接分段腰筋时，为了使腰筋与钢骨梁牛腿腹板的焊接满足规范要求，在钢骨梁牛腿腹板两侧环梁腰筋所在平面位置上各焊接加肋托板，分段分圆弧腰筋再与托板面焊接形成圆形腰筋，见图5.2.6-4。图5.2.6-4钢骨梁牛腿腹板两侧加肋托板示意图（6）绑扎环梁箍筋，箍筋直径和间距按照设计要求进行配置和绑扎，在胎架上完成环梁钢筋绑扎。5.2.8微调钢管柱节点与下层钢管柱对接就位钢管柱入模就位后，用水准仪观察并调节钢管柱垂直度。5.2.9与下层钢管柱焊接成型与下层钢管柱按照设计和深化图的要求焊接成型。5.2.10环梁模板支撑体系加固成型环梁模板支撑体系加固分成两部分：先完成环梁底模支撑体系加固，注意模架必须抱柱连接，同时与周边框架结构支撑架体通长连接；最后运用圆柱模板支撑环形紧固装置完成侧模的加固。5.2.11环梁混凝土浇筑和养护由于环梁高宽比较大、钢筋密集，为确保混凝土振捣密实，采用粒径为5~10mm的瓜米石保证混凝土流畅入模，同时对于现场的混凝土水灰比也要控制，其塌落度≥160mm且≤200mm为宜。混凝土浇筑完成后要做好养护，以防止混凝土因暴晒而碳化和缩水龟裂，浇水养护应超过14d。10 6、材料与设备表6-1主要材料和机具设备一览表序号名称数量用途1塔吊2座调运钢筋，吊装钢管柱2水准仪1台测量和控制标高3经纬仪1台控制钢管柱垂直度4Φ25钢筋若干作为主筋支撑钢筋5电焊机1台焊接钢筋6氧气焊割机1台焊割钢筋7Φ48钢管（带扣件）若干搭设支撑架体8钢卷尺1把测量长度定位9加肋托板若干钢骨梁牛腿腹板与环梁腰筋连接件102cm厚钢板吊耳若干起吊钢管柱7、质量控制7.1钢管柱制作安装执行《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:90）标准。7.2钢管柱内混凝土浇筑执行《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:90）标准。7.3环梁骨架钢筋制作安装执行标准（1）环筋制作执行企业自定标准见表7.3。表7.3环筋制作标准序号检测项目允许偏差（mm）备注1环筋椭圆度f≤32环筋两端合拢对不齐a≤510 3环筋两端合拢时，上下开口b≤24环筋下料长度误差±5按L=2лR计算5环筋整体翘曲≤56环筋局部凹凸≤5（2）环筋骨架制作成型及安装执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）中的钢筋分项工程5.1、5.2、5.3、5.4、5.5标准条款。7.4模板及混凝土工程执行GB50204—2002规范中相应的规定。7.5环梁底模内圆直径比对应入模钢管柱直径大50mm±4mm。7.6环梁主筋支撑钢筋位置的确定误差为±5mm。7.7钢管柱吊装执行标准见表7.7。表7.7钢管柱吊装的允许偏差项目允许偏差（mm）备注底层柱柱底轴线对定位轴线偏移±3.0钢管柱定位轴线±1.0单节柱的垂直度h/1000，且不应大于10.010 8、安全措施8.1钢管柱胎架要严格按照施工方案进行搭设。严禁私自改变架体钢管之间的横距和纵距。8.2钢管柱吊放至支撑架体过程中，除工作人员外，架体周围3m范围内严禁聚集闲杂人员。8.3环梁绑扎完毕后，在钢管柱的吊装和落位过程中钢管柱必须绑扎牢固，吊装过程要保持平稳，以防止高空滑落损人伤物。8.4各种电动工具应具有漏电保护器，上架人员应穿绝缘防滑鞋。8.5严禁夜间进行环梁绑扎和钢管柱吊装。暑期施工注意防暑降温，冬季施工注意防冻防滑。9、环保措施9.1施工过程中应遵守国家的《环境管理体系要求及使用指南》等国家和地方有关施工现场环境保护管理规定。9.2根据工程特点编制环境保护操作手册及注意事项，并作好对现场操作人员及管理人员的环保措施交底工作。钢材堆放处砌筑围墙，搭设雨棚，防止钢材锈蚀。9.3制定切实可行的废旧模板、剩余钢材、脱模剂以及其它施工过程中垃圾的回收处理措施。9.4场内采用低噪音机械，一般情况晚上10点以后及午休时不施工。材料装卸采用人工传递，严禁抛掷或汽车一次性翻斗下料。严禁汽车高音鸣笛。10、效益分析10.1采用本工法调整施工工序，加快了施工进度，和以前的钢管混凝土柱与混凝土环梁组合框架节点施工方法相比避开了交叉作业，大大减少了施工难度，提高20%～30%工效，达到了拆分工程关键工期线路，提前进度近一个月，为该节点的施工工艺开辟了新的思路。10.2通过施工工艺的改进与创新，注意节点的细部控制，提高了工程质量，也取得了很好的混凝土观感效果。10.3通过对环梁-环形牛腿钢骨砼梁柱节点施工技术的应用，积累了复杂节点的施工经验，相比采用定型钢模的价格，该施工技术节约材料成本近17t（钢模）×6000元/t（钢模制作费）=10.2万元，节约人工费20工日（单个环梁）×47个（环梁）×120元/工日（人工单价）=11.28万元，共计21.48万元，大大的加快了施工进度并且以该项技术为核心内容编制了作用指导书，培养了一批人才，锻炼了一支队伍，取得了显著的经济效益和社会效益。11、应用实例11.1武汉广播电视中心（西区）武汉广播电视中心工程位于汉口建设大道青年路口，其结构型式为框架—筒体结构，主楼30层、地下室2层，裙房5层。主楼部分平面呈椭圆形，在椭圆四周设计有12根环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点，钢管砼柱设计有φ800，16Mn钢管，设计要求混凝土耐久性为100年，强度等级为C70。目前该工程已交付武汉市广电局使用，业主反映良好。11.2辛亥革命博物馆新建工程辛亥革命博物馆新建工程是武汉市为庆祝辛亥革命起义100周年盛典的重点工程。该工程位于武汉市武昌区首义文化园内。总建筑面积22138m2，为现浇钢筋混凝土框架（局部钢管柱）-钢筋混凝土剪力墙结构。博物馆共分四层，上部钢结构竖向承重构件钢管混凝土柱与下部钢筋混凝土框架-型钢混凝土框架核心筒结构的梁柱节点采用环梁-环形牛腿进行连接，一层和二层结构共计45个环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点，设计要求混凝土耐久性为100年，强度等级为C40，外观混凝土达到清水效果。目前我公司在辛亥革命博物馆工程45个环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点的施工中，工程进度提前近一个月，成效明显。得到了质监站、建设单位、设计院、监理单位等的高度评价，顺利通过了主体验收，取得了良好的经济效益和社会效益。10 图11-1图11-211.3工程应用总结环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点施工工法，在房屋施工建筑领域中，国内还基本属于空白，尚无先例可以借鉴，在实施的过程中，武汉建工股份有限公司技术人员在施工过程中进行深入研究，参照武汉广播电视中心钢管梁柱节点施工技术方案，结合辛亥革命博物馆的结构设计特点，通过发展及两个工程的经验总结出的这一工法，经过精心组织，均满足了设计和施工的要求。其中环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱节点施工工法技术先进，操作简单，形成了一项发明专利（《钢梁-钢管砼柱与钢筋砼梁穿心连接节点构造施工方法》（申请号：7.4））；两项实用新型专利：（《圆柱体混凝土构件模板支撑环形紧固装置》已受理（申请号：5.1））和（《一种连接钢管柱环梁牛腿和环梁腰筋的加劲肋托板》已受理（申请号：7.0）），填补了国内钢管柱梁柱复杂节点施工应用的空白，在全国复杂房屋建筑施工领域具有积极的推广价值。10'