CN108222265A - 一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法，具体包括以下步骤：步骤一：根据施工图纸，通过设计模型应用计算机软件计算过渡段形状、尺寸，将复杂铸钢节点和钢结构现场安装模型可视化，设计过渡段形状及各项参数，然后在铸造厂将铸钢节点和过渡段定位并焊接为一体，检测合格后将焊接后的铸钢节点与过渡段一起进行二次热处理，即在热处炉内加热到820‑850摄氏度后保温3‑4小时，随炉冷却到300摄氏度后出炉自然冷却到常温。本发明形成了钢结构工程、钢筋工程、模板工程及混凝土工程的合理工艺流程，可以保证工程质量、缩短工期、节约资源、降低造价，具有较高的社会和环保效益。

Description

一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法

技术领域

本发明涉及节点施工技术领域，特别涉及一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法,属于绿色节能材料和建筑领域。

背景技术

近年来，随着我国经济和土木工程技术的发展，带转换层复杂结构已逐渐成为竖向不规则高层建筑中经常采用的一种满足其建筑功能及美学要求的结构布置方式。提供超大空间的型钢混凝土结构转换层大多形式复杂，材料耗用较多，其节点设计及施工的难题主要有以下三点：1、节点包含斜柱、斜撑，节点相交杆件多，空间节点构造复杂；2、截面配筋面积大，且钢筋需穿型钢，钢筋与型钢的空间关系复杂，需提出合理的钢筋布置方案及混凝土浇筑方案，以保证节点质量；3、由于钢筋数量多，钢筋穿型钢节点时，对节点削弱大，为保证节点强度，有必要提出简单可靠的钢板补强方案，以简化施工，保证施工质量。

因此，发明一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法来解决上述问题很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法，具体包括以下步骤：

步骤一：根据施工图纸，通过设计模型应用计算机软件计算过渡段形状、尺寸，将复杂铸钢节点和钢结构现场安装模型可视化，设计过渡段形状及各项参数，然后在铸造厂将铸钢节点和过渡段定位并焊接为一体，检测合格后将焊接后的铸钢节点与过渡段一起进行二次热处理，即在热处炉内加热到820-850摄氏度后保温3-4小时，随炉冷却到300摄氏度后出炉自然冷却到常温，以消除因焊接过渡段而产生的焊接残余应力，提高定位准确性，减少焊接变形，降低劳动强度，提高施工效率和质量，然后将带有过渡段的铸钢节点整体运送到现场之后，在安装现场将钢构件与过渡段组装就位连接；

步骤二：采用钢板叠合周边焊接穿孔的补强方式，翼缘或腹板开孔部位与补强板叠合穿孔，孔径一致，补强板仅周边与翼缘、腹板焊接，孔周边不再焊接，以减少制作难度和施工误差，补强板宽度及厚度根据等面积原则，即同一截面处补强板面积等于型钢开孔消弱的面积，按以下公式确定：

补强板板宽B：B＝nD+1.3(n-1)D+2×0.7D＝2.3nD+0.1D mm

补强板板厚t1：t₁＝(t×n×D)/(2b-2nD)mm

式中，n和D分别为穿孔数量和直径，t为钢板厚度；

在确定型钢和钢筋连接的方式后，综合运用了钢筋穿钢骨、钢筋绕过钢骨、钢筋与连接板焊接三种方式实现节点处大量钢筋的连接，钢筋排布的主要原则如下：

a、下方柱钢筋全部穿过或绕过钢骨翼缘板锚入节点；

b、在保证全部柱钢筋进入节点的前提下，梁钢筋合理均匀的穿过或绕过钢骨，在梁底钢筋需穿钢骨时，尽量扩大钢筋间距，对于绕过钢骨的钢筋采用在保证钢筋最小间距的前提下局部加密，间隔留出较大空隙以方便后续混凝土在梁底的流动；

c、上方斜柱外侧钢筋和梁侧腰筋采用钢筋连接板与节点进行焊接连接；

d、斜柱内侧钢筋在节点内进行锚固；

步骤三：根据节点分布位置及节点形式，结合塔吊起重能力，以节点主体单元为中心，不断腹板，加劲板分为两块在腹板两侧立焊的形式进行分段；

步骤四：遵循先主后次的顺序进行节点拼装，确保每个构件对接时都有稳定安全的底部支撑，构件对接完毕即刻校核，校核完毕后用临时连接板连接，多次复核确保精度无误后进行焊接工作，焊接顺序根据焊缝对称进行；

步骤五：

a、安装钢梁；

b、搭设脚手架；

c、搭设临时操作平台；

d、绑扎梁底钢筋；

e、绑扎梁面钢筋、腰筋及箍筋；

f、提升下操作平台与上平台组合成底模；

g、整体提升梁底模板至梁底完成面标高；

h、安装梁、板其余模板；

步骤六：在节点四周加宽的部位布置L型的箍筋，通过这种方法来保证并提高转换节点强度和刚度，从而满足“强节点，弱构件”的抗震设计原则；

步骤七：在正式浇筑前采用多种粗骨料试配不同扩散度的高性能的自密实混凝土，通过对比试配的不同混凝土流动性、黏聚性和保水性选择流动性好且不易分层和离析的混凝土配合比，同时为检验混凝土的实际工作性能及完成后的强度情况，在型钢混凝土节点实际浇筑前，选择节点底部空间狭小且钢筋密集的转换层节点，利用模板替代型钢制作1：1比例的节点模型进行混凝土浇筑试验，混凝土设计包括以下原则：

a、混凝土骨料不宜过大，一般不宜大于20mm；

b、掺入适宜的外加剂，使混凝土在较低的水胶比下获得适宜的黏度、良好流动性、良好的黏聚性和保塑性；

c、采用粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善混凝土的流动性；

d、混凝土具有超大流动性和具有很高的间隙通过能力，而且在该大流动性的情况下不泌水、不离析、不板结；

高性能超流态自密实混凝土配制技术要点：

a、混凝土配合比的计算步骤，大量试验及理论研究结果表明，1m³中的粗骨料用量的散体积在0.5-0.6m³范围内较为适宜，中砂0.42-0.44m³之间为适宜，胶凝材料总用量范围宜为450-550kg/m³，单位体积用水量宜小于200kg/m³；

b、原材料的优选：

水泥：选用质量稳定、流动性能好的P·O42.5级水泥；

砂：选用低碱活性的机制中砂，细度模数为2.5左右；

石料及级配：选用低碱活性的5-20mm合成级配机碎石；

矿物掺合料：选用I级粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善混凝土的流动性，粉煤灰掺量为20％，硅灰掺量为10％；

外加剂：新型聚羧酸外加剂有特殊的电荷排斥和空间阻隔作用，使混凝土扩展度及经时保持非常优良，和易性接近理想的状态，掺量为1.2％；

步骤八：按照初步计算步骤和范围，计算出初步配合比，通过坍落扩展度试验，L、U型仪试验进行检验，其强度及其各种性能都符合规范要求下，再根据现场构造的特点，进行1：1模拟灌注混凝土试验，检验其工作性能是否达到现场构件的灌注要求，分析存在的问题及时重新调配混凝土配合比，使其满足构件灌注要求，经过反复优化配比及现场浇筑模型试验，最终确定转换层节点的不同部位的混凝土配合比和主要参数：

柱头500mm内(混凝土强度C60)：粗骨料反向压碎粒径5-10mm，扩展度700细石自密实混凝土；

节点底部500mm内(混凝土强度C45)：粗骨料反向压碎粒径5-10mm，扩展度700细石自密实混凝土；

节点底部500mm以上：C45，粒径5-25mm，扩展度500-700自密实混凝土；

空腔二次补灌：C45，粒径5-10mm，扩展度800细石自密实混凝土。

本发明的技术效果和优点：1：本发明通过优化设计解决了型钢混凝土转换层穿孔补强、钢筋排布、绑扎等工序的施工难点，确定了模板支设的方法及顺序，形成了钢结构工程、钢筋工程、模板工程及混凝土工程的合理工艺流程，可以保证工程质量、缩短工期、节约资源、降低造价，具有较高的社会和环保效益；2：本发明简化了型钢混凝土节点穿孔补强的方式，优化了多向复杂节点部位钢筋、模板安装工艺及自密实混凝土配合比，施工速度快，能有效地保证工程质量及工期；3本发明受施工现场环境影响小，铸钢节点与过渡段焊接及热处理在工厂中进行，对施工现场作业要求低，过渡段与钢构件采用同种材质、坡面匹配，焊接难度低，施工质量好，铸钢节点与过渡段进行二次热处理，消除因焊接过渡段而产生的焊接残余应力，提高施工质量，降低了施工难度及高空作业工程量；4本发明简化了穿孔补强的方法，孔周边不需施焊，减少了焊接材料、机械及人工的投入，同时本发明优化了模板方案，施工平台兼做梁底模板使用，减少了周转材料的使用数量，模板使用量减少40％，木方使用量减少30％，并采用粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善自密实混凝土，替代了20％-30％的基准水泥用量，不仅改善了混凝土的性能，而且利用了工业废料、减少了水泥消耗。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法，具体包括以下步骤：

步骤一：根据施工图纸，通过设计模型应用计算机软件计算过渡段形状、尺寸，将复杂铸钢节点和钢结构现场安装模型可视化，设计过渡段形状及各项参数，然后在铸造厂将铸钢节点和过渡段定位并焊接为一体，检测合格后将焊接后的铸钢节点与过渡段一起进行二次热处理，即在热处炉内加热到820-850摄氏度后保温3-4小时，随炉冷却到300摄氏度后出炉自然冷却到常温，以消除因焊接过渡段而产生的焊接残余应力，提高定位准确性，减少焊接变形，降低劳动强度，提高施工效率和质量，然后将带有过渡段的铸钢节点整体运送到现场之后，在安装现场将钢构件与过渡段组装就位连接；

步骤二：采用钢板叠合周边焊接穿孔的补强方式，翼缘或腹板开孔部位与补强板叠合穿孔，孔径一致，补强板仅周边与翼缘、腹板焊接，孔周边不再焊接，以减少制作难度和施工误差，补强板宽度及厚度根据等面积原则，即同一截面处补强板面积等于型钢开孔消弱的面积，按以下公式确定：

补强板板宽B：B＝nD+1.3(n-1)D+2×0.7D＝2.3nD+0.1D mm

补强板板厚t1：t₁＝(t×n×D)/(2b-2nD)mm

式中，n和D分别为穿孔数量和直径，t为钢板厚度；

在确定型钢和钢筋连接的方式后，综合运用了钢筋穿钢骨、钢筋绕过钢骨、钢筋与连接板焊接三种方式实现节点处大量钢筋的连接，钢筋排布的主要原则如下：

a、下方柱钢筋全部穿过或绕过钢骨翼缘板锚入节点；

b、在保证全部柱钢筋进入节点的前提下，梁钢筋合理均匀的穿过或绕过钢骨，在梁底钢筋需穿钢骨时，尽量扩大钢筋间距，对于绕过钢骨的钢筋采用在保证钢筋最小间距的前提下局部加密，间隔留出较大空隙以方便后续混凝土在梁底的流动；

c、上方斜柱外侧钢筋和梁侧腰筋采用钢筋连接板与节点进行焊接连接；

d、斜柱内侧钢筋在节点内进行锚固；

步骤三：根据节点分布位置及节点形式，结合塔吊起重能力，以节点主体单元为中心，不断腹板，加劲板分为两块在腹板两侧立焊的形式进行分段；

步骤四：遵循先主后次的顺序进行节点拼装，确保每个构件对接时都有稳定安全的底部支撑，构件对接完毕即刻校核，校核完毕后用临时连接板连接，多次复核确保精度无误后进行焊接工作，焊接顺序根据焊缝对称进行；

步骤五：

a、安装钢梁；

b、搭设脚手架；

c、搭设临时操作平台；

d、绑扎梁底钢筋；

e、绑扎梁面钢筋、腰筋及箍筋；

f、提升下操作平台与上平台组合成底模；

g、整体提升梁底模板至梁底完成面标高；

h、安装梁、板其余模板；

步骤六：在节点四周加宽的部位布置L型的箍筋，通过这种方法来保证并提高转换节点强度和刚度，从而满足“强节点，弱构件”的抗震设计原则；

步骤七：在正式浇筑前采用多种粗骨料试配不同扩散度的高性能的自密实混凝土，通过对比试配的不同混凝土流动性、黏聚性和保水性选择流动性好且不易分层和离析的混凝土配合比，同时为检验混凝土的实际工作性能及完成后的强度情况，在型钢混凝土节点实际浇筑前，选择节点底部空间狭小且钢筋密集的转换层节点，利用模板替代型钢制作1：1比例的节点模型进行混凝土浇筑试验，混凝土设计包括以下原则：

a、混凝土骨料不宜过大，一般不宜大于20mm；

b、掺入适宜的外加剂，使混凝土在较低的水胶比下获得适宜的黏度、良好流动性、良好的黏聚性和保塑性；

c、采用粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善混凝土的流动性；

d、混凝土具有超大流动性和具有很高的间隙通过能力，而且在该大流动性的情况下不泌水、不离析、不板结；

高性能超流态自密实混凝土配制技术要点：

a、混凝土配合比的计算步骤，大量试验及理论研究结果表明，1m³中的粗骨料用量的散体积在0.5-0.6m³范围内较为适宜，中砂0.42-0.44m³之间为适宜，胶凝材料总用量范围宜为450-550kg/m³，单位体积用水量宜小于200kg/m³；

b、原材料的优选：

水泥：选用质量稳定、流动性能好的P·O42.5级水泥；

砂：选用低碱活性的机制中砂，细度模数为2.5左右；

石料及级配：选用低碱活性的5-20mm合成级配机碎石；

矿物掺合料：选用I级粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善混凝土的流动性，粉煤灰掺量为20％，硅灰掺量为10％；

外加剂：新型聚羧酸外加剂有特殊的电荷排斥和空间阻隔作用，使混凝土扩展度及经时保持非常优良，和易性接近理想的状态，掺量为1.2％；

步骤八：按照初步计算步骤和范围，计算出初步配合比，通过坍落扩展度试验，L、U型仪试验进行检验，其强度及其各种性能都符合规范要求下，再根据现场构造的特点，进行1：1模拟灌注混凝土试验，检验其工作性能是否达到现场构件的灌注要求，分析存在的问题及时重新调配混凝土配合比，使其满足构件灌注要求，经过反复优化配比及现场浇筑模型试验，最终确定转换层节点的不同部位的混凝土配合比和主要参数：

柱头500mm内(混凝土强度C60)：粗骨料反向压碎粒径5-10mm，扩展度700细石自密实混凝土；

节点底部500mm内(混凝土强度C45)：粗骨料反向压碎粒径5-10mm，扩展度700细石自密实混凝土；

节点底部500mm以上：C45，粒径5-25mm，扩展度500-700自密实混凝土；

空腔二次补灌：C45，粒径5-10mm，扩展度800细石自密实混凝土。

由上述实施例可得：本发明通过优化设计解决了型钢混凝土转换层穿孔补强、钢筋排布、绑扎等工序的施工难点，确定了模板支设的方法及顺序，形成了钢结构工程、钢筋工程、模板工程及混凝土工程的合理工艺流程，可以保证工程质量、缩短工期、节约资源、降低造价，具有较高的社会和环保效益；本发明简化了型钢混凝土节点穿孔补强的方式，优化了多向复杂节点部位钢筋、模板安装工艺及自密实混凝土配合比，施工速度快，能有效地保证工程质量及工期；本发明受施工现场环境影响小，铸钢节点与过渡段焊接及热处理在工厂中进行，对施工现场作业要求低，过渡段与钢构件采用同种材质、坡面匹配，焊接难度低，施工质量好，铸钢节点与过渡段进行二次热处理，消除因焊接过渡段而产生的焊接残余应力，提高施工质量，降低了施工难度及高空作业工程量；本发明简化了穿孔补强的方法，孔周边不需施焊，减少了焊接材料、机械及人工的投入，同时本发明优化了模板方案，施工平台兼做梁底模板使用，减少了周转材料的使用数量，模板使用量减少40％，木方使用量减少30％，并采用粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善自密实混凝土，替代了20％-30％的基准水泥用量，不仅改善了混凝土的性能，而且利用了工业废料、减少了水泥消耗。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多向超大型钢混凝土转换层节点施工工法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：根据施工图纸，通过设计模型应用计算机软件计算过渡段形状、尺寸，将复杂铸钢节点和钢结构现场安装模型可视化，设计过渡段形状及各项参数，然后在铸造厂将铸钢节点和过渡段定位并焊接为一体，检测合格后将焊接后的铸钢节点与过渡段一起进行二次热处理，即在热处炉内加热到820-850摄氏度后保温3-4小时，随炉冷却到300摄氏度后出炉自然冷却到常温，以消除因焊接过渡段而产生的焊接残余应力，提高定位准确性，减少焊接变形，降低劳动强度，提高施工效率和质量，然后将带有过渡段的铸钢节点整体运送到现场之后，在安装现场将钢构件与过渡段组装就位连接；

步骤二：采用钢板叠合周边焊接穿孔的补强方式，翼缘或腹板开孔部位与补强板叠合穿孔，孔径一致，补强板仅周边与翼缘、腹板焊接，孔周边不再焊接，以减少制作难度和施工误差，补强板宽度及厚度根据等面积原则，即同一截面处补强板面积等于型钢开孔消弱的面积，按以下公式确定：

补强板板宽B：B＝nD+1.3(n-1)D+2×0.7D＝2.3nD+0.1D mm

补强板板厚t1：t₁＝(t×n×D)/(2b-2nD)mm

式中，n和D分别为穿孔数量和直径，t为钢板厚度；

在确定型钢和钢筋连接的方式后，综合运用了钢筋穿钢骨、钢筋绕过钢骨、钢筋与连接板焊接三种方式实现节点处大量钢筋的连接，钢筋排布的主要原则如下：

a、下方柱钢筋全部穿过或绕过钢骨翼缘板锚入节点；

b、在保证全部柱钢筋进入节点的前提下，梁钢筋合理均匀的穿过或绕过钢骨，在梁底钢筋需穿钢骨时，尽量扩大钢筋间距，对于绕过钢骨的钢筋采用在保证钢筋最小间距的前提下局部加密，间隔留出较大空隙以方便后续混凝土在梁底的流动；

c、上方斜柱外侧钢筋和梁侧腰筋采用钢筋连接板与节点进行焊接连接；

d、斜柱内侧钢筋在节点内进行锚固；

步骤三：根据节点分布位置及节点形式，结合塔吊起重能力，以节点主体单元为中心，不断腹板，加劲板分为两块在腹板两侧立焊的形式进行分段；

步骤四：遵循先主后次的顺序进行节点拼装，确保每个构件对接时都有稳定安全的底部支撑，构件对接完毕即刻校核，校核完毕后用临时连接板连接，多次复核确保精度无误后进行焊接工作，焊接顺序根据焊缝对称进行；

步骤五：

a、安装钢梁；

b、搭设脚手架；

c、搭设临时操作平台；

d、绑扎梁底钢筋；

e、绑扎梁面钢筋、腰筋及箍筋；

f、提升下操作平台与上平台组合成底模；

g、整体提升梁底模板至梁底完成面标高；

h、安装梁、板其余模板；

步骤六：在节点四周加宽的部位布置L型的箍筋，通过这种方法来保证并提高转换节点强度和刚度，从而满足“强节点，弱构件”的抗震设计原则；

步骤七：在正式浇筑前采用多种粗骨料试配不同扩散度的高性能的自密实混凝土，通过对比试配的不同混凝土流动性、黏聚性和保水性选择流动性好且不易分层和离析的混凝土配合比，同时为检验混凝土的实际工作性能及完成后的强度情况，在型钢混凝土节点实际浇筑前，选择节点底部空间狭小且钢筋密集的转换层节点，利用模板替代型钢制作1：1比例的节点模型进行混凝土浇筑试验，混凝土设计包括以下原则：

a、混凝土骨料不宜过大，一般不宜大于20mm；

b、掺入适宜的外加剂，使混凝土在较低的水胶比下获得适宜的黏度、良好流动性、良好的黏聚性和保塑性；

c、采用粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善混凝土的流动性；

d、混凝土具有超大流动性和具有很高的间隙通过能力，而且在该大流动性的情况下不泌水、不离析、不板结；

高性能超流态自密实混凝土配制技术要点：

a、混凝土配合比的计算步骤，大量试验及理论研究结果表明，1m³中的粗骨料用量的散体积在0.5-0.6m³范围内较为适宜，中砂0.42-0.44m³之间为适宜，胶凝材料总用量范围宜为450-550kg/m³，单位体积用水量宜小于200kg/m³；

b、原材料的优选：

水泥：选用质量稳定、流动性能好的P·O42.5级水泥；

砂：选用低碱活性的机制中砂，细度模数为2.5左右；

石料及级配：选用低碱活性的5-20mm合成级配机碎石；

矿物掺合料：选用I级粉煤灰和硅灰按一定比例复合，利用“双掺”的叠加效应改善混凝土的流动性，粉煤灰掺量为20％，硅灰掺量为10％；

外加剂：新型聚羧酸外加剂有特殊的电荷排斥和空间阻隔作用，使混凝土扩展度及经时保持非常优良，和易性接近理想的状态，掺量为1.2％；

步骤八：按照初步计算步骤和范围，计算出初步配合比，通过坍落扩展度试验，L、U型仪试验进行检验，其强度及其各种性能都符合规范要求下，再根据现场构造的特点，进行1：1模拟灌注混凝土试验，检验其工作性能是否达到现场构件的灌注要求，分析存在的问题及时重新调配混凝土配合比，使其满足构件灌注要求，经过反复优化配比及现场浇筑模型试验，最终确定转换层节点的不同部位的混凝土配合比和主要参数：

柱头500mm内(混凝土强度C60)：粗骨料反向压碎粒径5-10mm，扩展度700细石自密实混凝土；

节点底部500mm内(混凝土强度C45)：粗骨料反向压碎粒径5-10mm，扩展度700细石自密实混凝土；

节点底部500mm以上：C45，粒径5-25mm，扩展度500-700自密实混凝土；

空腔二次补灌：C45，粒径5-10mm，扩展度800细石自密实混凝土。