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凈高提升的結構梁管線洞口抗剪鍵施工技術

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（六十四）凈高提升的結構梁管線洞口抗剪鍵施工技術
1. 技術背景
出于建筑使用空間需要及造型需求，目前，核心筒+外框框架結構已廣泛應用于商業(yè)辦公及高層
住宅中，該體系能同時滿足跨度、凈高及抗震的要求。為迎合特殊樓層進一步的建筑需求，形成更
大的使用空間，機電管線（包括給排水、暖通、防排煙、噴淋等管線）的排布需在空間上進行優(yōu)化，
以滿足凈高及視覺要求。
本工程地上塔樓外框主要為商業(yè)辦公，通過在框架梁及連梁中設置內置H 型鋼（后文統稱“抗
剪鍵”），電氣、給排水（消防、噴淋）管線從抗剪鍵根據需求留置的洞口（鍍鋅套管或預制模板
盒子）中穿過，取代傳統管線走梁底的做法，提高了空間的利用率，且避免傳統工藝后期安裝管線
翻彎的成本及人工，從而縮短工期。施工前期對此節(jié)點進行分析計算準備，根據梁體結構形式的區(qū)
分（框架梁、連梁），設置針對性的抗剪鍵，充分解決主體結構因框架梁穿大截面管線導致受力削
弱的問題，保證施工安全、質量的同時，降低成本、高效就位。
2. 技術簡介
1、方案設計：施工前期進行受力模擬分析，針對所穿管道的規(guī)格（給排水消防、噴淋系統為圓
管、局部（如電氣系統）為方管）、數量、密集程度及留設位置進行模擬計算分析，并針對管線穿
梁中所帶來的應力及剪力集中通過盈建科軟件進行模擬，對后續(xù)管線排布位置及內置H 型鋼（抗剪
鍵）形式進行優(yōu)化設計、分析并尋求解決方案。
圖2.0-1 常規(guī)辦公樓層間管綜分布（4.5m 層高）
2、抗剪鍵設置原則：本文所提的管線洞口抗剪鍵施工技術，通過在梁跨1/3 處設置抗剪鍵（H
型鋼截面參數為h*b*tw*t=400mm*125mm*25mm*20mm，慣性矩Wx=1389.33cm3，Wy=111.66cm3，兩側
洞口外預留至少500mm 型鋼擱置長度）。在管綜分析的基礎上，將多項管線整合排布于同一段抗剪
鍵之上，中間留設圓/方孔洞，并將鍍鋅套管通過角焊縫與抗剪鍵進行焊接，預留出后期管道安裝的
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間隙。
3、其他說明：為了保證結構后期此多孔洞位置混凝土不開裂，在設置完抗剪鍵后采用少量“X”
型抗裂鋼筋對洞口進行加強。此施工技術既保證剪力及彎矩受力合理，又為后期管道安裝提供了定
位及保護等多項便利條件，且后期僅需直接在混凝土完成面進行面層/精裝修處理，最終樓層使用高
度基本與結構高度保持一致，確保了空間的使用率
3. 適用范圍
本工法適用于在混凝土框架梁及連梁中設置電氣、給排水（消防、噴淋）管線的留置洞口（洞
口范圍：0.03~0.1 ㎡，洞口高度≯200mm）的結構，特別針對凈空及空間要求高的建筑。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1 施工工藝流程
圖4.1-1 施工工藝流程圖
4.2 施工操作要點
1、技術準備
（1）基于業(yè)主對于樓層凈高的要求，在圖紙調整優(yōu)化的過程中，我司提出標準層外框機電管線
采取梁中穿設做法以增加凈高，且在因框架梁穿設大截面管線（或同時穿設多種機電管線）導致受
剪承載力削弱的位置，采取抗剪鍵加強的方案。經過與建設、設計、監(jiān)理單位溝通洽商，樓層外框
機電管線的穿設方式確定采取該做法，并作為正式圖紙下發(fā)；
（2）熟悉技術圖紙中抗剪鍵的尺寸、重量、平面及立面位置，校核與該層主體結構是否有沖突
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（如洞口與墻體重合）；
（3）確定施工方案，選擇型鋼規(guī)格，并做好進場驗收工作，同時考慮起吊包括位置微調所需的
提升葫蘆；
（4）做好方案交底，向管理人員及操作工人詳細講解施工的每個步驟及注意事項，避免工序混
亂造成鋼筋、模板返工情況。
2、抗剪鍵設計
（1）抗剪鍵設計及復核
1）對跨度大于4m 且距離梁端3m 范圍內梁上開洞或連梁上開洞的需進行抗剪鍵設計；
2）根據洞口的實際情況及框架梁的規(guī)格，對抗剪鍵進行初步的設計，如下：
圖4.2-1 框架梁開矩形洞節(jié)點大樣（一）
圖4.2-2 框架梁開圓形洞節(jié)點大樣（二）
圖4.2-3 框架梁開洞節(jié)點大樣（左圖為G2-G2 剖面圖；中圖為G3-G3 剖面圖；右圖為抗剪鍵詳圖）
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圖4.2-4 框架梁開矩形洞節(jié)點大樣（G4-G4 剖面圖）
圖4.2-5 框架梁開圓洞節(jié)點大樣（G4-G4 剖面圖）
注：若抗剪鍵不能滿足受荷下的承載力要求，則需設計單位調整結構設計，對梁構件進行設計
加強。
3）以某項目為例，H 型補強鍵采用Q345B 制作，兩側洞口外預留至少500mm 型鋼擱置長度，單
個抗剪鍵承載力經設計復核確認，滿足要求后出具藍圖指導現場施工。
（2）深化BIM 模型
1）確定抗剪鍵的形式及規(guī)格后，使用BIM 模型進行深化設計，確保其可行性，避免二次返工。
圖4.2-6 框架梁抗剪鍵三維模型
（3）施工模擬計算
1）采用盈建科軟件對樓層整體框架進行分析（以某項目標準層為例），驗證經開洞削弱后整體
樓層的應力和抗剪是否滿足要求：
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圖4.2-7 開洞削弱后樓層整體計算模型
2）通過模擬計算可知，最終剪力（其中為混凝土抗剪承載力，
為H 型鋼補強鍵抗剪承載力， 為同截面下剪力最大處連梁所受剪力），滿足規(guī)范要求。
3、預制與運輸
（1）下料：焊接H 型鋼的翼緣板、腹板在切割下料前對鋼板進行矯平，防止鋼板不平，影響零
件切割質量；
（2）H 型鋼組立：
1）H 型桿件的翼板和腹板下料后應標出翼緣板寬度中心線和與腹板組裝的定位線，并以此為基
準進行H 型桿件的拼裝；
2）拼制H 型構件四條縱焊縫處50mm 范圍以內的鐵銹、油污等應進行打磨清理干凈，直至露出
金屬光澤后才能進行拼裝；
（3）H 型鋼鋸切：H 型鋼下料采用帶鋸機下料，能根據深化圖紙中的數據對H 型鋼的端部進行
自動切割，較好地保證了H 鋼對接和拼接的精度。
（4）構件運輸：
1）裝載要求：
①按安裝順序進行配套發(fā)運；
②汽車裝載不超過行駛證中核定的載質量；
③裝載時保證均衡平穩(wěn)、捆扎牢固；
④運輸構件時，根據構件規(guī)格、重量選用汽車。大型貨運汽車載物高度從地面起控制在4 米內，
寬度不超出廂，長度前端不超出車身，后端不超出車身2 米；
⑤鋼結構長度未超出車廂后欄板時，不準將欄板平放或放下；超出時，構件、欄板不準遮擋號
牌、轉向燈、制動燈和尾燈；
⑥鋼結構的體積超過規(guī)定時，須經有關部門批準后才能裝車；
⑦封車加固的鐵線（或鋼絲繩）與其在車底板上投影的夾角一般接近45 度。
2）加固要求：
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①加固材料：通常使用的加固材料有：支架、墊木、三角木(包括鋼材制作的)、擋木、方木、
鐵線、鋼絲繩、鋼絲繩夾頭、緊線器、導鏈等；
②加固車時，鋼絲繩（φ10~φ18）拉牢，形式為八字形、倒八字形，交叉捆綁或下壓式捆綁。
圖4.2-8 常規(guī)構件運輸加固示意圖
4、現場安裝
（1）現場就位
1）抗剪鍵工廠預制完成后運輸至現場，通過塔吊轉運至相應施工部位。
圖4.2-9 現場就位
（2）梁底模安裝
1）支撐架搭設完成后進行標高復核，復核無誤后進行梁底部模板安裝。
（3）梁底筋安裝
1）梁底部模板安裝完成后，根據圖紙配筋要求進行底部鋼筋安裝。
（4）抗剪鍵安裝
1）梁底模及底筋安裝完成，隨后進行抗剪鍵吊裝就位；
2）為避免抗剪鍵安裝后梁體鋼筋綁扎困難，在抗剪鍵角部設置4C8 鋼筋馬鐙，起到臨時固定作
用。
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圖4.2-10 梁底模、底筋及抗剪鍵安裝
（5）管道安裝
1）根據機電管線的類型，在抗剪鍵中進行橋架方管和圓管的安裝；
2）橋架方管采用現場模板預制，圓管則采用鍍鋅套管。
（6）側模安裝
1）機電套管安裝完畢后進行梁側模支設加固；
2）梁側模板根據套管及方管尺寸提前做好預留，減少模板量損耗。
（7）鋼筋安裝及綁扎
1）梁側模安裝完成后進行梁體側向鋼筋、面筋及洞口加強鋼筋的安裝及綁扎；
2）鋼筋綁扎時不可出現漏綁、箍筋綁扎不牢固、綁扎點松脫、箍筋滑移歪斜等情況。
圖4.2-11 套管、側模及洞口鋼筋安裝
（8）校正
1）鋼筋安裝完成后，采用手拉葫蘆對抗剪鍵進行校正；
圖4.2-12 抗剪鍵校正
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5、混凝土澆筑
1 對抗剪鍵安裝校正完成后，使用電焊機與已綁扎鋼筋點焊固定，防止混凝土澆筑時偏位；
2 固定完成后，經過業(yè)主、監(jiān)理、施工方三方驗收通過后進行混凝土澆筑。
圖4.2-13 混凝土澆筑
5. 材料與設備
5.1 材料
圖5.1-1 主要材料表
序號設備用途名稱型號數量備注
1
主材
框架梁Q345B(BH400mm*125mm*25mm*20mm) / H 型鋼
2 鍍鋅套管/ / /
3 模板盒子/ / /
4 馬鐙8mm / 三級鋼
5.2 設備
圖5.2-1 主要設備表
序號設備用途名稱型號數量備注
1
吊裝設備
塔吊
TC7052 1 臂長65m，鋼結構吊裝
2 TC7035B 1 臂長55m，鋼結構吊裝
3 手拉葫蘆HSZ-1t 2 3m
4
測量設備
全站儀GTS-211D 1 /
5 水準儀DZS3-1 2 /
7 卷尺5m 2 /
8 通訊設備對講機/ 2 /
9
焊接設備
電焊機CO2/MAL 2 /
10 切割機/ 2 /
6. 效益計算分析
以本項目為例，通過設置抗剪鍵使機電管線在梁中進行穿設，可達到后期凈高增加，減少后期
管線翻彎施工的工程量及工期。與傳統機電管線走梁底比較，綜合效益分析如下，以下涉及時間均
為絕對工作日：
表6.0-1 效益分析表
分類序號內容
工期
效益
1
施工快捷、工期短，結構體系簡單，與常規(guī)的管綜走梁底相比，節(jié)省了梁底搭設
管線過程中遇到沖突，需要增加安裝彎頭的時間（示意如下圖）。按照單層管線安裝，
采用設置抗剪鍵使管綜在梁中進行穿設的方式需20個工日（4個工人，安裝5天，傳統
走梁底工藝則需6天，塔樓共計30層），共節(jié)約安裝工期30天；
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機電管線走梁中形式
機電管線走梁底形式
經濟
效益
1
通過設置抗剪鍵使管綜在梁中進行穿設節(jié)省了傳統管線走梁底需翻彎的工人安
裝時間及材料費用，成本可節(jié)約64800元（某項目共30層，傳統管線走梁底相對于設
置抗剪鍵走梁中施工工藝：每層需多投入4個安裝工日，每個工日300元，每層多投入
8組翻彎彎頭，每組4個彎頭，單價30元。共計4*30*300+8*4*30*30=64800元）；
2
采用抗剪鍵單層耗鋼量約需增加4t每層，對比走梁底，需多花費約20000元/層（某
項目共30層，累計60萬）。但另一方面，通過走梁中可保證在最不利點（管綜交匯最
多處）凈高滿足甚至大幅度優(yōu)于凈高要求，對于后期辦公區(qū)的投入使用過程，商業(yè)定
位可顯著提高，投入使用后租金約可增加0.2~0.5元/m2/天不等（以一棟30層、單層
商業(yè)面積1000m2的辦公樓為例，至多需3.3個月可實現此部分費用回正）。
機電管線走梁中/梁底凈高分別為3.04m/2.8m，業(yè)主要求凈高為3.0m
社會
效益
1
本工法屬于改進創(chuàng)新，原理簡單，施工操作方便，符合綠色施工要求，施工過程
對外界環(huán)境污染危害低，有利于文明使用；
2
該工法安全可靠，不會對周邊的在施項目的正常施工及居民學校的生產生活造成
影響。
翻彎增加
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7. 應用實例（典型照片）
圖7.0-1 模板盒子、鍍鋅套管等材料準備圖圖7.0-2 抗剪鍵進場、驗收圖
圖7.0-3 梁底鋼筋綁扎，預留出抗剪鍵位置圖圖7.0-4 抗剪鍵采用8mm 馬鐙臨時固定圖
圖7.0-5 復核測量圖圖7.0-6 抗剪鍵安裝，留出側模位置圖
圖7.0-7 橋架洞口預埋圖圖7.0-8 機電各專業(yè)管線預埋圖
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圖7.0-9 鋼結構校正圖圖7.0-10 拆模留洞效果圖
8. 技術咨詢服務單位聯系方式
表8.0-1 聯系方式表
技術提供單位中建一局華南區(qū)域公司
主要完成人歐陽航、鄧國靜、張力群、張嘉斌、陳思
技術咨詢聯系人歐陽航聯系電話18814129237

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