沈佳星：高层钢结构钢骨混凝土地下室结构体系 高层钢结构钢骨混凝土地下室结构体系 沈佳星 （宝钢工程技术集团宝钢建筑系统集成有限公司，上海２０１９００） 摘 要：目前很多高层钢结构的地下室采用钢骨混凝土柱和钢筋混凝土梁的结构体系，由于地下室通常都存在钢 筋混凝土梁板、剪力墙、地下室外墙，这些混凝土构件与钢骨混凝土柱的连接做法往往较为复杂，尤其是混凝土梁 纵向钢筋在梁柱节点处的锚固、钢骨柱的垂直度控制等问题。对这种结构体系的各类节点的受力特点和构造进行 深入分析并不断改进，通过在钢骨柱侧面设置牛腿以及在地下室顸板处设置拉结钢梁分别解决了混凝土梁纵向钢 筋的锚固问题和钢骨柱的垂直度问题。 关键词：钢骨混凝土柱；梁柱节点；地下室 ～一～一一～～一． 一～～．一～一 ～一～一 ＤＯＩ：１０．１３２０６／ｊ．西ｇ２０１６０４０１３ ＣｏＭＢＩＮＥＤ ＳＴＥＥＬ．ＣｏＮＣＲＥＴＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＢＡＳＥＭＥＮＴ ｏＦ ＨＩＧＨ．ＲＩＳＥ ＳＴＥＥＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ Ｓｈｅｎ Ｊｉａｘｉｎｇ （Ｂａｏｓｔｅｅ］Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ，Ｂａｏｓｔｅｅｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｃｏ ～～一一～一一一～一～一～～一～ ～一一一一～ 一 １ 概述 个组成部分，其实质是钢骨混凝土柱，柱子内的型钢 目前国内很多钢结构高层建筑中，上部结构的 截面一般为箱形截面或者十字形截面（图１），框架 框架柱采用箱形柱的情况比较常见，为了保证竖向 梁为现浇钢筋混凝土框架梁。由于地下室框架柱内 受力构件的连续性，一般将上部结构的框架柱一直 含有型钢骨，框架梁内的上、下部纵向钢筋由于钢骨 向下延伸至地下室底板，并且在地下室钢柱外侧包 的阻挡无法穿越框架柱，所以为了解决梁纵向钢筋 覆钢筋混凝土保护层以形成劲性柱，地下室顶板及 的锚固问题，需要在柱子内的型钢骨上设置供纵向 楼面通常采用传统的钢筋？昆凝土梁板体系，而钢筋 钢筋锚固的连接构件。由中国建筑标准设计研究院 混凝土框架梁与劲性柱的连接节点通常是实际施工 编制的０４ＳＧ５１９《多高层民用建筑钢结构节点构造 中较难处理的部位，笔者通过近年来参与的几个高 详图５５中提供了钢筋混凝土梁与钢骨混凝土柱的连 层钢结构公共建筑项目，对此类地下室的梁柱节点、 接构造（图２），此节点中型钢柱为十字形截面，位于 柱脚节点、剪力墙与钢骨混凝土柱连接节点及现场 十字柱翼缘宽度内的梁纵向钢筋直接焊接在钢骨的 施工的若干注意问题进行简要介绍。 牛腿上，牛腿截面为Ｈ型钢，其上翼缘的顶面和下 翼缘的顶面分别供梁上、下部钢筋进行焊接锚固；在 ２地下室梁柱连接节点构造 钢骨柱翼缘宽度以外的梁纵向钢筋，则可以穿越钢 设置有地下室的多高层钢结构建筑一般采用传 骨柱的十字腹板而贯通，钢骨柱的十字腹板上需预 统的现浇钢筋混凝土梁柱结构体系，区别只是在上 部结构投影范围内的地下室框架柱内还有从上部结 作者：沈佳星，男，１９８１年出生，工程师。 Ｅｍａｉｌ：ｓｈｅｎｊｉａｘｉｎｇ＠ｂａｏｓｔｅｅ１．ｅｏｍ 构延伸下来的钢框架柱作为地下室框架柱截面的一 收稿日期：２０１５—１０—０８ ４７ 工程设计 ｂ一箱形钢骨。 混凝土柱 图３ 枉节点的改进做法 间上的干涉问题基本得到解决。 钢骨柱上设置钢牛腿的做法基本上解决了钢筋 混凝土梁纵向钢筋的锚固问题，但当混凝土梁的上 部或下部钢筋为双排钢筋时，这种做法又出现了新 的问题，即双排钢筋的锚固问题。在宝钢综合大楼 Ａ—Ａ（柱中的纵筋和箍筋未示出） 项目中，双排钢筋要同时分别焊接在牛腿的上下翼 缘各自的两个表面，第二排钢筋需要在现场进行仰 焊作业。实际操作时需要在支模时将框架梁的两端 留出一段，此部分的底模和侧面模板先不安装，以留 出实施仰焊的操作面，待需要进行仰焊作业的钢筋 １一从梁端至钢牛腿端部以外２倍梁高范围内， 应按钢筋混凝土梁端箍筋加密区的要求配置箍筋。 注：ｚ 和ｚ 均为钢筋的锚固长度。 图２钢筋混凝土粱与钢骨混凝土柱的连接构造 先在工厂制作时开设穿筋孑Ｌ。 笔者在设计东北某项目时采用了这种节点构 焊接完毕后再将此部位的底模和侧模安装好。这种 做法需要特别注意现场的仰焊质量，并且框架梁的 支模会受到焊接工作的少许影响。 为了进一步解决双排钢筋的连接问题，宝钢 建筑系统集成有限公司在某广州项目中采取了如 下的改进做法，即在牛腿上翼缘的下表面预先焊 接一段与纵向钢筋相同直径的短钢筋，短钢筋在 造，但是该节点在钢骨内设置的牛腿腹板和翼缘分 别干扰了框架柱核心区箍筋和柱纵向钢筋的排列布 置。由于牛腿腹板的存在，框架柱核心区的箍筋难 以贯通，由于核心区的箍筋对于节点的延性起着至 关重要的作用，而现场在牛腿腹板上开设穿筋孔又 存在施工比较粗糙的问题，所以不得不采用把核心 区箍筋分成４片，每片箍筋呈Ｌ形，端部分别弯折 １５ｄ焊接在牛腿腹板的做法，这种做法在一定程度 远离钢骨的一段车螺纹，然后在现场用钢筋套管 与纵向钢筋的中间段连接；下部钢筋中的第一排 由于在实际受力中基本不受拉力，采用端部向上 弯折１５ｄ贴焊在钢骨柱表面的做法，而第二排钢 筋则仍旧采用直接焊接在下翼缘上表面的做法 （图４）。上文提到的短钢筋在进行工厂钢结构制 上增加了施工单位额外的现场焊接工作，也不利于 施工质量的控制。而牛腿的翼缘则一定程度上影响 到柱纵向钢筋的排布，钢筋只能尽量布置在钢牛腿 的两侧，柱内的纵向钢筋根数越多，则排布越受 限制。 在此项目后，笔者在宝钢综合大楼项目中针对 此节点进行了相应的改进（图３），为了保证框架柱 核心区箍筋可以贯通，牛腿的腹板并不延伸到翼缘 作时就预先焊接在钢牛腿上，这样可避免现场出 现仰焊工作，框架梁的支模工作也不再受影响，简 化了现场施工工序。 ３钢骨柱柱脚构造 的端头，而是向后退５５ ｍｍ，特意为箍筋留出穿越的 空间，这样就有效解决了核心区箍筋受牛腿腹板阻 挡而无法贯通的问题；在牛腿的上、下翼缘的端头挖 钢骨柱的柱脚构造与外包式柱脚的构造相类 似，需要特别注意的是，钢骨柱的柱脚底板尺寸要与 地下室柱的截面尺寸相匹配，也就是说柱脚底板的 大小要考虑到框架柱的纵向钢筋和箍筋的配置， 出半圆形的凹槽，供柱子的纵向钢筋穿过。经过以 上两点的改进，框架柱纵向钢筋和箍筋与牛腿在空 ４８ 因为框架柱的纵向钢筋一般采用插筋的形式预留 钢结构 ２０１６年第４期第３１卷总第２０８期 沈佳星：高层钢结构钢骨混凝土地下室结构体系 １一连接点；２一箱形５００ ｒｎｍ×３００ ｍｍ×２０ ｍｍ。 图５ 内藏钢支撑立面布置 １一钢筋预留机械连接接头螺纹，施工前包覆保护膜； ２～横向加劲肋下部加劲肋间距小于１５０ ｍｍ，此横向加劲肋取消。 ： 图４广钢大厦钢筋混凝土梁与钢骨混凝土柱的连接构造 ： 在地下室底板上，在进行钢柱安装之前，底板上已 经预留好框架柱的插筋，如果插筋与钢柱底板没 有留出足够的空隙，则会影响到钢柱的安装，使钢 １■ｒ ： 图６地下室外墙水平钢筋在框架柱内的弯折锚固做法 骨柱无法落人由插筋围成的“钢筋笼”内，所以柱 脚底板的大小应取值合适，柱脚锚栓的孔中心不 宜离开钢骨柱外边缘过远。一般钢骨混凝土柱的 外围混凝土部分的厚度为２００ ｍｍ，柱脚底板的外 伸宽度不宜超过１４０ ｍｍ。 ４地下室剪力墙、地下室外墙与钢骨混凝土柱的连 接构造 图７ 地下室外墙内侧钢筋绕过钢骨的做法 楼层及地下室顶板处通常设有暗梁，地下室柱内的 钢骨也要在以上两处位置设置供焊接暗梁纵向钢筋 用的钢牛腿。 ５框架柱截面转换节点及地下室顶板做法 当多高层钢结构的上部结构采用框架一支撑体 系时，在柱间支撑所在位置相应的地下室内设置剪 力墙，这样抗侧力构件可一直向下延续至基础底板。 由于地下室框架柱为钢骨混凝土柱，剪力墙的水平 当上部钢框架柱采用箱形截面时，其在地下 室的延伸部分可转换为十字形截面，因为地下室 钢筋可以进入框架柱内锚固（图５），水平钢筋在锚 固时通常采用将端部水平弯折，弯折段直接与框架 柱内的钢骨贴紧，弯折段与钢骨接触的部分采用焊 接连接。在笔者设计的宝钢综合大楼项目中，地下 室剪力墙则采用了内藏钢支撑剪力墙的做法，即在 钢筋混凝土剪力墙中内藏了人字形Ｈ型钢支撑（图 ５），由于钢支撑内含在钢筋混凝土剪力墙中，其长 细比不必按照压杆进行控制。 地下室外墙的外边缘通常与地下室柱的外皮平 框架柱由混凝土和钢骨共同受力，在计算上钢骨 部分没有必要取与上部结构相同的截面，故从节 省钢材的角度可以将箱形柱转换为十字形截面， 转换节点的位置可设置在距离地下室顶板以下约 １．５ ｍ的位置，十字形腹板深入箱形截面的长度需 大于地下室顶板的框架梁梁高加２００ ｍｍ的距离， 十字腹板深入箱形柱的部分需采用专用的长臂焊 接设备深入箱形柱内部焊接，当钢结构制作单位 无此专用焊接设备时，也可以采用在箱形柱壁板 上开槽，十字腹板略微外伸后插入槽内后焊接的 做法。 齐，外墙外侧的水平钢筋可直接贯通，内侧的水平钢 筋可有两种做法：一种是钢筋在钢骨处断开，断开处 钢筋水平弯折后与钢骨表面焊接（图６）；另一种是 地下室外墙在靠近柱子的位置做一小段水平加腋， 使地下室外墙的内侧水平钢筋可以绕过钢骨而连续 （图７）。另外需要指出的是，地下室外墙在地下室 很多地下室楼面和顶板采用的是传统的钢筋混 凝土梁板体系，由于没有钢梁的存在，在进行地下室 （下转第６９页） ４９ 王晨光，等：北京通州北运河桥弯扭拱肋制作技术 正箱形横梁牛腿组焊件与拱肋对接）（图１１ｄ）。 ５拱肋节段预拼装 准面，通过立体放样计算拱肋节段的控制点空间坐 标，量测实际的拱肋节段相应控制点几何参数，与理 论坐标比较，进行调整，可适当加以火焰修整，保证 拱肋的架设安装角度。修整检验合格后，按立体放 样中腹板上各主要控制点间的弦弧长尺寸（图１２） 划线切割箱体配切端及工地坡口，确保杆件长度及 由于主拱肋受运输和工地吊装等外部因素的制 约，主拱肋在制作时分成２～５个节段。主拱肋的各 个节段在工厂内进行预拼装，将各个节段置于设置 好空间线形的胎架上，以节段基准端为坐标系统基 空间扭曲角度的精准。 拱肋腹板基准端 １０ ９５８（拱肋项板外弧长度） 墨 １０ ５５５（拱肋底板下边弦长 图ｌ２腹板配切示意 参考文献 ６ 结束语 ［１］Ｑ／ＣＲ ９２１１—２０１５铁路钢桥制造规范［Ｓ］． ［２］ 胡广瑞．大型公路钢箱梁整体拼装制造线形和尺寸的控制 北京通州北运河桥主拱肋结构复杂、焊接量大、 ［Ｊ］．钢结构，２００６，２０（５）：７４—７５． 焊接空间狭小，通过采取以上的工艺制作方案可保 ［３］ 邵天吉．深圳湾大桥平曲线钢箱梁制作技术［Ｊ］．钢结构， 证拱肋外形尺寸和空间扭曲角度的准确，且可提高 ２００８，２２（４）：５２—５６． ［４］ 杨永强，刘春风，魏云祥．小拼装场地下大型箱梁拼装与架 焊缝质量。本文介绍了弯扭箱形拱肋中单元件制作 设技术［Ｊ］．钢结构，２０１３，２７（６）：７３—７６． 的工艺要点、制作难点及整体组焊技术工艺控制。 ［５］ 黄鑫，钱叶祥．重庆朝天门长江大桥钢拱肋制造精度控制 该桥的顺利架设，说明该方案是合理可行的，可 ［Ｊ］．钢结构，２００９，２３（９）：６０—６３． ［６］ 聂敦远．钢管拱肋安装及空间定位控制［Ｊ］．工业技术，２０ｌ１ 为同类拱肋结构提供参考和借鉴。 （１３）：９７—９８． （上接第４９页） 楼面的浇筑时，如不采取有效措施，钢柱会在浇筑楼 凝土梁、剪力墙、地下室侧墙、钢骨混凝土柱等构件， 板时因混凝土自重产生的侧推力作用而产生倾斜， 各个构件之间的连接方式较为复杂，在进行连接节 而地下室钢柱的倾斜将严重影响到上部钢结构框架 点的设计时不但要考虑节点在受力上的可靠性，也 柱的安装，地下室钢柱的纠偏以及加固是一件相当 要顾及节点在现场施工时的实用性和便捷性，笔者 繁琐的工作。为了避免出现此类问题，可以在地下 通过实际项目的设计，也在不断探求更加可靠、施工 室顶板的位置设置用于钢骨混凝土柱内的钢骨之间 更为方便的节点构造形式。 拉结的钢梁，钢梁可以永久地浇筑在钢筋混凝土框 架梁内而不必拆除，钢梁的截面仅需要满足压杆的 参考文献 长细比要求，可不参与结构受力，这样地下室柱在施 ［１］ＪＧＪ ９９—９８高层民用钢结构技术规程［Ｓ］． 工时的倾斜度问题就得到了很好的解决。 ［２］０４ＳＧ５１９多高层民用建筑钢结构节点构造详图［Ｓ］． ［３］ ＪＧＪ １３８－－２００１ 型钢混凝土组合结构技术规程［Ｓ］． ［４］０４ＳＧ５２３型钢混凝土组合结构构造［Ｓ］． ６结束语 ［５］ 《钢结构设计手册》编辑委员会．钢结构设计手册（下册） 多高层钢结构建筑地下室由于同时存在钢筋混 ［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４． Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１６（４），Ｖｏ１．３ １，Ｎｏ．２０８ ６９