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 沈佳星

 （寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)寶鋼建筑系統(tǒng)集成有限公司，上海201900）

摘  要：目前很多高層鋼結(jié)構(gòu)的地下室采用鋼骨混凝土柱和鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)體系，由于地下室通常都存在鋼筋混凝土梁板、剪力墻、地下室外墻，這些混凝土構(gòu)件與鋼骨混凝土柱的連接做法往往較為復(fù)雜，尤其是混凝土粱縱向鋼筋在梁柱節(jié)點(diǎn)處的錨固、鋼骨柱的垂直度控制等問題。對這種結(jié)構(gòu)體系的各類節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)和構(gòu)造進(jìn)行深入分析并不斷改進(jìn)，通過在鋼骨柱側(cè)面設(shè)置牛腿以及在地下室頂板處設(shè)置拉結(jié)鋼梁分別解決了混凝土梁縱向鋼筋的錨固問題和鋼骨柱的垂直度問題。

關(guān)鍵詞：鋼骨混凝土柱；梁柱節(jié)點(diǎn)；地下室DOI:10. 13206/j,gjg201604013

1概述

 目前國內(nèi)很多鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中，上部結(jié)構(gòu)的框架柱采用箱形柱的情況比較常見，為了保證豎向受力構(gòu)件的連續(xù)性，一般將上部結(jié)構(gòu)的框架柱一直向下延伸至地下室底板，并且在地下室鋼柱外側(cè)包覆鋼筋混凝土保護(hù)層以形成勁性柱，地下室頂板及樓面通常采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土梁板體系，而鋼筋混凝土框架梁與勁性柱的連接節(jié)點(diǎn)通常是實(shí)際施工中較難處理的部位，筆者通過近年來參與的幾個(gè)高層鋼結(jié)構(gòu)公共建筑項(xiàng)目，對此類地下室的梁柱節(jié)點(diǎn)、柱腳節(jié)點(diǎn)、剪力墻與鋼骨混凝土柱連接節(jié)點(diǎn)及現(xiàn)場施工的若干注意問題進(jìn)行簡要介紹。

2  地下室梁柱連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

 設(shè)置有地下室的多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑一般采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)體系，區(qū)別只是在上部結(jié)構(gòu)投影范圍內(nèi)的地下室框架柱內(nèi)還有從上部結(jié)構(gòu)延伸下來的鋼框架柱作為地下室框架柱截面的一個(gè)組成部分，其實(shí)質(zhì)是鋼骨混凝土柱，柱子內(nèi)的型鋼截面一般為箱形截面或者十字形截面（圖1），框架梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁。由于地下室框架柱內(nèi)含有型鋼骨，框架梁內(nèi)的上、下部縱向鋼筋由于鋼骨的阻擋無法穿越框架柱，所以為了解決梁縱向鋼筋的錨固問題，需要在柱子內(nèi)的型鋼骨上設(shè)置供縱向鋼筋錨固的連接構(gòu)件。由中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院編制的04SG519《多高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖》中提供了鋼筋混凝土梁與鋼骨混凝土柱的連接構(gòu)造（圖2），此節(jié)點(diǎn)中型鋼柱為十字形截面，位于十字柱翼緣寬度內(nèi)的梁縱向鋼筋直接焊接在鋼骨的牛腿上，牛腿截面為H型鋼，其上翼緣的頂面和下翼緣的頂面分別供梁上、下部鋼筋進(jìn)行焊接錨固；在鋼骨柱翼緣寬度以外的梁縱向鋼筋，則可以穿越鋼骨柱的十字腹板而貫通，鋼骨柱的十字腹板上需預(yù)先在工廠制作時(shí)開設(shè)穿筋孔。

 筆者在設(shè)計(jì)東北某項(xiàng)目時(shí)采用了這種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，但是該節(jié)點(diǎn)在鋼骨內(nèi)設(shè)置的牛腿腹板和翼緣分別干擾了框架柱核心區(qū)箍筋和柱縱向鋼筋的排列布置。由于牛腿腹板的存在，框架柱核心區(qū)的箍筋難以貫通，由于核心區(qū)的箍筋對于節(jié)點(diǎn)的延性起著至關(guān)重要的作用，而現(xiàn)場在牛腿腹板上開設(shè)穿筋孔又存在施工比較粗糙的問題，所以不得不采用把核心區(qū)箍筋分成4片，每片箍筋呈L形，端部分別彎折15d焊接在牛腿腹板的做法，這種做法在一定程度上增加了施工單位額外的現(xiàn)場焊接工作，也不利于施工質(zhì)量的控制。而牛腿的翼緣則一定程度上影響到柱縱向鋼筋的排布，鋼筋只能盡量布置在鋼牛腿的兩側(cè)，柱內(nèi)的縱向鋼筋根數(shù)越多，則排布越受限制。

 在此項(xiàng)目后，筆者在寶鋼綜合大樓項(xiàng)目中針對此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)（圖3），為了保證框架柱核心區(qū)箍筋可以貫通，牛腿的腹板并不延伸到翼緣的端頭，而是向后退55 mm，特意為箍筋留出穿越的空間，這樣就有效解決了核心區(qū)箍筋受牛腿腹板阻擋而無法貫通的問題；在牛腿的上、下翼緣的端頭挖出半圓形的凹槽，供柱子的縱向鋼筋穿過。經(jīng)過以上兩點(diǎn)的改進(jìn)，框架柱縱向鋼筋和箍筋與牛腿在空間上的干涉問題基本得到解決。

 鋼骨柱上設(shè)置鋼牛腿的做法基本上解決了鋼筋混凝土梁縱向鋼筋的錨固問題，但當(dāng)混凝土梁的上部或下部鋼筋為雙排鋼筋時(shí)，這種做法又出現(xiàn)了新的問題，即雙排鋼筋的錨固問題。在寶鋼綜合大樓項(xiàng)目中，雙排鋼筋要同時(shí)分別焊接在牛腿的上下翼緣各自的兩個(gè)表面，第二排鋼筋需要在現(xiàn)場進(jìn)行仰焊作業(yè)。實(shí)際操作時(shí)需要在支模時(shí)將框架梁的兩端留出一段，此部分的底模和側(cè)面模板先不安裝，以留出實(shí)施仰焊的操作面，待需要進(jìn)行仰焊作業(yè)的鋼筋焊接完畢后再將此部位的底模和側(cè)模安裝好。這種做法需要特別注意現(xiàn)場的仰焊質(zhì)量，并且框架梁的支模會(huì)受到焊接工作的少許影響。

 為了進(jìn)一步解決雙排鋼筋的連接問題，寶鋼建筑系統(tǒng)集成有限公司在某廣州項(xiàng)目中采取了如下的改進(jìn)做法，即在牛腿上翼緣的下表面預(yù)先焊接一段與縱向鋼筋相同直徑的短鋼筋，短鋼筋在遠(yuǎn)離鋼骨的一段車螺紋，然后在現(xiàn)場用鋼筋套管與縱向鋼筋的中間段連接；下部鋼筋中的第一排由于在實(shí)際受力中基本不受拉力，采用端部向上彎折15d貼焊在鋼骨柱表面的做法，而第二排鋼筋則仍舊采用直接焊接在下翼緣上表面的做法（圖4）。上文提到的短鋼筋在進(jìn)行工廠鋼結(jié)構(gòu)制作時(shí)就預(yù)先焊接在鋼牛腿上，這樣可避免現(xiàn)場出現(xiàn)仰焊工作，框架梁的支模工作也不再受影響，簡化了現(xiàn)場施工工序。

3  鋼骨柱柱腳構(gòu)造

 鋼骨柱的柱腳構(gòu)造與外包式柱腳的構(gòu)造相類似，需要特別注意的是，鋼骨柱的柱腳底板尺寸要與地下室柱的截面尺寸相匹配，也就是說柱腳底板的大小要考慮到框架柱的縱向鋼筋和箍筋的配置，因?yàn)榭蚣苤�的縱向鋼筋一般采用插筋的形式預(yù)留在地下室底板上，在進(jìn)行鋼柱安裝之前，底板上已經(jīng)預(yù)留好框架柱的插筋，如果插筋與鋼柱底板沒有留出足夠的空隙，則會(huì)影響到鋼柱的安裝，使鋼骨柱無法落入由插筋圍成的“鋼筋籠”內(nèi)，所以柱腳底板的大小應(yīng)取值合適，柱腳錨栓的孔中心不宜離開鋼骨柱外邊緣過遠(yuǎn)。一般鋼骨混凝土柱的外圍混凝土部分的厚度為200 mm，柱腳底板的外伸寬度不宜超過140 mm。

4  地下室剪力墻、地下室外墻與鋼骨混凝土柱的連接構(gòu)造

 當(dāng)多高層鋼結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)采用框架一支撐體系時(shí)，在柱間支撐所在位置相應(yīng)的地下室內(nèi)設(shè)置剪力墻，這樣抗側(cè)力構(gòu)件可一直向下延續(xù)至基礎(chǔ)底板。由于地下室框架柱為鋼骨混凝土柱，剪力墻的水平鋼筋可以進(jìn)入框架柱內(nèi)錨固（圖5），水平鋼筋在錨固時(shí)通常采用將端部水平彎折，彎折段直接與框架柱內(nèi)的鋼骨貼緊，彎折段與鋼骨接觸的部分采用焊接連接。在筆者設(shè)計(jì)的寶鋼綜合大樓項(xiàng)目中，地下室剪力墻則采用了內(nèi)藏鋼支撐剪力墻的做法，即在鋼筋混凝土剪力墻中內(nèi)藏了人字形H型鋼支撐(圖5)，由于鋼支撐內(nèi)含在鋼筋混凝土剪力墻中，其長細(xì)比不必按照壓桿進(jìn)行控制。

 地下室外墻的外邊緣通常與地下室柱的外皮平齊，外墻外側(cè)的水平鋼筋可直接貫通，內(nèi)側(cè)的水平鋼筋可有兩種做法：一種是鋼筋在鋼骨處斷開，斷開處鋼筋水平彎折后與鋼骨表面焊接（圖6）；另一種是地下室外墻在靠近柱子的位置做一小段水平加腋，使地下室外墻的內(nèi)側(cè)水平鋼筋可以繞過鋼骨而連續(xù)（圖7）。另外需要指出的是，地下室外墻在地下室樓層及地下室頂板處通常設(shè)有暗梁，地下室柱內(nèi)的鋼骨也要在以上兩處位置設(shè)置供焊接暗梁縱向鋼筋用的鋼牛腿。

5框架柱截面轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)及地下室頂板做法

 當(dāng)上部鋼框架柱采用箱形截面時(shí)，其在地下室的延伸部分可轉(zhuǎn)換為十字形截面，因?yàn)榈叵率铱蚣苤�由混凝土和鋼骨共同受力，在�?jì)算上鋼骨部分沒有必要取與上部結(jié)構(gòu)相同的截面，故從節(jié)省鋼材的角度可以將箱形柱轉(zhuǎn)換為十字形截面，轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的位置可設(shè)置在距離地下室頂板以下約1.5 m的位置，十字形腹板深入箱形截面的長度需大于地下室頂板的框架梁梁高加200 mm的距離，十字腹板深入箱形柱的部分需采用專用的長臂焊接設(shè)備深入箱形柱內(nèi)部焊接，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)制作單位無此專用焊接設(shè)備時(shí)，也可以采用在箱形柱壁板上開槽，十字腹板略微外伸后插入槽內(nèi)后焊接的做法。

 很多地下室樓面和頂板采用的是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土梁板體系，由于沒有鋼梁的存在，在進(jìn)行地下室樓面的澆筑時(shí)，如不采取有效措施，鋼柱會(huì)在澆筑樓板時(shí)因混凝土自重產(chǎn)生的側(cè)推力作用而產(chǎn)生傾斜，而地下室鋼柱的傾斜將嚴(yán)重影響到上部鋼結(jié)構(gòu)框架柱的安裝，地下室鋼柱的糾偏以及加固是一件相當(dāng)繁瑣的工作。為了避免出現(xiàn)此類問題，可以在地下室頂板的位置設(shè)置用于鋼骨混凝土柱內(nèi)的鋼骨之間拉結(jié)的鋼梁，鋼梁可以永久地澆筑在鋼筋混凝土框架梁內(nèi)而不必拆除，鋼梁的截面僅需要滿足壓桿的長細(xì)比要求，可不參與結(jié)構(gòu)受力，這樣地下室柱在施工時(shí)的傾斜度問題就得到了很好的解決。

6  結(jié)束語

 多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑地下室由于同時(shí)存在鋼筋混凝土梁、剪力墻、地下室側(cè)墻、鋼骨混凝土柱等構(gòu)件，各個(gè)構(gòu)件之間的連接方式較為復(fù)雜，在進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮節(jié)點(diǎn)在受力上的可靠性，也要顧及節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場施工時(shí)的實(shí)用性和便捷性，筆者通過實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，也在不斷探求更加可靠、施工更為方便的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式。