大跨度劲性桁架转换梁施工关键技术研究

大跨度劲性桁架转换梁施工关键技术研究

□文/王安鑫 刘书羽

摘要：结合某工程应用，研究了大跨度劲性桁架转换梁施工过程中的关键技术，解决了施工过程中劲性桁架转换梁钢筋排布及安装、钢筋与劲性结构柱连接节点处理、中间节点处理、箍筋与拉结筋处理等四个方面存在的技术难题，确保了施工质量和安全满足工程要求。

关键词：劲性；桁架；转换梁；大跨度

随着我国经济不断发展，大跨度、超高层、重荷载的工程越来越多，此类建筑工程中，主体结构通常采用劲性混凝土结构。由于建筑功能要求，主体结构一般均设计转换层或转换梁，其中大跨度劲性桁架转换梁因为不仅可以增大建筑物的使用空间，还可以大幅度提高构件的承载力，所以越来越受设计师的青睐。但是，劲性桁架转换梁施工也存在诸多难题，如：结构构件的跨度和截面尺寸大，钢筋含量高并且排布密集、互相穿插，混凝土的强度等级高，构件混凝土浇筑量大，模板支撑要求高等，其施工难度远远超过普通的结构形式。

本文针对上述技术难题，依托某工程展开了具有针对性的研究，解决了大跨度劲性桁架转换梁施工过程中存在的技术难题，收到了良好的经济和社会效益。

1　工程概况

某工程主体结构A区13～15轴和N轴各有一榀钢混劲性桁架转换梁，桁架梁纵向跨三层和四层，跨度18 m，中间有一根钢筋混凝土转换柱支撑上部钢骨，钢骨中间斜向布置两道钢骨，共有两道纵向钢骨，两道斜向钢骨，钢骨外包钢筋混凝土，两端分别支撑在两侧钢混柱上，组成一道大跨度钢混劲性桁架转换梁。

该大跨度劲性桁架转换梁涉及构件多，两端支座为劲性钢混柱，上下各一道劲性钢混梁，两道斜向劲性钢混梁，中间一道转换钢筋混凝土柱，钢筋规格大，数量多。上部钢骨采用900 mm×300 mm×20 mm×30 mm型钢，斜向钢骨采用500 mm×300 mm×20 mm× 30 mm型钢，下部钢骨采用900 mm×300 mm×20mm× 30 mm型钢，钢梁与钢柱、斜梁与平梁钢骨跨中节点处连接方式为栓接连接；两道斜向劲性钢混梁外包钢筋各36φ25 mm，中间钢筋混凝土柱钢筋20φ28 mm+18φ25 mm，上层劲性钢混梁外包钢筋42φ25 mm，桁架中间节点处共有152根主筋，钢筋在上层梁交接处锚固长度区域内因空间不足存在碰撞问题，钢筋无法绑扎，大跨度劲性桁架转换梁截面尺寸大内有钢骨，梁箍筋、拉结筋以及模板加固施工难度大，另外钢筋密集，混凝土浇筑也是施工难题。

2　大跨度劲性桁架转换梁钢骨制作安装技术研究

2.1　劲性桁架钢骨加工制作

现场施工场地狭小，型钢采取工厂加工、分节运输、现场安装。本工程桁架转换梁构件为H型钢柱、H型钢梁，材质为Q345B。H型钢均通过H型钢生产线进行组焊。采用H型钢生产线进行组焊时，首先在H型钢自动组立机上将腹板和其中一块翼缘板组装成┻型，然后再将┻与另一块翼缘板组装成H型钢。

焊接方法采用龙门式埋弧焊接机进行自动焊接，焊接时严格按照图1焊接顺序进行，先焊1、2道焊缝，焊接至设计焊缝高度的一半时翻身焊3、4道焊缝，3、4道焊缝焊前应用碳弧气刨进行清根，清根后焊缝内不得有夹渣、裂纹存在。3、4道焊缝焊前同样需要预热，3、4道焊缝焊至设计焊缝高度的一半时翻身继续焊1、2道焊缝，直至1、2道焊缝焊满，最后再次翻身焊3、4道焊缝，直至焊满。焊接过程中如发生断弧，接头部位焊缝应打磨出≮1∶4的过渡坡口才能继续施焊。

图1　焊接顺序

焊后24 h后进行焊缝无损探伤，探伤合格后进行矫正。其中焊接角变形采用火焰烘烤或用H型钢翼缘矫正机进行机械矫正，矫正后的钢材表面不应有明显的划痕或损伤，划痕深度≯0.5 mm。弯曲、扭曲变形采用火焰矫正，矫正温度控制在800～900℃且不得有过烧现象。

2.2　劲性桁架钢骨安装

构件由施工现场塔吊（TC7052，臂长70 m）进行卸车并利用塔吊分别转运至其余塔吊的吊装范围内，由于塔吊臂长的限制，钢构件重量必须满足塔吊的起重能力范围之内，因此劲性桁架转换梁不能一次吊装到位，先完成桁架转换梁下层梁的钢骨安装，再吊装转换梁两侧劲性柱的钢骨，两侧劲性柱钢骨吊装完成后，完成桁架转换梁上层梁的钢骨吊装，最后完成斜梁钢骨的安装。

劲性桁架转换梁型钢的焊接全部采用CO2气体保护焊，焊丝型号ER50-3，钢柱与钢梁以及斜梁的钢骨连接采用栓接的方式，高强螺栓采用10.9级扭剪型高强螺栓（摩擦型），钢梁吊装到位后，将临时安置螺栓穿入孔中进行临时固定，临时螺栓的数量不得少于本节点螺栓数量的30%且不得少于2个，然后用扳手拧紧螺栓，使连接面结合紧密。在结构中心位置调整好后进行高强螺栓施工。高强螺栓的穿入方向以施工方便为准，力求一致，安装时要确保螺母带圆台面的一侧朝向垫圈与倒角的一侧。高强螺栓的紧固分两次进行，第一次为初拧，第二次为终拧，初拧完毕的螺栓，应做好标记以供确认。初拧、终拧都应从螺栓群中间向四周对称扩散方式进行紧固。

钢柱连接采用焊接的方式，单根钢柱的焊接采用两个焊工同时对称进行焊接。焊缝采取薄层、多道进行焊接，单条焊缝＞500 mm采取分段退焊的焊接方法。每层、每道焊缝的焊道接头错开50 mm。

2.3　实施效果

劲性桁架钢骨制作选择合理的焊接顺序，有效控制了构件的变形，根据不同的构件特点，制定不同的焊接顺序。对于较长焊缝采用“分段退焊法”进行焊接；对于构件焊缝沿中性轴对称分布构件采用“对称、均匀法”施焊；对于构件焊缝密集且可以分块和分段的构件或接点采用“分块制作，整体装配”施焊；对于焊接后可以区分焊缝拘束状态大小的接头采用“先大后小法”，确保了焊接质量。采用先柱后梁，再斜撑，先焊收缩量大的再焊收缩量小的焊接方法，保证焊接质量及安装精度。

3　劲性桁架梁钢筋安装及节点处理技术

3.1　劲性桁架转换梁钢筋排布及安装

应用三维模型对劲性桁架转换梁的钢筋分布建模，按照绘制的钢筋分布详图绑扎钢筋，避免返工。劲性桁架转换梁钢筋三维模型见图2。

图2　劲性桁架转换梁钢筋三维模型

桁架转换梁的钢筋安装顺序：底层梁钢筋安装→斜梁、转换柱插筋，浇筑底层梁混凝土→两端支座柱钢筋安装→上层梁钢筋安装→斜梁及中间转换柱钢筋安装→加腋部位钢筋安装。

3.2　劲性桁架梁钢筋与劲性结构柱连接节点处理

由于本工程劲性结构配筋直径较大，钢筋布置过于密集，钢骨柱翼缘不允许穿孔，梁钢筋无法通长布置。为保证此部位的施工质量，需在柱身翼缘外侧焊接钢筋连接板，钢筋与连接板搭接焊接并保证焊缝长度≮5倍的钢筋直径。连接板材质采用Q345B，连接板长度需保证钢筋焊接5倍的钢筋直径。当遇到混凝土梁有两排钢筋时，需在钢柱翼缘对应的梁钢筋标高位置焊接钢筋连接板，第二排钢筋连接板长度比第一排钢筋连接板长度长100 mm，便于梁钢筋焊接并开设槽型孔，方便竖向的柱纵筋穿过。

3.3　劲性桁架梁中间节点处理

本工程劲性桁架梁钢筋规格大，数量多，中间梁柱交接处钢筋数量众多，斜梁钢筋在与上层梁交接处锚固长度区域内因空间不足存在碰撞问题，钢筋无法绑扎。经反复研究经过多次探讨，在不影响使用效果的前提下，在梁中间钢筋交接处采取加腋措施，增大节点处钢筋锚固的空间。通过三维模型绘制梁、柱钢筋分布图形，在满足钢筋绑扎的操作空间和锚固长度的前提下，经设计计算加腋高度为距上层梁底1 275 mm，下底宽4 186 mm，加腋主筋为10φ25 mm，解决钢筋绑扎难题。

3.4　劲性桁架梁箍筋与拉结筋处理

本工程劲性梁结构截面尺寸大，钢筋直径大，上层梁尺寸1 000 mm×1 500 mm，下层梁1 000 mm×1 500 mm，斜梁尺寸1 000 mm×1 000 mm，上下层梁钢骨尺寸300 mm×900 mm，斜梁钢骨尺寸300 mm×500 mm，上下层梁中两侧钢筋要求用拉结筋进行拉结，而拉结筋要穿过钢骨腹板，故施工时在拉结筋要穿过钢骨腹板上开一个比拉结筋直径大2 mm的孔，间距200 mm，梅花形布置。拉结筋一端做成弯钩，另一端平直通过预留孔拉住另一侧钢筋后进行人工弯折。

由于劲性结构梁尺寸大，箍筋无法绑扎，为满足使用功能和质量要求，方便施工，箍筋采用两个和箍筋同直径的直角钢筋相互焊接的方式并保证焊缝长度≮10倍的钢筋直径，见图3。

图3　拉筋、箍筋

平梁与斜梁交界处长1 575 mm，内有钢骨，箍筋安装采用平梁与斜梁共用箍筋的方法，见图4。

图4　共用箍筋

3.5　实施效果

应用三维模型，对劲性钢桁架梁外包密集型钢筋进行分布建模，找出钢筋安装的难点，确定钢筋安装方案，按照绘制的钢筋分布图详图绑扎钢筋，在工程实施过程中钢筋绑扎顺利。

4　劲性桁架梁模板施工技术

1）柱模板使用15 mm厚的多层板，背枋用40 mm× 80 mm木枋，φ48 mm双钢管做支撑加固，加固钢管距柱底200 mm，上部每300 mm加设一道。为保证模板底部不漏浆、不烂根，模板支设完成后在每个柱子根部四周采用1∶3的水泥砂浆做封堵。

2）桁架梁上层、下层梁侧模使用15 mm厚的多层板，背枋用40 mm×80 mm木枋，φ48 mm双钢管做支撑加固，为保证侧模的稳定及位置，梁模板采用侧模压在底模上的方式施工。梁两侧立杆距梁边300 mm，沿梁跨度方向间距1 000 mm。梁侧模加固采用φ16 mm对拉螺栓，沿梁长方向每400 mm一道，由于对拉螺栓无法穿过梁钢骨，因此，在模板安装前将对拉螺栓焊接在拉结筋上，焊接满足5倍的钢筋直径。桁架梁上层、下层梁底模使用15 mm厚的多层板，背枋用40 mm× 80 mm木枋，φ48 mm双钢管做支撑，上层梁梁底增加两道立杆，沿梁长方间距600 mm。上层梁的梁底立杆与斜梁上方加固钢管相互回顶。

3）斜梁模板使用15mm厚的多层板，背枋用40mm× 80 mm木枋，φ48 mm双钢管做支撑加固，每300 mm加设一道。斜梁上方模板与上层梁梁底立杆相互回顶，沿梁长间距600 mm，梁底增加两道承重立杆，沿梁长方向间距600 mm。梁两侧立杆距梁边300 mm，沿梁跨度方向间距1 000 mm。斜梁侧模设斜撑间距900mm，见图5。

图5　上层梁与斜梁加固

5　劲性桁架梁混凝土施工技术

1）劲性桁架梁下层梁与三层梁板共同浇筑，上层梁、斜梁及柱与四层梁板共同浇筑。

2）上层梁、斜梁及中间柱交接处钢筋直径大，排布密集，又有钢骨的存在，使得混凝土下料困难，混凝土密实度难以控制。由于一次性浇筑混凝土难以浇筑密实，采取分段浇筑，先在斜梁上部和下部各1/3位置开孔，浇筑斜梁混凝土，混凝土浇筑至开孔处后，封板，再浇筑转换柱混凝土及斜梁上方剩余1/3的部分。浇筑混凝土后应及时进行振捣，振捣时要快插慢拔。应在钢骨两边均匀进行混凝土浇筑和振捣，避免漏振和不均匀振捣。

3）浇筑中间转换柱时，在中间柱的斜梁交界处设置φ75 mm的套管，使混凝土下料顺利，方便振捣，保证转换柱及加腋部分混凝土浇筑顺利。

4）本工程柱混凝土为C45，梁混凝土为C40，浇筑劲性桁架转换梁混凝土时混凝土强度不好控制。为方便施工，保证施工质量，劲性桁架转换梁混凝土全部采用C45混凝土，塌落度为180 mm，石子粒径在5～12 mm。

5）用插入式振捣器应快插慢拔，插点应均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，做到振捣密实。移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍。

6）浇筑混凝土时，应经常注意观察模板、支架有无走动情况，当发现有变形或位移时，应立即停止浇筑，并及时修整和加固模板，完全处理好后，再继续浇筑混凝土。

7）模板外侧指派专人用铁锤进行敲击，可有利于混凝土密实及外观成型质量，通过声音判断振捣不到位的部分。

6　结语

本文结合工程实践，针对大跨度劲性桁架转换梁施工过程中存在的技术难题提出了切实可行的技术措施，解决了劲性桁架梁钢筋规格大、数量多、中间节点处钢筋数量众多、劲性梁钢筋与劲性柱钢骨冲突、劲性桁架梁中间节点锚固长度区域内因空间不足存在碰撞、劲性桁架梁拉结筋穿过钢骨困难以及劲性结构梁尺寸大，箍筋无法绑扎等问题，在满足设计和施工质量要求的同时提高了施工效率、缩短了工期、降低了施工成本，产生了较好的经济效益。施工完成的劲性桁架转换梁及相应节点混凝土成型良好，无胀模、跑模现象；混凝土表面光滑、平整，无蜂窝、麻面。

参考文献：

［1］YB9082—2006，钢骨混凝土设计规程［S］.

［2］DL/T5085—1999，钢-混凝土组合结构设计规程［S］.

［3］YB9082—2005，钢骨混凝土结构技术规程［S］.

［4］GB50755—2012，钢结构制作安装施工规程［S］.

［5］04SG523，型钢混凝土组合结构构造［S］.

□刘书羽/中国建筑第六工程局桥梁公司。

□中图分类号：TU375.5

□文献标识码：C

□文章编号：1008-3197（2016）02-04-03

□收稿日期：2016-01-25

□作者简介：王安鑫/男，1987年出生，工程师，中国建筑第六工程局有限公司，从事工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.002