复杂截面型钢混凝土组合结构工程施工

清华大学经管学院教学科研楼总建筑面积66?000?㎡，主楼分A座和B座（图1），建筑平面呈L形。高29.4?m，地下3层，地上6层。在A座、B座相邻的东北角15.150?m标高处采用钢管混凝土独柱支撑钢桁架结构，将两楼连成一体，柱顶钢桁架双向悬挑长度为7.4?m，独柱承载力近2?000?kN，承托上部3层钢桁架结构形成过街楼。为达到结构承载受力与抗震要求，采用型钢钢骨混凝土组合结构。

图1??清华大学经管学院教学科研楼效果示意

1??工程组合结构施工难点

主楼A座和B座结构部分框架梁、柱和剪力墙采用钢骨混凝土结构，在混凝土柱内设H形、十字形、王字形、异形钢骨柱等多种截面形式的钢骨（图2），型钢柱翼缘外侧及腹板、剪力墙钢板两侧设置抗剪栓钉。

图2??柱内钢骨主要截面形式

（a）十字形；（b）异形；（c）王字形

钢骨混凝土结构施工的主要问题是组合结构柱墙梁内的钢骨与柱墙梁钢筋主筋的空间位置重叠交叉，钢筋难以穿越钢骨，尤其是梁与柱、柱与墙节点处钢筋密集，钢筋绑扎锚固处理难度大，钢板剪力墙中间钢板上密布栓钉，操作空间小，墙体双层双向钢筋及拉结筋绑扎困难。

2??节点钢筋与钢骨碰撞点查找

采用BIM三维模拟技术进行钢骨与钢筋一体化深化设计，查找梁柱主筋绑扎与型钢钢骨的碰撞点。采用Revit、Tekla等CAD等软件建立组合结构施工模型，突出主要节点的钢骨、钢筋位置关系三维模型，找出所有钢筋与钢骨，钢筋与钢筋的碰撞点，针对本工程节点复杂，钢筋穿越钢骨较多，以及钢筋难以锚固等问题分别进行研究，在保证结构受力不受影响的前提下，制订梁、柱节点钢筋穿越钢骨的原则。

3??节点钢筋与钢骨碰撞处理原则

3.1??筋骨碰撞处理原则

经与设计单位、钢结构深化化设计部门研究，针对梁柱节点钢筋主筋提出“绕、锚、穿、焊、连”等5种钢筋与钢骨碰撞冲突处理原则。

“绕”主要用于处理梁的外排钢筋与柱钢骨发生碰撞时钢筋直接按最大1∶6弯折绕过柱内型钢，其优点是可确保钢筋连续，对钢筋加工要求低，钢筋没有与型钢的连接关系，施工简便，宜优先采用。

“锚”主要在梁主筋伸至型钢边直锚长度或锚入柱内能大于规范规定的最小锚固长度时采用；梁主筋可向上或向下弯锚锚入柱内，以免节点核心区钢筋过于密集；多向梁在节点相交时，梁筋伸至型钢边弯锚后会对其他方向钢筋穿插造成困难。因此该法主要用于外围临边结构，多向梁相交的节点处需慎用。

“穿”主要用于梁主钢与柱内钢骨腹板相交且为穿过节点连续配筋，可在腹板开孔（在工厂内机械成孔），成孔孔径一般比所穿钢筋大5~8?mm。钢腹板留孔率一般不得大于25%，否则需对型钢腹板局部加厚进行补强处理。当需穿插的钢筋较多时，该法一般与钢筋伸至柱边弯锚、钢筋与型钢托座连接板焊接等方法一起使用。

“焊”指钢骨增设托座焊接法，是在组合柱钢骨型钢上焊接钢板托座，梁纵筋与之焊接达到规范锚固的要求，从而使结构形成整体。该法可避免削弱钢骨，托座连接件在工厂完成，尺寸有保证，但现场焊接工程量大，施工时间长，若钢筋位置偏移难以焊接。梁筋绑扎布筋时应加以重视。

“连”主要用于梁、柱、墙板中的拉筋，在型钢腹板上设置拉筋连接件，避免由于钻孔或现场施焊而削弱型钢的受力性能，且施工质量易保证。墙梁拉筋直接与连接件锚接或焊接，施工简便，且焊接在型钢腹板上的拉筋连接件可起抗剪作用，增强型钢与混凝土之间的粘结，增强墙，梁的整体性能。

3.2??梁柱节点局部加腋

连续梁梁纵筋穿过钢骨的钢筋面积贯通应不少于50%；对非连续梁，梁纵筋伸至腹板若能满足锚固要求，可采用弯折锚固，钢筋不穿腹板；而若如锚固长度不够，可对钢筋直径进行等量代换；减小直径确实不能满足锚固要求时，梁纵筋应穿腹板，若确实有困难可在肋板上双面满焊5d（d为钢筋直径）。应严控钢筋与钢构件焊接质量。若梁边没有洞口或不和框架柱或剪力墙边齐，梁侧可加宽25~50?mm使纵筋通过腹板（仅梁加宽），或梁柱交接处采取局部加腋等措施。

4??型钢组合结构施工二次深化设计

根据梁柱节点钢筋与钢骨碰撞处理的原则，对本工程组合结构及梁柱节点进行二次深化设计，以确保深化设计图能用于钢骨制作和钢筋制作并指导现场施工。

4.1??组合结构施工二次深化设计原则

钢骨混凝土组合结构的二次深化设计是现场组合结构施工的第一步。组合结构二次深化设计工作主要由土建和钢结构深化设计人员进行协调，设计单位配合把关，以确保保深化设计满足结构设计和现场施工要求。

4.2??二次深化设计

由工程设计单位、土建施工、钢结构施工三方共同对图纸进行会审，找出复杂节点。根据梁、柱节点钢筋穿越钢骨原则，由土建深化设计人员通过计算机模拟与实体模型制作，完成钢筋排布图并报结构设计人员审核，钢结构深化设计部门根据审核后的土建节点钢筋排布图进行钢骨本体深化，并提交整套深化图纸供设计院审批。典型节点二次深化设计平面图及梁柱节点钢筋排布三维示意如图3、图4所示。

（a）

（b）

（c）

图3??梁柱节点钢筋排布三维示意

（a）中间柱；（b）边柱；（c）柱连钢板剪力墙

图4??主要梁柱节点示意

（a）穿柱、焊接；（b）穿柱、焊接、绕柱

5??组合结构施工

5.1??组合结构钢骨制作

（1）组合结构钢骨的钢构件按二次深化设计图纸在工厂采用埋弧自动焊焊接成型，施焊前需进行试焊及工艺评定，以证明施焊工艺符合国家标准规定。钢骨材质为Q345B，型钢混凝土柱中厚度大于40?mm的厚板z向性能要求均为Z15级。

（2）钢骨预留孔洞及托座等尺寸、位置均在工厂加工制作时统一设置并按要求进行补强，现场安装时，未经设计允许不得擅自以任何方法切割。

5.2??柱钢骨定位控制

混凝土组合结构施工中，劲性柱钢骨的定位与临时固定十分重要，若发生偏位会对钢筋的布筋与绑扎带来很大影响：钢柱上端连接耳板与吊板由塔式起重机起吊就位，钢柱就位时先根据埋件上的轴线确定位置，用两台经纬仪从柱的纵横2个轴向同时观测，钢柱底使用千斤顶进行调整，顶部使用揽风绳葫芦调整，确认无误后固定柱脚，安装临时钢梁并栓紧揽风绳。

5.3??节点区钢筋穿插锚固

节点区按柱纵筋、梁上下纵筋排布绑扎顺序按二次深化设计要求进行，节点穿插锚固按处理原则结合二次施工深化图处理，主要节点如图5所示。