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摘要：劲性柱广泛应用于超高层大跨度建筑，是结合型钢与钢筋混凝土二者优点，来代替钢筋混凝土柱，从而缩小柱的截面，节约空间，同时又能增强承载能力。
关键词：超高层 大跨度 劲性柱 梁柱节点
1.工程背景简介
保利绿色金融国际中心位于广州市花都区中轴线上，建筑面积18万平米，地下二层，地上30层，建筑总高度140米，为满足办公楼大跨度的要求，同时减少结构柱占用空间，本工程采用劲性钢柱混凝土技术，塔楼结构采用圆柱+核心筒框架结构，整座塔楼设计16根劲性圆柱，圆柱直径为1400mm、1300mm、1200mm，圆钢柱直径为800mm、700mm，结构梁跨度达到13m，圆柱四周都有结构梁与之相连，尤其是地下室顶板，结构梁标高多、截面尺寸大、配筋密；下面以地下室首层梁柱（直径1400mm）节点为例进行说明，该圆柱中间为直径800mm的钢管柱，壁厚28mm，钢柱外侧配36根C32的纵向钢筋，箍筋为C14@100（外箍）+C12@100（内箍），与之相连的梁共有5根，截面尺寸为1000*1000mm、800*2450mm、400*1900mm、600*1000mm、400*1000mm，节点处的梁面筋分别为15根C25、11根C25、6根C25、8根C25、13根C25，梁底筋分别为15根C25、18根C25、4根C25、4根C25、13根C25，如何保证梁柱节点处施工质量是本工程的重点难点。
2.劲性柱梁柱节点连接方法探讨
2.1、环板焊接法
环板焊接法是指在梁柱节点位置焊接环板，环板宽度为150mm，厚度25mm，根据结构梁钢筋排数来确定环板焊接层数，梁钢筋采用双面焊接在环板上，焊接长度为5D，同时为了提高梁柱节点钢柱强度，需在钢柱内对应的位置焊接柱内加劲环板，加劲板宽度100mm,厚度25mm,外侧环板竖向之间焊接加肋板，所有焊缝均为一级焊缝（详图1.钢柱环板焊接节点图）。
本方法主要适用于钢柱外侧没有竖向柱筋，结构梁纵向受力钢筋较少，环梁主筋钢筋规格相对较小，本工程环梁主筋为C25，环梁腰筋为C25，环形钢筋加工困难，环形钢筋绑扎困难，基本采用绑扎搭接，机械连接及焊接连接现场无法施工，连接质量存在一定风险，环梁钢筋绑扎耗费大量人工，现场十个钢筋工一天绑扎两个环梁，此方法施工时，需借用塔吊将绑扎好的环梁安装梁柱节点位置，需考虑塔吊的起重吊装能力，同时柱竖向受力钢筋需等环梁安装完成后才能从环梁钢筋之间的缝隙插进去，影响柱纵向受力钢筋垂直度，存在一定的质量风险，环梁钢筋与结构梁纵向受力钢筋叠加层数较多，结构梁或环梁主筋需错开安装，存在部分位置钢筋保护层过大的现象。
综上所述，该方法不适用节点处梁柱钢筋密的情况，同时为了方便现场施工，该方法设计时尽量考虑将环梁主筋腰筋的间距增大，尽量减小环梁主筋腰筋的规格尺寸，以确保结构梁钢筋能顺利锚入环梁。
2.3、钢管开孔
钢管开孔是指将钢柱在梁钢筋的位置进行局部开孔，同时将结构梁梁高范围的内的钢板进行加厚，厚度为1.4倍的钢管厚度，当梁钢筋为双排钢筋时，开孔高度为200mm，当梁钢筋为单排钢筋时，开孔高度为100mm，开孔宽度根据结构梁在柱上的投影宽度度，开孔时需先进行深化，保证结构梁与开孔方向在一条直线上，同时要保证统一截面钢管开孔率不能超过40%（开孔率=开孔弧长/钢管周长），钢管开孔需在加工场进行，现场严禁气焰扩孔，若梁宽度与钢柱宽度相近，梁的角筋从钢柱外侧绕过，其他位置钢筋从孔洞穿入钢柱，能贯通就形成贯通钢筋，因穿孔钢筋层数较多，若存在钢筋穿入钢管长度不足锚固长度，可在钢筋端头位置焊接小钢板作端部锚板，提高于混凝土的握裹力，侧面满足钢筋的锚固长度，同时要满足感弯曲角度不大于1/6（详图5.钢管开孔节点设计图，图6.钢管开洞节点现场施工照片）。
图5.钢管开孔设计图 图6.钢管开洞现场施工照片
本方法主要应用于与钢管混凝土柱相连的结构梁截面宽度较窄且数量较少的节点，钢管柱四周的梁对称布置在一条直线上现场施工更加方便，梁钢筋宜形成贯通钢筋，本工程梁柱节点的位置梁比较多，梁分布多为不对称布置，梁标高较多，钢筋直径较大，开孔角度存在不规则布置，钢柱开洞时最好利用BIM技术配合三维出图，特别要注意节点处不同标高梁钢筋位置，协调开洞大小和标高。然后钢柱开工需在加工场完成，严禁现场随意开孔，同时现场需采取措施保证安装角度及标高不能产生偏差，精度要求较高，给现场放线安装带来很大的困难，因梁钢筋排数较多，伸入钢管中的钢筋较多，纵横交错，存在钢筋并筋根数较多的风险，同时给后续混凝土施工带来困难，振动棒不易伸入，只能从钢管内壁与钢筋之间的间隙伸入。
因本工程钢管侧壁厚度较厚，达到28mm，钢管开孔部位厚度需加厚至1.4倍的钢管厚度，钢管壁厚过大，加工场制作困难，焊接量增大，钢管壁厚厚薄交接处存在焊接质量风险，焊缝检测时需重点检测该部位，若不能满足设计规范要求需进行修补加强处理。
2.4、缩小管径
缩小钢管管直径是指将钢柱直径缩小，增加钢管壁厚，现场施工时因钢柱直径过大，结构梁纵向受力钢筋平直段的锚固长度不能满足规范要求（平直段锚固长度大于等于0.4labE），若钢管外径减小，保证钢管外至柱混凝土表面的宽度大于0.4labE的话，就可以将梁钢筋弯锚至钢柱边就能满足规范要求。
本方法适用于任何型钢混凝土柱与梁节点复杂的部位，但要考虑钢管直径缩小壁厚增加后加工场能否加工，本工程设计复核后，从首层至四层将钢柱直径减小至600mm,但钢柱壁厚增加至38mm，如此小直径的厚钢管，加工难度很大，一般加工设备加工不了。若遇到需更厚的钢板才能满足受力要求的话，有可能需要定制无缝钢管，但若需定制无缝钢管的话，材料费将增加一倍左右。故若加工厂不能加工或加工成本太高，则需慎重考虑，该方法适用于本工程梁柱节点的施工，在本工程施工中取得了良好的效果，加快现场施工进度，避免质量风险。
3.总结与应用推广
型钢组合结构作为10项新技术之一，在超高层建筑中得到了越来越多的应用，对于截面为钢管的型钢混凝土组合结构梁柱节点做法，在设计时建议优先考虑小管径，确保钢筋锚固长度后直接在钢管柱边弯锚，此方法最经济，施工工效最高，同时最利于保证施工质量；对于节点处梁标高众多，且采用小直径钢管计算不过或者需定制无缝钢管成本较高的情况下，建议采用节点处局部加厚开孔的设计方案，此方能实施前要求专门对开洞和钢柱分段进行深化设计，每一个标高处出一张剖面图明确洞口位置及大小，同时对于高差比较小的洞口，能合并成一个洞口的尽量合并成一个洞口，既便于施工同时也减少应力集中；对于跨度一般，梁受力较小，设计成环梁时，环梁钢筋不会太多影响梁筋锚固的，可考虑采用环梁，但从施工角度考虑环梁钢筋制安还是有一定难度，同时环梁施工比较耗工采用环梁时，还是尽量不要采用环梁节点，同时从永久运维考虑，环梁的可能影响柱边立管布置，同时环梁太高也影响美观；对于环板焊接节点，则尽量避免采用，焊接节点钢柱本身加工较困难，同时现场施工时钢筋焊接5d更难保证焊接饱满，且现场钢筋焊接时还需模板及架子配合，不利于工程进度。
对于型钢混凝土结构，除了节点处型钢与钢筋的连接处理外，另一个重要的质量控制要点就是混凝土浇筑质量，对于截面为钢管的型钢混凝土组合结构，尽量优化节点处加劲板及钢筋本身对混凝土浇筑的影响，同时在钢柱底部最好设计两个排气孔便于混凝土浇筑时空气排出，同时混凝土尽量采用高抛自密实混凝土进行浇筑，以确保密实，可参照灌注桩超声波检测方法，对钢管内混凝土进行密实度检测。
参考文献
【1】王艾，略谈劲性柱钢筋混凝土施工技术 建筑学研究前沿，2018（06）：78-79.
【2】王启，山西建筑，劲性钢结构施工技术研究，2012
论文作者:龚明,陈中辉,谢俊,苑金辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年14期
论文发表时间:2019/10/15
标签：钢筋论文; 钢管论文; 梁柱论文; 节点论文; 结构论文; 混凝土论文; 开孔论文; 《建筑学研究前沿》2019年14期论文;