弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合劲性混凝土柱施工技术

弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合劲性混凝土柱施工技术

中建八局西南建设工程有限公司

四川成都

610000摘

要：随着社会的发展，大型体育场馆及超高层项目如春笋般拔地而起，劲性混凝土本身具备强度高、承载力大等优点而被广泛应用。其中劲性混凝土结构中型钢主要有钢板、锚栓、钢管等，当承受荷载大或复杂时，常用预埋钢管柱或预埋型钢。但多以从基础即开始预埋，且截面形式较为单一，与上部钢结构连接转换常因复杂应力工况下而导致劲性混凝土结构的损坏。本文以襄阳全民体育运动中心项目为例，考虑降低成本及劲性结构本身施工难度及降效，创新一种弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合劲性混凝土柱施工方法，其中型钢组合柱可埋于结构柱顶，与混凝土结合形成的劲性混凝土柱能够传递上部钢结构复杂荷载，解决了与钢筋混凝土柱顶部的连接难题，达到了承载复杂应力的效果。Keys：弧形翼缘；劲性混凝土柱；钢柱；复杂应力；预埋1

1、工程概况襄阳全民体育运动中心项目位于襄阳市东津新区,东津大道以南，肖坡河以北，内环东线以东，奥体大道以西。体育场3.3万座，40000㎡，地上4层，屋盖高度46.685m；全民健身馆，32500㎡，地上3层，屋盖高度23.750m；体育配套；21000㎡，地上3层；体育场罩棚平面呈“Q”形，覆盖了体育场以及生态平台南段部分区域，南部与全民健身馆屋盖相接，但罩棚屋盖钢结构与全民健身馆屋盖设缝分开，整体形成飘带状。体育场共80个弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合埋件，埋于结构柱中，非基础中预埋。无地下室，体育场外环支撑柱采用圆截面劲型混凝土结构，顶部罩棚呈大悬挑结构，荷载大，受力复杂。2、特点1创新采用了下部“弧形翼缘十字劲性混凝土柱”，上部“圆钢管劲性混凝土柱”的组合劲性混凝土柱，解决了与钢筋混凝土柱顶部的连接难题，达到了承载复杂应力的效果。2弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合钢柱为各钢部件焊接而成，成品部件于工厂组装加工完成，后运至施工现场预埋施工，省去现场高空组装步骤，降低施工难度。3组装焊接完成的成品弧形翼缘十字钢柱下端开口，相较于圆管柱，加工制作方便，混凝土浇筑不会造成结构柱出现两张皮现象，整体性更好。3、工艺原理1针对上部钢结构复杂荷载的传递，传统方法是从基础开始采用截面形式单一的劲性混凝土柱，且受力性能较差，往往需要增加柱截面尺寸来增加受力性能。创新采用下部“弧形翼缘十字劲性混凝土柱”，上部“圆钢管劲性混凝土柱”的组合劲性混凝土柱作为承受钢结构上部复杂荷载，其中下部“弧形翼缘十字劲性混凝土柱”型钢下端开口，加工制作方便，混凝土浇筑不会造成结构柱出现两张皮现象，整体性更好。上部“圆钢管劲性混凝土柱”采取圆管柱截面，减少钢筋交叉碰撞，且与钢结构支撑柱截面匹配，受力传递不会出现应力集中，受力更加合理。2充分利用厂内设备齐全，环境良好的条件，在加工厂内将弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合钢柱各部件组装焊接一次成型，并且精准预留穿筋孔，避免在施工现场高空焊接的质量及安全风险；弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合钢柱于柱中开始埋设，事前将定位板及锚栓安装于劲性混凝土柱的设计标高处，利用汽车吊将弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合钢柱吊装就位，安装节点钢筋，封闭梁柱模板，混凝土浇筑形成弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合劲性混凝土柱。4、施工工艺流程4.1施工工艺流程组合劲性混凝土柱施工工艺流程详见图4-1。图4-1

施工流程4.2组合劲性混凝土柱操作要点1施工测量(1)定位法在I、II级控制点的基础上，力求提高放样精度，采用精密量距和经纬仪测角两测回，放样出预埋件的纵横轴线和定位点TK1、TK2、TK3、TK4。在TK1、TK3定位点架设经纬仪，分别用定位点TK2、TK4定向，使预埋件的中线与控制轴线重合，并用全站仪对点位进行坐标复测。(2)全站仪坐标定位法在设计图纸上根据各预埋件的结构中线确定YK1、YK2、YK3的位置，获得其坐标值，在预埋件上做出YK1、YK2、YK3的标志。用全站仪极坐标法线定位YK1点，确定预埋件的中点位置，再用同样的方法测定YK2、YK3的位置，控制预埋件的轴线方向。图4-2

预埋件平面定位方式(3)预埋件的标高控制对基础面的高程控制，采用水准仪常规高差测量，直接测得预埋件面的标高；对离水准基准点较远的测设，为了减少水准仪的传递误差和多次读数的偶然误差，采用全站仪三角高程测得预埋件的标高。预埋件的标高允许偏差为3.0毫米。2预埋锚栓施工(1)锚栓组装锚杆通过定位板定位，底部采用圆钢拉结。(2)安装锚栓按柱底标高定位锚栓，采用圆钢与砼柱钢筋临时连接,测量采用全站仪进行定位，测量至少两根锚栓的顶部中心点坐标，保证锚栓组与轴线角度定位准确。3砼柱模板支设(1)锚栓安装临时固定后，开始砼柱模板支设，为保证成型效果，模板采用定制圆木模。(2)模板支设高度为定位板面标高,模板固定后，进行锚栓组精确校正，测量方法同安装定位。(3)锚栓校正后与砼柱钢筋进行电焊固定，并用短圆钢与模板内侧在四个方向顶紧，定位圆钢与锚栓电焊，与模板内侧顶紧。4混凝土短柱浇筑锚栓精确校正加固后，开始浇筑混凝土短柱，浇筑顶标高为设计标高。5弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合钢柱吊装(1)测量放线在钢柱安装前，将平面控制网的每一条轴线投测到基础面上，全部闭合，以保证钢柱的安装精度。根据原始轴线控制点及标高控制点对现场进行轴线和标高控制点的加密，然后根据控制线测放出的轴线再测放出钢柱的中心十字交叉线和至少两个标高控制点。测设好钢柱中心线并在基面作出标记，作为安放钢柱的定位依据，使钢柱轴线与基面中心线精确对正，安装过程中测量跟踪校正。(2)吊点、爬梯及操作平台设置和起吊方式的选择钢柱起吊前安装钢爬梯，钢爬梯与钢柱连接应安全牢靠，便于作业人员上下安装操作。吊点设置在预先焊好的连接耳板处，为防止吊耳起吊时的变形，采用专用吊具装卡，采用单机回转法起吊。钢柱应垫上枕木以避免起吊时柱底与地面的接触，起吊时，不得使柱端在地面上有拖拉现象。(3)钢柱吊装就位钢柱吊到就位上方200mm时，应停机稳定，对准十字线后，缓慢下落，使钢柱四边中心线与十字轴线及预埋锚栓对准。(4)钢柱柱底就位校正在吊机松钩前，同时在钢柱的两条垂直的轴线方向设置经纬仪，对钢柱进行初步测量校正。柱底就位应尽可能在钢柱安装时一步到位，少量的校正可用千斤顶和调整螺母法校正(精度可达±1mm)，随即进行锚栓螺帽的安装。5弧形梁柱节点钢筋安装弧形梁柱节点受力钢筋主要采用与牛腿或加劲板焊接、钢筋折弯锚固以及穿孔处理三种方式。(1)钢筋穿型钢腹板：在钢骨的翼缘及腹板上设置一定数量的穿筋孔，从而使混凝土梁的纵筋能够直接穿过钢柱而不被截断，穿筋孔在制作钢骨时就已经预留，然后将混凝土梁的纵筋对准穿筋孔穿过钢柱，钢筋绑扎完成后浇筑混凝土形成刚接节点。(2)钢筋焊接肋板：在钢骨的翼缘上焊接一块搭筋板，再将混凝士梁的纵筋焊接在搭筋板上，搭筋板的长度、宽度及厚度应根据搭接钢筋的直径及数量来确定。(3)钢筋折弯锚固：当梁钢筋遇型钢柱腹板，如果无法满足直锚又无法通过开孔穿筋时，则采取弯折锚固的形式达到要求。针对弧形环梁钢筋安装，考虑到直梁纵筋的穿插，采用整弧钢筋一分为二的半弧钢筋焊接的形式安装。6模板封闭采用定型圆模板封闭梁柱接头部位的模板，拼缝须紧密结合，采用海绵条封闭处理，避免漏浆。7混凝土浇筑成型混凝土浇捣前，施工单位必须对钢筋、模板等隐蔽工程进行自检合格后，报验监理单位、工程部要求进行验收，待验收合格后，监理单位签署浇捣令，确认具备下道工序的施工条件，同意进行该部位混凝土浇筑工作。混凝土浇筑过程中，应督促监理单位落实旁站制度，并要求施工单位安排专业人员全过程监测模板及支撑系统的刚度、强度和稳定性情况。混凝土浇筑完成后，及时洒水或覆膜养护，并且做好养护记录，保证劲型结构柱的强度与表面观感满足要求。5、效益分析劲性型钢柱埋件施工时，面临基础钢筋安装复杂，难度较高不易施工，型钢混凝土柱中钢埋件与混凝土结合不牢等问题。采用弧形翼缘十字钢柱施工工法，运用其优良的截面性能、先穿筋后封模、柱中预埋减少节点钢筋穿插等方法，使劲性混凝土柱-弧形翼缘十字钢柱施工效率提高了30%左右。弧形翼缘十字钢柱施工工期由原定的100天提前至68天，缩短工期32天，钢筋绑扎安装工人日平均工资300元，平均每日工人30人，节约劳务费32×300×30/10000=28.8万元。一共80个弧形翼缘十字钢柱，无需从基础开始预埋施工，从柱中开始安装，每个钢柱节约钢材2吨及加工费2000元，钢材3500/吨，节约材料费80×2×3500/10000＝56万元，节约加工费80×2000/10000＝16万元。技术综合创效为28.8+56+16=100.8万元6、结语结合上述各工序施工技术控制要点，并在实施过程中有效落实各项施工方法，本工程的劲性钢筋混凝土柱施工质量好、速度快，受到建设单位和当地建筑工程质量监督站的一致好评。且在本工程的实施期间，各有关建设主管部门的领导都曾莅临现场指导，多次组织其他施工单位到现场观摩学习。本文总结的弧形翼缘十字钢柱和圆钢管柱组合劲性混凝土柱施工技术，对类似体育场馆、超高层项目劲性混凝土结构施工具有借鉴指导意义。Reference[1]聂猛.探讨超高层劲性结构中梁柱节点钢筋施工工艺[J].