光启科学中心项目位于珠江三角洲南部广东省东莞市, 建筑面积约为53 000m², 地下1层, 地上5层, 最大建筑高度26.8m, 地上部分由1个圆环形主体及3个外挑圆形裙塔结构组成, 结构内圆半径为32.9m, 外圆半径为55.5~58.95m, 外圆边线逐层往外扩大, 整体建筑造型呈环形飞碟状, 如图1, 2所示。

项目地下室为钢筋混凝土框架结构, 地上为钢框架结构, 地上3个外挑圆形裙塔标高13.350m以下为钢管网架结构, 13.350m以上为圆形钢框架结构。主体结构主要由圆钢管柱、H型钢梁组成, 主要钢材材质为Q345B, 钢管柱主要尺寸为700mm×30mm, 600mm×30mm, 500mm×30mm (外径×壁厚) , 钢管柱地下室段外包150mm厚C35自密实混凝土, 钢管柱外包混凝土后直径分别为1 000, 900, 800mm。

1) 梁柱节点处梁钢筋数目多, 钢筋直径大, 节点处钢筋密集, 钢筋排列困难。

2) 环梁钢筋与框架梁钢筋相交, 钢筋排数多, 环梁钢筋与框架梁钢筋需考虑上下错层, 钢筋排列难度大, 环梁钢筋直径大且为弧形, 其钢筋加工制作绑扎难度大。

3) 部分钢管柱4个方向均存在框架梁, 且梁截面尺寸或钢筋直径、数量不一致, 每条梁每排钢筋均需上下左右错开, 造成钢管柱穿孔数量多且密集, 节点深化以及钢筋施工难度大。

4) 地下室存在大量弧形梁, 钢筋需加工成弧形后穿过钢管柱两端, 钢筋加工以及施工难度大。

5) 框架梁主筋位置同钢管柱开孔位置一致, 框架梁箍筋在加工时需保证其尺寸与主筋位置相匹配, 深化难度大, 施工精度要求高, 施工难度大。

6) 梁钢筋排列时需考虑钢管柱剪力销、环板、加强板的影响, 钢筋排列复杂, 部分梁纵筋锚固长度不够, 需采取机械锚固、焊接搭筋板或穿孔塞焊。

7) 墙筋碰到钢管柱时, 若长度满足弯锚要求可直接弯锚, 无法满足弯锚长度时需在钢管柱位置开孔将墙筋穿过钢管柱, 地下室人防墙、人防门框处钢筋密集, 节点深化以及钢筋施工难度大。

8) 钢管柱部分纵筋与环梁环板、剪力销位置冲突, 钢管柱需弯折后贴焊, 操作空间狭小, 焊接体量大, 钢管柱纵筋施工难度大。

在深化工作进行前, 首先需要熟悉土建、钢结构图纸以及相关规范要求, 领会设计意图, 根据设计图纸提炼出需深化节点类型, 光启科学中心项目根据设计图纸, 共归纳总结出钢柱柱底板、梁柱交接、梁墙交接、梁与环梁交接、其余特殊节点共5大类需深化节点。

针对不同的钢结构与土建节点, 根据设计图纸以及施工经验分别进行深化设计, 钢结构与土建交接处通常做法有钢结构焊接搭筋板、钢结构穿孔 (包括圆孔、长条孔、方形孔) 、钢结构焊接拉筋板、钢结构焊接套筒、钢筋并筋、钢筋弯锚、钢筋贴焊、钢筋穿孔塞焊、钢筋机械锚固、钢筋节点外搭接、钢筋代换等, 针对本项目实际情况, 在同设计院沟通后确定本项目采取的具体节点做法。

1) 图中均表示在钢管柱上开孔, 未注明椭圆形洞口半径同相邻圆形洞口。

2) 图中表示在钢管柱对侧需开同样大小洞口, 在对侧剖面图上将不再另行表示此洞口。

3) 图中未注明定位、大小的尺寸均与已有尺寸平齐或者一致。

4) 本项目深化图纸采用蓝色线条表示梁边线, 红色线条表示柱边线, 黄色线条表示墙边线, 青色线条表示板边线, 洋红色线条表示开孔线, 并各自设置独立图层, 以便查看与修改。

5) 当每排钢筋数量较多开孔无法排下时, 在保证箍筋肢数及钢筋总数的前提下, 可适当调整每排钢筋数量。

6) 钢筋下料加工前, 需仔细核对每个节点图, 根据节点图确认箍筋尺寸大小、主筋排列形式等。

1) 根据地下室墙柱图、梁板配筋图等设计图纸对需要进行深化的钢管柱进行编号, 分别编号为Z1, Z2, Z3, Z4, Z5等, 本项目共需深化钢管柱135根。

2) 根据需深化节点数量对每根钢管柱4个剖面进行编号, 分别编号为1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4等, 编号前边数字表示钢管柱编号, 本项目共深化节点大样图320个。

3) 钢管柱编号尽量从一个方向往另一个方向, 连续编号, 以保证每个深化节点图之间互相对应。

4) 在深化图对应的图层中按照钢管柱、梁 (地下室外墙、剪力墙、门框墙、门框梁) 绘制顺序, 绘制钢管柱与梁交接深化节点剖面图和墙、钢管柱与墙交接深化节点剖面图。

5) 在深化节点剖面图中注明构件编号、尺寸、标高、配筋情况等。

6) 根据梁宽度调整各排钢筋数量, 根据主筋、腰筋、抗扭钢筋、支座负筋数量、直径以及保护层厚度等在节点深化剖面图中绘制开孔图, 并标明孔定位、尺寸等。

7) 根据地下室外墙、剪力墙、门框墙、门框梁配筋数量、直径以及保护层厚度等在节点深化剖面中对应绘制开孔图, 并标明定位、尺寸等。

8) 根据钢结构设计图纸, 对剪力销、环板等特殊节点位置进行碰撞检查, 合理调整孔位和孔径。

9) 针对相邻钢管柱、梁、墙的深化节点剖面图进行检查, 核对是否一致, 对冲突位置进行调整。

根据原设计图纸, 钢管柱底板直径同钢管柱外包混凝土后柱子直径, 外包混凝土位置柱纵筋将被柱底板挡住, 柱纵筋无法施工, 如图3a, 4a所示。在不影响柱脚锚栓定位的情况下, 将柱底板进行深化, 深化节点如图3b, 4b所示, 深化节点既保证了柱底板对钢管柱安装的固定定位作用, 同时有效地解决了柱底板与钢筋冲突问题, 很大程度减轻了现场的施工难度, 对现场施工有利。

地下室顶板钢筋混凝土梁与圆钢管柱交接位置, 梁主筋、支座负筋、腰筋被钢管柱挡住, 按照常规施工方法钢筋拉通或者锚固均无法施工。对于此种情况, 采取在钢管柱开孔后让钢筋穿过的处理方法, 深化节点如图5所示, 提前同设计单位沟通, 优化设计图纸, 尽量让钢管柱两端梁截面同尺寸、同配筋, 减少钢管柱开孔数量、开孔后钢筋施工难度和开孔对钢管柱的削弱作用。当钢筋排数较多时, 可适当调整每排钢筋数量或在钢管柱上开设长条形孔, 确保钢筋可以全部穿孔通过。

根据以往施工经验以及设计图纸情况, 钢管柱开孔大小及定位如图6, 7所示, 梁主筋、支座负筋开设圆孔直径尺寸为钢筋直径D+6mm, 梁主筋、支座负筋开设长条形孔直径尺寸为钢筋直径2D+22mm, 孔口中心距离梁或柱边为40mm, 上、下层孔口之间净距离为15mm。当钢管柱周围存在不同方向的多道梁时, 钢管柱开孔需按照错位排列原则布置各道梁钢筋, 保证不同方向孔口上下净间距为15mm, 同时箍筋的下料加工尺寸需根据钢管柱孔位确定。

部分梁与钢管柱交接位置若进行开孔对钢管柱削弱较大, 钢管柱无法进行开孔处理, 经深化设计, 采取梁筋搭接焊接的施工方法, 如图8所示, 在钢管柱侧面焊接钢板搭筋板, 梁钢筋焊接于搭筋板之上, 双面焊焊接长度为5d (d为钢筋直径) , 搭筋板尺寸为300mm×600mm×20mm (长×宽×高, 其中长、宽尺寸需根据梁宽、梁的配筋情况进行适当调整) 。

部分梁柱交接位置梁下部纵筋较密, 且钢管柱两侧梁钢筋直径不一致, 导致钢管柱需开孔数量过多, 部分梁钢筋无法穿孔通过, 经深化设计后采取梁下部纵筋在节点外搭接做法, 如图9所示, 相邻跨钢筋直径不同时, 直径较大的跨梁钢筋穿过节点区后与另外一跨梁钢筋搭接, 搭接位置位于梁钢筋直径较小一跨, 同时搭接区域须避开梁柱节点区。

部分梁柱交接位置, 由于梁钢筋直径较大, 钢筋锚固长度较长, 无法采取钢管柱穿孔或者其他施工方法, 经深化设计, 采取钢管柱两侧开孔后在对侧穿孔塞焊的施工方法, 如图10所示, 钢管柱在钢结构加工厂提前开好V形坡口, 将梁钢筋伸入钢管柱后进行穿孔塞焊。

地下室顶板大梁部位配筋密集, 钢筋穿孔或搭接焊接等方法均无法施工, 经与设计单位协商, 在大梁部位增设环梁 (类似为柱帽) , 同时梁钢筋采取直锚或者弯锚时均无法满足锚固要求, 经深化设计, 梁筋采取机械锚固做法锚入环梁内, 锚固长度为0.6L_ae, 如图11, 12所示。环梁顶标高高出梁顶标高100mm, 此100mm高度范围内摆放环梁面筋, 环梁底面标高低于梁底标高150mm, 此150mm高度范围内摆放环梁底筋, 同时钢管柱纵筋弯折于此150mm高度范围内, 从而使梁、环梁、柱钢筋分层错开无交叉, 大大减小了现场施工难度。

地下室剪力墙与钢管柱相交, 剪力墙水平筋被钢管柱挡住, 钢筋无法施工, 经深化设计, 采取墙水平筋在钢管柱内弯锚做法, 如图13所示。本项目剪力墙水平钢筋最大直径为14mm, 地下室抗震等级为三级, 按照规范要求, 墙水平筋锚固长度为35d (d为钢筋直径) , 即最大锚固长度为490mm, 经过放样, 墙水平筋实际可弯入柱内最大长度可达500mm, 大于墙最大直径水平筋的锚固长度要求, 墙水平筋弯锚做法可行。

在人防墙与钢管柱交接位置, 人防墙水平筋直径较大, 无法采取弯锚做法, 经深化设计, 采取在钢管柱位置开孔后将墙水平筋拉通的施工方法, 如图14, 15所示, 在钢管柱两侧开孔后墙水平筋直接拉通。墙水平筋开孔直径尺寸为d+4mm, 孔口中心距离墙边或钢管柱边为40mm, 上、下排孔口之间距离根据设计图纸确定。由于钢管柱柱底板位于墙底标高以上80mm位置, 故墙筋底部第1排孔深化设计距离墙底为130mm, 墙顶最上排孔位于地下室顶板梁底。

按照设计图纸, 在梁与钢管柱交接位置设有剪力销, 柱纵筋被剪力销挡住无法施工, 经深化设计, 采取柱纵筋伸至剪力销底部弯折后与剪力销贴焊的施工方法, 如图16所示, 柱纵筋弯折平直段长度≥12d, 钢筋采用双面贴焊, 焊接长度应≥5d, 其中d为柱纵筋直径。

本项目通过提前对土建与钢结构连接钢筋节点进行深化设计, 共深化设计135根钢管柱, 深化出320个深化节点大样图, 根据不同节点情况采取不同深化做法, 采用了钢结构焊接搭筋板、钢结构穿孔、钢筋弯锚、钢筋贴焊、钢筋穿孔塞焊、钢筋机械锚固、钢筋节点外搭接多种深化设计做法, 提前做好施工工艺、技术准备, 对施工现场管理人员、工人提前做好深化图纸的技术交底工作, 降低了施工难度, 减少了施工成本, 在保证工程施工质量的同时加快了施工进度, 节约工期。