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摘要：钢管混凝土结构由于其优越的力学性能，在高层建筑中应用较多，将钢管混凝土的抗震优势与钢板剪力墙的抗震优势合理结合，对提高高层建筑抗震性能十分重要。本文对钢管混凝土柱与剪力墙组合槽钢抗剪节点施工工艺进行了系统的研究。
关键词： 钢管混凝土；混凝土柱；剪力墙；节点区域；施工工艺
0 引言
随着建筑物逐渐向跨度更大、高度更高的结构形式转变，钢管混凝土得到了广泛的运用。钢管混凝土剪力墙是一种新型钢-混凝土组合剪力墙结构体系，即以钢管混凝土柱作为暗柱或边框，与剪力墙共同作用组成的槽钢抗侧力结构体系。在钢管混凝土柱与剪力墙组合槽钢抗剪节点施工技术中受力合理的节点、接缝设计是该结构体系设计的关键技术，也是决定该结构形式能否推广应用的重要因素。
1 工程概况
某工程地下3层，地上45层，总建筑面积为180895m2，其中包括主塔楼、裙房及地下车库，建筑高度216m。地下室为超市、美食广场、美术馆、地下停车、机电设备和后勤设施，地上为商业、办公、功能空间、避难所等。
2 钢管混凝土柱与剪力墙组合槽钢抗剪节点施工概况
该工程地下室B5～B2核心筒剪力墙区域内共计20根矩形钢管柱，每根矩形钢管柱与剪力墙连接部位均采用槽钢抗剪节点，共计216个槽钢抗剪节点。节点包括槽钢抗剪键加工制作、槽钢抗剪键内剪力墙竖向钢筋穿插与连接、剪力墙竖向及水平钢筋绑扎、剪力墙模板支设、剪力墙混凝土浇筑工序，通过槽钢抗剪键与插入其内的剪力墙竖向分布筋和在端部连续弯折的水平筋以及混凝土组成节点域，槽钢抗剪键对混凝土提供强有力的约束，相当于增加了剪力墙约束边缘构件的面积，改善了该区域混凝土的塑性，进一步提高了钢管混凝土边框组合剪力，形成稳固的钢管混凝土柱与剪力墙组合结构体系。如图1，2所示。
3 槽钢抗剪键节点的特点
槽钢抗剪键节点将钢管混凝土柱与混凝土剪力墙进行组合，保证二者的可靠连接。这种组合剪力墙能将混凝土剪力墙侧向刚度大和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性好的优势相组合。该节点具有以下特点。
1）在矩形钢管混凝土柱与钢筋混凝土剪力墙连接部位设置槽钢抗剪键，抗剪键采用“[”形(U形）截面，槽钢选用[12，可充分利用端缝提高抗剪强度。
2）槽钢抗剪键内插入钢筋，并设箍筋，形成对抗剪键的约束作用，提高其抗拔能力。
3）与钢管柱相邻剪力墙两侧外排水平分布筋做成U形，墙体中间排水平筋遇矩形钢管柱采用弯锚处理，并在墙体外侧U形水平分布筋与槽钢抗剪键内钢筋间设置墙体水平拉筋。
4）矩形钢管柱侧壁的槽钢抗剪键间距与相邻剪力墙的水平钢筋间距保持协调，以确保所有墙体水平筋均锚入槽钢抗剪键内。
5）槽钢抗剪键在钢管柱出厂前由钢构加工厂负责焊接完成，厂内焊接更有助于保证其焊接质量，并且极大地提高了工作效率。
4 钢管混凝土柱与剪力墙组合槽钢抗剪节点施工重点
钢管混凝土柱与剪力墙组合槽钢抗剪节点施工重点在于控制槽钢抗剪键内钢筋的连接、槽钢抗剪节点区域钢筋绑扎质量以及掌握该节点正确的施工工艺流程，其次该区域由于剪力墙钢筋与槽钢抗剪键布置较紧凑，要做好混凝土浇筑时的振捣工作，保证施工质量。
5 钢管混凝土柱与剪力墙组合槽钢抗剪节点施工工艺流程
5.1 施工工艺流程
流程如下：钢管柱及槽钢抗剪键加工制作→槽钢抗剪键内剪力墙竖向钢筋插筋→插筋捆绑并拢→钢管柱吊装及抗剪键套入并拢的插筋→钢管柱安装固定→插筋解开→剪力墙钢筋绑扎操作架体搭设→槽钢抗剪键内剪力墙竖向钢筋接高→槽钢抗剪键内剪力墙水平钢筋及拉筋施工→抗剪键节点钢筋验收→剪力墙模板支设→钢管柱内混凝土浇筑及养护→剪力墙混凝土浇筑及养护→槽钢抗剪键内剪力墙竖向钢筋捆绑并拢→上一节钢管柱安装。
5.2 关键工序施工要点
5.2.1 钢管柱及槽钢抗剪键加工制作
钢管柱及槽钢抗剪键深化加工时首先进行钢柱分节，钢柱分节需综合考虑运输、吊装要求，并且要便于现场工人焊接施工。为满足以上要求将钢管柱分节位置设置在每层楼板向上1200mm处，并对钢管柱分节位置局部区域的槽钢抗剪键采取现场焊接，以方便该节点区域钢筋施工时的穿插、连接。
5.2.2 槽钢抗剪键内剪力墙竖向钢筋插筋
按照节点要求有4根墙体竖向钢筋需要插入槽钢抗剪键中，由于第1节钢柱柱脚设有加劲肋，故图3所左侧云线范围内紧贴钢柱外壁的2根钢筋无法在底板浇筑时预先插筋，而其余剪力墙竖向钢筋需要在基础底板浇筑前完成插筋。2根无法预先插筋竖向钢筋弯折15d后锚入剪力墙内。插筋长度需在钢筋翻样精心考虑，将钢筋接头位置设置在距底板500mm以上区域内，且错开钢筋接头位置。插入槽钢抗剪键的钢筋在插筋时应精确定位，避免与槽钢抗剪键发生位置冲突，确保其在后续施工中顺利穿入钢柱的槽钢抗剪键中。如图3所示。
5.2.4 钢管柱吊装及抗剪键套入并拢的插筋
槽钢抗剪键内插筋捆绑并拢完毕后开始吊装钢管柱，并在吊装的同时将此竖向钢筋插入槽钢抗剪键中，待钢管柱固定完毕后将铁丝松开，槽钢抗剪键中的竖向插筋恢复原状。
5.2.5 钢管柱安装固定
钢管柱采用螺栓与基础底板上预埋钢管柱柱脚进行连接固定，钢管柱连接固定后对钢管柱柱脚与底板顶面5cm的空隙采用高强灌浆料进行灌浆处理。
5.2.6 剪力墙钢筋绑扎操作架体搭设
脚手架搭设高度为3.8m，脚手架步距为1.8m，立杆纵距为1.8m，立杆排距为0.9m，架体与墙距离为0.3m，抛撑设置为2步6跨(转角处为2步4跨）。脚手架设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆采用直角扣件固定在距基础底部≤200mm处的立杆上。横向扫地杆采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。抛撑采用通长杆件与脚手架可靠连接，与地面的倾角为45°～60°，连接点中心至主节点的距离≤300mm。
5.2.7 槽钢抗剪键内剪力墙竖向钢筋接高
钢管柱安装固定完毕，由槽钢抗剪键上方向下穿插钢筋，并与其下方剪力墙竖向插筋通过直螺纹套筒进行机械连接，相邻接头错开35d，以满足图集抗震构造要求(见图5）。槽钢抗剪键内靠近钢管柱的2根剪力墙竖向钢筋由槽钢抗剪键上方向下穿插钢筋至钢柱脚顶面即可。为保证槽钢抗剪键中上、下钢筋有效连接且方便现场工人施工，在钢筋接头区域的槽钢抗剪键采取现场焊接施工，即在槽钢抗剪键内钢筋机械连接完毕后再进行现场焊接。
5.2.8 槽钢抗剪键内剪力墙水平钢筋及拉筋施工
剪力墙竖向钢筋采用直螺纹套筒连接，按照图集构造要求，同一连接区段钢筋接头率≤50%，现场施工时保证钢筋相邻接头两两错开35d，墙体竖向钢筋连接完毕后进行墙体水平钢筋及墙体拉筋绑扎。
为确保槽钢抗剪键与剪力墙水平钢筋的有效连接，剪力墙水平钢筋的接头不允许设置在槽钢抗剪键节点区域，故将与钢管柱相邻剪力墙两侧外排水平筋做成U形，该U形水平筋在槽钢抗剪键竖向钢筋连接前将其挂在槽钢抗剪键上，U形水平筋端头垂直向下，待墙体竖向钢筋连接完毕后将其旋转90°变为水平，U形筋两端采用直螺纹套筒与墙体两侧水平筋连接。墙体中间排水平筋遇矩形钢管柱采取弯锚处理，将墙体水平钢筋与竖向钢筋绑扎固定，调节剪力墙水平筋位置使其恰好位于槽钢抗剪键的上、下边缘处，并设置拉筋钩住剪力墙两侧竖向钢筋。如图6所示。
5.2.9 抗剪键节点钢筋验收
剪力墙钢筋整体绑扎完毕后，劳务分包质量员先自行验收，分包自检合格后请总包单位验收，最后由监理单位验收。剪力墙钢筋验收中重点关注钢筋的构造锚固要求和钢筋直螺纹套筒的连接质量。
5.2.10 剪力墙模板支设
剪力墙模板支设前在钢管柱外边缘竖向通常粘贴海绵条，确保槽钢抗剪键区域剪力墙模板与钢管柱侧壁紧密接触，避免漏浆。
剪力墙模板采用12mm厚覆膜木模板，次龙骨采用50mm×100mm木方，间距150mm，主龙骨采用φ48.3×3.6双钢管，间距400mm，次龙骨沿墙体竖直方向布置，主龙骨沿墙水平方向布置，距墙根200mm布置第1道主龙骨。对拉螺栓采用M16@400mm×600mm布置(竖向间距400mm，水平间距600mm）。墙模板支撑均为φ48.3钢管，在楼(底）板上预埋φ25U形地锚，沿墙方向间距为1.5m，3.6m高的墙距墙2m布置，5m高的墙距墙3m布置，斜撑钢管与顶部用U形托顶紧模板，底部用扣件与地锚通过扫地杆相连，在斜撑钢管中部设横向钢管及反拉钢管1道。
5.2.11 钢管柱内混凝土浇筑及养护
钢管柱内采用C60自密实混凝土，采用高抛法浇筑。浇筑时操作人员要实时监测钢管内混凝土的浇筑高度，分层浇筑，在浇筑高度达到距钢管柱上口以下600mm位置时即停止混凝土浇筑，并用木质盖板将钢管柱上口覆盖，防止施工垃圾进入钢柱。
5.2.12 剪力墙混凝土浇筑及养护
剪力墙混凝土浇筑过程中要重点注意保证槽钢抗剪节点区域的混凝土振捣密实，防止混凝土出现空洞。墙体混凝土采用分层浇筑，分层厚度为500mm，下灰口尽量分散。浇筑时，先在墙底铺50mm厚左右同混凝土配合比的无石子砂浆，然后浇筑。混凝土的分层厚度通过标杆来控制。墙体混凝土分层振捣，上、下层搭接振捣50mm。混凝土振捣时，振动棒须避免碰撞钢筋、模板，防止钢筋、模板偏移或错位。每点混凝土的振捣时间以出现浮浆不下沉为原则。
混凝土浇筑完毕后，需定时洒水，保证混凝土表面湿润，防止因天气干燥混凝土失水造成开裂。
6 结语
综上所述，新型钢管混凝土柱与剪力墙组合结构中采用槽钢抗剪节点施工，能够充分发挥混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性的优势，协同工作。因此，该技术由于具有承载能力高、延性好、抗震性能优良等特性的新型钢管混凝土柱与剪力墙组合结构在地震区的高层建筑中得到了广泛应用。
参考文献
[1]杨洋.预制装配型钢混凝土梁负弯矩区抗剪性能及设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2015.
[2]高林.预制钢管砼边框剪力墙的节点及接缝连接的拟静力研究[D]. 北京科技大学,2015.
论文作者:丁健
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/8
标签：槽钢论文; 钢管论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 剪力墙论文; 节点论文; 组合论文; 《基层建设》2017年第23期论文;