超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法

1 超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法 1 1 前言前言 超高层建筑越来越多地采用了型钢混凝土组合结构 为了满足建筑型体变化 内部高 大空间和结构转换的需要 设计往往采用斜向型钢混凝土组合柱 但与通常的垂直型钢混 凝土组合柱相比 斜向型钢柱和斜向柱模板的轴线 标高控制定位和厚钢板上开斜向孔是 斜向型钢混凝土组合柱施工中需解决的特殊技术课题 江苏省华建建设股份有限公司组织技术攻关 研制了 超高层建筑斜向型钢混凝土组 合柱施工工法 对斜向型钢混凝土组合柱施工技术要点 施工工艺 工序质量及过程控 制进行了综合研究 重点攻克了超高层建筑中斜向型钢柱和斜向型钢混凝土组合柱的轴线 标高控制和测量定位及厚钢板上开斜向孔 半装配式箍筋安装等关键技术 总结出超高层 建筑斜向型钢混凝土组合柱施工技术 可指导工程建设工程中斜向型钢混凝土组合柱的施 工 2 2 工法特点工法特点 2 1 针对斜向型钢混凝土组合柱的借位测量和预留变形量技术 钢板开斜向孔以及半 装配式箍筋安装等工艺的研究 解决了斜向型钢混凝土组合柱施工难题 使钢柱定位 混 凝土结构成型后的轴线位置 柱高 斜向角度等达到设计要求 保证了结构受力的准确传 递 2 2 采取的专用夹具法在原钢板上开斜向孔技术 保证了开孔的位置 角度准确 保 证了梁纵向受力筋能准确 顺利穿过型钢柱 避免了现场纠偏 补开孔的工作量 保证了 质量和施工进度 2 3 采用了半装配式箍筋安装工艺 使箍筋安装的速度与传统的逐根套装的办法相比 提高了一倍以上 节省了人工 缩短了施工周期 2 4 其他如型钢柱制作安装 钢筋制作绑扎 模板制作安装 混凝土浇筑等工序的工 艺 与直立型钢混凝土组合柱相同 本工法不再赘述 3 3 适用范围适用范围 2 适用于超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工 4 4 工艺原理工艺原理 4 1 根据斜柱在三维空间的变化形态 研究制定借位测量方法 将三维构件精确投影 至二维平面 通过竖向投点控制网闭合 测量 排尺 放线 快捷 准确地完成斜柱构件 的空间定位 根据工程实践 针对斜向型钢柱在施工及自重荷载下的变形影响和楼面混 凝土收缩对斜向型钢柱位置的影响 采用了预留变形量的方法 保证了型钢混凝土组合柱 斜度 位置准确 4 2 设计采用专用夹具进行钢板开斜向孔 使钻头在专用夹具的卡位和夹持下精确定 位和保持钻进角度 满足了开孔精度要求 解决了斜柱钢骨斜向开孔 水平穿筋难题 4 3 根据结构特点和设计要求 对柱的各类箍筋进行统筹安排 将柱的半数箍筋套入 下段伸出楼面的型钢柱 另半数箍筋在每根型钢柱吊装前套入型钢柱 随柱吊装 待型钢 柱焊接就位后 再逐个就位箍筋 5 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5 1 工艺流程 5 1 1 总体施工工艺流程 标准柱竖向投点控制网闭合 测量 排尺 放线 柱顶标 高测量 定相对标高控制值 确定柱顶位移值 超偏处理 抄平结果与下节柱预检数据综 合处理 钢柱就位 确定借位值进行粗校 分析测量数据 钢柱重校正 会审安装测量记 录 指定施焊顺序 确定特殊部位处理方案 施焊 测量跟踪观测柱 焊接检验 验收 标准柱竖向投点控制的闭合 提供下节钢柱预控数据图 柱模板定位 柱模板安装 验收 浇筑混凝土 5 1 2 钢柱斜向开孔工艺流程 将柱体 固定在胎架上 在柱体上画出标高线和定位 轴线 标出所有钢筋孔的位置 根据不同方 向的斜孔制作临时支架 固定磁力钻开孔 清除临时支架 3 胎架示意图 5 1 3 半装配式箍筋安装工艺流程为 套装 1 5m 柱高的箍筋 在加工场预先套装一半 箍筋在钢骨上 吊装已套箍筋的钢骨 钢骨焊接 探伤 连接竖向钢筋 1 5m 柱高堆积箍 筋上提绑扎 钢骨预装箍筋套装绑扎 剩余少量箍筋套装绑扎 操作要点如下 5 2 操作要点 5 2 1 垂直控制网的布设 地下室工程结束后 用 LEICA ZL 天顶垂准仪将地下室控制 点投测至首层楼面 建立矩形控制网 作为主楼施工过程的竖直控制和施工放样的依据 矩形四边为控 1 控 2 控 3 控 4 分别与柱列线平行 5 2 2 垂直控制网的转换 由于首层转换起始点向上开始逐层内收 外扩 为提高工 效和防止误差累积 顾及仪器性能条件和消弱施工环境的影响 各层单独控制的同时 实 施分段控制 一般一层为一个施工段 当本段施工完毕 将此段四个控制点精确投至上一 段的起始楼层 进行矩形控制网的检测及核正 确认控制点准确后 重新埋点 5 2 3 外立面斜率及钢柱的测量控制 1 由点控制面 控制好外围每一根柱的斜率 则这一列斜柱形成的外立面斜率就得到 了控制 混凝土柱中暗含钢柱 施工测量中需两次进行斜率及定位控制 2 钢柱测量控制 1 始斜端测量定位 在楼面混凝土浇筑完成后 对钢柱始斜端的位置 标高进行逐个测量 记录钢柱在 方向上和设计的偏差 和标高偏差 确定偏移值 为超偏处理提供数据 2 始端中线定位 在安装完成的始斜端柱头定位其各个面的几何中心线 即型钢柱各个平面中心线 确 定相对标高控制线 做好明显的标志 3 安装段中线定位 斜钢柱在工厂加工 检验 检测完成后 亦定位其各个面的几何中心线和相对标高控 制线 做好明显的标志 作为和现场安装完成钢柱的对接控制线 如图 5 2 3 a 4 a b c 图 5 2 3 钢柱定位安装图 以工字型钢箍骨为例 4 现场平面定位 根据设定好的相对标高线和楼层混凝土面的实际标高 将上段柱的相对标高控制线处 的斜钢柱截面投影到楼层混凝土面上 并找出各个面的几何中心点 作为斜柱安装的控制 点 见图 5 2 3 b 5 现场吊装就位 以上准备工作完成后 将斜钢柱吊装就位 用相对标高作为其粗略的控制线 用连接 耳板和螺栓临时连接 并系好揽风钢丝绳 如图 5 2 3 c 6 纠正偏移 首先纠正标高偏差 标高偏差是通过上下段柱的坡口焊缝宽度来调整的 标高调整到 位后用铁削子临时固定焊缝 然后是 X 或 Y 轴位置调整 方法是用经纬仪或线垂将相对标 高控制线和各个面的几何中心线的交点与它们在楼层混凝土面上投影点对齐 X 和 Y 方向 的纠偏主要是通过千斤顶和揽风钢丝绳进行 5 2 4 柱模板斜率控制 1 为了保证混凝土柱与箱形钢柱斜率的一致性 采用同一平面控制网 进行测量控 制 2 利用投影法控制柱模的斜率 在楼面柱模定位放线中 弹出倾斜后柱模顶端及中 部每个边在楼面上的投影线 柱模就位时 用线锤分别测出柱顶及中部的投影是否与投影 线一致 这样一根柱通过三点 柱顶 柱中 柱根 控制其斜率 3 每次柱位放线后 用 15KG 线锤测出每两层柱模投影线的差值 通过外控的方法检 查每次放线的准确性 如实测值大于 2mm 则必须重新放线 5 2 5 预留变形量 1 受建筑物变形影响 一般网点和钢柱在混凝土浇筑后会向中部收缩 所以在校正 柱斜率时 设置一定的外伸量 1 3mm 用以抵消这部分收缩值 2 由于斜向型钢柱是向内或向外倾斜一定角度的 纠偏以及焊接完成后的施工过程 如柱钢筋绑扎 混凝土浇筑中不可避免地有竖向荷载施加在斜向型钢柱上 有加大其倾斜 的趋势 而此时钢柱已经没有任何的拉接加固措施 通过斜柱起始层斜柱的施工 综合楼 面始斜端测量的结果 并结合型钢柱在此类荷载下的变形计算 在后续层斜柱的施工过程 中对钢柱顶端的位置进行了微调 经过后续楼层的施工 纠偏效果良好 5 5 2 6 钢柱斜向开孔 缺开孔时的图片 根据型钢柱的截面形式 钢柱的倾斜角度 定制专用夹具 5 2 7 半装配式箍筋安装 1 套装 1 5m 柱高的箍筋 在上下层柱主筋进行直螺纹连接 之前 先将部分箍筋套入 堆积到 1 5m 高度 待钢骨柱安装完成 柱主筋连接好后 把堆积的箍筋上提绑扎 这样能解决柱下部箍 筋套箍困难的问题 2 钢骨预套箍筋 在加工场地先将钢骨柱水平放置 并用木 方垫高 将一半的箍筋套装在钢骨上半段 利用钢骨的穿筋孔 设置 32 的插销临时固定箍筋 将箍筋和钢骨同时吊装 见图 5 2 7 由于部分箍筋在加工场地套箍容易 吊装后不受钢骨焊 接 主筋连接的影响 操作简便 质量可靠 图 5 2 7 半装配式箍 筋吊装 3 钢骨吊装焊接 钢柱吊装可利用连接板上的螺栓孔 为了便于吊装和防止起吊时 连接板变形 应采用专用吊具 吊具用高强度螺栓与连接板连接 安装时应采取临时固定 措施 并进行垂直度观测 防止钢骨偏位 4 柱主筋连接 直螺纹连接过程中随时调整柱筋 防止钢筋安装偏斜或骨架扭曲 5 1 5m 柱高堆积箍筋上提绑扎 将此部分箍筋按规定间距逐根上提到位进行绑扎 注意控制钢筋骨架的垂直度 6 钢骨预装箍筋套装绑扎 将钢骨上预套的箍筋按规定间距逐根下套绑扎 7 补充套装余下的箍筋 检查箍筋间距 水平度 保护层 并调较钢筋骨架 5 2 8 柱混凝土浇筑 由于劲性柱中钢骨将柱身分成几个部分 因此在浇筑混凝土时必须分层下料 同时振 捣时必须对称振捣 以防钢柱受扭 由于劲性柱身中有隔板 特别是梁柱节点处钢筋很密 因此 要求混凝土坍落度较大 坍落度 16 18cm 为宜 6 6 材料与设备材料与设备 6 1 材料 6 6 2 机具 机具设备表 序号 机械或 设备名称 型号 规格 数量 国别 产地 制造 年份 额定功 率 KW 功能 1 钢板预处理线 XQ69401 无锡 2001720 钢板除锈 2 数控气割机 GS 8500D6 德国 200215 切割 3 数控直条 气割机 GS 2 4000BA5 无锡 20003 切割 4 鼬鼠式坡口 切割机 GS 15026 大连 20020 3 切割 5 钢板矫平机 W43Q 80 1500 4 湖北 200240 矫平 6 1250T 油压机 1250t1 湖州 2001100 压头 7 1500T 油压机 1500T1 湖州 2007160 压头 8 自动埋弧焊机 AC1200 DC10 00 20 美国林肯 200145 焊接 9 筒体自动焊接 中心设备 LB 316 国产 200645 焊接 10 栓钉焊机 RSN20003 上海 2006100 焊接 11 砂带打磨机 10 国产 200630 打磨 12 远红外 电加热板 200 4001200 扬中发电设 备厂 20024 5 焊前预热 13 端面铣 12 无锡洲翔 2006 端面加工 14 电加热数字 温控箱 LWK 9B16 吴江温控设 备厂 200190 加热温 度控制 15 超声波探伤仪 EPOCH 2300 10 美国 2001 无损检测 16 超声波探伤仪 CTS 20008 进口德国 2001 无损检测 17 磁粉探伤仪 B301S6 美国 20010 32 无损检测 7 18 X 射线探伤仪 XXG 30054 日本 2002 无损检测 19 超声波测厚仪 LA 104 北京 2000 钢板检测 20 数字式测温仪 HY 30212 进口日本 1999 温度测量 21 液压万能 试验机 WE 1004 天水红山 2004 理化试验 22 摆锤式冲击 试验机 JB300B2 济南 2004 理化试验 23 高频红外碳硫 分析仪 CS 902G2 北京万联 2004 理化试验 24 直读光谱仪 ARLMA34601 进口瑞士 2004 理化试验 25 低温槽 CDC2 大连 2004 理化试验 26 冲击试样缺口 投影仪 CTS C2 大连 2004 理化试验 27 布氏硬度计 HB30002 山东 2004 理化试验 28 多功能里氏 硬度计 HLN 11D2 山东 2004 理化试验 29 电光分析天平 TG328A2 上海 2004 理化试验 30 可见分光 光度计 722N2 上海 2004 理化试验 31 维氏硬度计 EV 3000A2 上海 2004 理化试验 32 金相显微镜 4XC2 上海 2004 理化试验 33 金相试样 抛光机 PG 12 上海 2004 理化试验 34 箱式电阻炉 4 102 南京 2004 理化试验 35 恒温干燥箱 101A 12 上海 2004 理化试验 36 电热蒸馏水器5L 时 2 上海 2004 理化试验 37 高级电子 晒相机 JDY0012 缙云红日 2004 理化试验 8 38 上光机 12 2 缙云红日 2004 理化试验 39磁力钻 JC49A1 扬州金力 2007 最大钻孔 48mm 序号设备名称设备型号单位数量用途 1 塔吊 2 混凝土输送泵 7 7 质量控制质量控制 7 1 工程质量标准 本工法须执行 GB50300 2001 建筑工程施工质量验收统一标准 GB50204 2002 混 凝土结构工程施工质量验收规范 JGJ138 2001 型钢混凝土组合结构技术规程 及 GB50205 2001 钢结构工程施工质量验收规范 7 2 质量保证措施 7 2 1 从钢柱的制作加工 安装方法及质量要求 在每一工序施工前均由技术人员进 行详细交底及现场指导 对于复杂节点的处理先做样板组织现场操作人员现场学习 同时 加强质检力量 将质量检查工作贯穿于施工全过程 并严格执行质量奖罚制度 使施工工 序质量达到内控要求 7 2 2 防止斜钢骨 柱主筋偏位 在钢骨安装 柱主筋连接时要对钢骨和连接好的柱 筋进行临时固定 防止偏位或扭曲后无法套箍 对个别偏位的柱筋要在箍筋绑扎前进行调 较 9 8 8 安全措施 安全措施 8 1 施工中应严格按国家 地方相关的安全操作规定进行操作 贯彻执行 安全第 一 预防为主 的方针 8 2 建立健全项目经理等各级人员的安全生产责任制 责任明确并落实到人 项目 经理部建立定期安全检查制度 配备一名专职安全员 负责施工现场的日常安全管理工作 和巡回监督检查工作 负责提出安全预防措施强化安全生产管理 加强安全生产意识教育 切实落实安全技术措施 8 3 施工现场全体人员必须遵守劳动纪律和安全生产制度 上班前严禁喝酒 作业 现场不准吸烟且不得动用明火 8 4 加强机械设备安全管理 防止机械带病运转 各种电动工具要定期检查 维修 防止漏电事故 施工现场的施工用电 应按施工用电方案进行统一布置 消除乱拖乱拉现 象 现场供电采用 三相五线制 并装好触电保安器 用电设备应按有关规定实行一机 一闸一漏电保护 并有安全可靠的接地 8 5 模板支撑排架的搭设和拆除施工中 施工和监理单位 应落实自检 自查 强化 验收 加强监护 过程控制 应严格按专项方案施工 确保安全生产 9 9 环保措施环保措施 9 1 成立对应的施工环境卫生管理机构 在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府 下发的有关环境保护的法律 法规和规章 9 2 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内 合理布置 规范围挡 做到标 牌清楚 齐全 各种标识醒目 施工场地整洁文明 1010 效益分析 效益分析 11 11 应用实例应用实例 11 1 深圳江胜大厦 10 深圳江胜大厦工程地下 3 层 地上部分建筑面积 105213 平方米 由 A B 二栋塔楼组 成 A 栋写字楼 39 层 建筑高度 178 55m 框架 筒体结构 B 栋酒店 30 层 建筑高度 116 15m 框架 剪力墙结构 工程被建设部立项为全国第六批新技术应用示范工程 质量 目标为 鲁班奖 江胜大厦主体结构平面图 A 栋一层为大堂和商业展示厅 七层 十七层 三十层为避难层兼设备层 其余层为 办公 首层层高为 10 0m 二层为 6 0m 标准层为 4 2m 避难层为 6 0m 结构形式为框 架 核心筒结构 周边框架柱地下二层 十一层为型钢混凝土柱 由于外墙立面的变化 周边型钢混凝土柱从四层楼面标高开始逐层向外倾斜 到七层楼面标高恢复