型钢混凝土柱施工工法_secret

第1页共21页型钢混凝土柱施工工法1.前言随着我国建筑行业的不断发展，新建的建筑风格日益多样化，特别是2008年奥运会成功申办以后，奥运工程中出现了一批造型新颖独特的建筑。作为第29届奥运会的主体育馆——****建成后将成为国内最大的室内体育馆。为了实现空间上的大跨度要求，****场馆四周应用了“型钢混凝土框架—钢支撑”这种结构体系。由于屋顶设计为曲线形，该结构体系中的主要受力构件——型钢混凝土柱（以下简称“型钢柱”）设计高度不等，单柱最高设计高度达13.5m，单柱施工高度高且与周边楼层连接少，超高“型钢柱”施工是本工程的一大难点，该项目的施工由北京****集团有限责任公司负责完成，超高“型钢柱”施工技术于2007年3月9日由北京***集团申请了“型钢梁下翼缘与钢筋的连接结构及其焊接方法”的发明专利。2.工法特点2.0.1为了解决型钢混凝土框架中的梁、柱节点处型钢与钢筋在空间上的矛盾，以实现柱中主筋自下而上连续、贯通，保证其整体性，在型钢梁、柱加工前需进行钢筋穿孔位置的深化设计；另外，为了模板支设时对拉螺栓的使用，还得进行型钢柱上对拉螺栓眼位置的深化设计。2.0.2“型钢柱”柱顶柱主筋通过塞焊连接于“型钢柱”柱顶锚固钢板，钢筋自动成为锚板的锚筋，且节省了钢筋的锚固用量。2.0.3场馆四周型钢混凝土框架结构相对独立，模板支设难度大。施工时需搭设单独的操作架及梁、柱支撑体系。2.0.4型钢柱高度大，混凝土浇筑时混凝土对模板有很大的侧压力，这对模板方案的选择提出了很高的要求，科学、合理、易操作的模板施工技术对工程的质量、安全、成本等至关重要。2.0.5型钢梁、柱节点处，“工”字型型钢梁占据了节点处的大量空间、且“王”字型型钢周围主筋密集，混凝土浇筑时下灰困难。2.0.6部分型钢柱柱间有钢斜撑，柱侧模支设困难。第2页共21页2.0.7自密实混凝土施工操作工艺简单，劳动强度小，混凝土浇筑质量容易控制。3.适用范围本工法适用于大跨度、重荷载和超高层建筑中的型钢混凝土框架结构体系。4.工艺原理4.0.1型钢混凝土框架结构利用型钢、钢筋与混凝土协同作用的原理，大大提高了结构的承载力、刚度、抗震性能。4.0.2在型钢梁和钢支撑节点区域变截面翼缘板上适当开孔，保证了型钢梁柱节点处钢筋的连接质量和节点区域的设计抗力。4.0.3自密实混凝土在型钢混凝土柱中的应用，解决了型钢框架中钢筋密集部位的混凝土振捣不密实和振捣困难的施工难题。4.0.4利用侧压力试验确定了超高型钢柱混凝土浇筑时对模板的侧压力计算公式。5.工艺流程和操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程如图5.1所示：第3页共21页图5.1型钢柱施工工艺流程5.2操作要点5.2.1深化设计1、对拉螺栓孔深化设计根据模板方案设计，型钢柱螺栓竖向间距为900mm，柱底第一道对拉螺栓距地面200mm。深化设计时需确定对拉螺栓孔的位置。型钢柱在厂家加工时根据深化设计结果，在型钢柱腹板上开直径为30mm的圆孔。2、型钢梁翼缘上钢筋孔深化设计型钢梁柱节点处由于型钢梁和钢支撑的牛腿存在，其翼缘影响型钢柱主筋在其宽度范围内顺利通过，在型钢梁、柱加工前需进行型钢柱主筋位置的排布方式和主筋穿型钢梁翼缘的方式的深化设计。图图5.2.1型钢混凝土框架典型节点模型施工脚手架搭设型钢柱安装翼缘开孔位置、大小对拉螺栓孔数量、位置深化设计厂家加工钢筋加工钢筋绑扎、验收模板吊装、加固混凝土浇筑柱顶钢筋锚固方法模板加工第4页共21页5.2.1为型钢混凝土框架典型节点模型图：1）型钢柱主筋排布方式深化设计时需考虑以下项目：主筋间最大间距不得太大，以控制柱侧收缩裂缝。柱纵筋和梁水平筋的位置关系。型钢柱混凝土的保护层厚度。钢筋和型钢梁、钢支撑的关系（腹板，翼缘板）。柱侧双向有型钢梁时还需考虑梁水平筋的X向、Y向的交错关系。2）型钢柱主筋穿型钢梁翼缘方式的深化设计时需考虑以下项目：柱主筋直径与孔径的关系。开孔面积对翼缘的削弱程度。型钢柱柱主筋的排布形式。5.2.2型钢柱安装1施测方法1）轴线、中心线测量对已安装完的劲性构件的定位轴线和中心线进行复验检查，监理单位验收合格后方可进行下道工序施工。2）标高测量依据甲方提供的原始水准点，对任意一个水准点桩进行测定。往、返各测2次，所测得的高程之差不大于3mm为合格，取平均值作为最后观测结果。利用已测定的水准点桩，使用N3水准仪对其它点桩进行测定，往、返各测一次，2次观测结果不大于±0.5mm为合格。3）垂直度的控制使用2台经纬仪，按正交的方法，对劲性柱进行垂直校正。2型钢柱吊装1）吊点采用工厂制作时设置的专用钢板制吊耳，每根钢柱设置2个吊耳，直接焊在钢柱的顶部两侧，吊耳距顶面10cm，同时柱体翼缘板上焊接四个拴倒链的耳板。2）柱子起吊前为保证柱子稳定性，采用4根Ф14mm钢丝绳作为缆风绳，分别栓在柱子顶部，做为找正、临时固定使用。选用两根6×37（GB1102—74）第5页共21页ф30mm钢丝绳作为吊装索具，将柱头两侧吊耳吊起，见图5.2.2所示。柱子安装就位采用四个倒链。图5.2.2型钢柱吊装示意图3）型钢柱吊装方法采用直吊法，吊装设备为现场布置的四台塔吊和150t汽车吊。钢柱起吊时钢丝绳固定在起重机吊钩上，起重机收钩，直到柱身呈直立状态，然后将柱吊离地面50cm时应停机检查吊索具是否安全可靠，确认无误后升到安装高度，移到就位柱上方，缓慢下降，对正位置后，用连接板安装螺栓进行固定，同时将揽风绳与地面地锚固定。5.2.3施工脚手架搭设型钢柱钢筋绑扎前需根据柱高在型钢柱四周搭设施工作业架，作业架为双排架，在四个方向上连成整体。作业架立杆与型钢柱间的距离的确定需考虑模板加固时的空间需求。钢筋绑扎时利用小横杆挑出操作面，模板安装时拆除挑出的操作面，工人直接站在作业架内进行操作。5.2.4钢筋加工第一节型钢柱的高度为地下室的层高，由于地下室层高仅为4m，固钢筋加工时需考虑主筋从基础梁顶面的甩出长度，若甩出长度太长会给型钢柱的安装带来困难（牛腿与钢筋打架），且为钢筋顺利穿过型钢梁翼缘孔造成不便（没有调操作爬梯揽风绳（四根）防坠器铁扁担塔吊吊钩第6页共21页节空间）。柱顶钢筋加工时，钢筋长度需根据现场实际情况确定，若钢筋太短不能升出柱顶锚固板造成二次加工；若钢筋太长便造成钢筋浪费。5.2.5钢筋安装型钢柱主筋在基础梁内插筋时，需严格按照主筋位置排布的深化设计结果进行插筋，必须保证穿过型钢梁翼缘板的主筋位置准确，且在柱子的整个施工过程中需该部分钢筋的竖直度。穿过型钢梁或钢支撑牛腿翼缘板的主筋安装时先将待连接的钢筋从下往上穿过穿筋孔，然后利用专用套筒与下端钢筋连接。型钢柱主筋穿型钢梁翼缘方式如图5.2.5-1所示。图5.2.5-1型钢柱主筋穿型钢梁翼缘实物照片型钢混凝土框架节点处的箍筋由于受到型钢梁、钢支撑牛腿腹板的影响只能加工成开口套，该部分箍筋安装时，需与腹板上预焊的胡子筋（在工厂预焊）焊接，如图5.2.5-2所示：柱钢筋穿过型钢梁翼缘柱箍筋焊接第7页共21页图5.2.5-2框架节点处型钢柱箍筋焊接实物照片由于型钢梁和钢支撑截面占据了框架节点处的大量空间，型钢柱主筋不能象普通钢筋混凝土框架梁柱节点那样具备弯折和锚固空间。在型钢柱柱顶设置锚固钢板，型钢柱主筋可以不用弯折直接锚固在柱顶锚固钢板上。柱顶锚固钢板加工时需根据主筋排布方式深化设计结果预留出钢筋孔，柱顶钢筋安装时穿过柱顶钢板上的预留孔后，切除多余的钢筋头，进行塞焊，焊缝需充满预留孔与钢筋间的空隙，焊缝顶部应与锚固板顶面平齐。柱顶主筋锚固如图5.2.5-3所示。图5.2.5-3型钢柱主筋在柱顶锚固方式示意图图中：1－柱主筋、2－梁中型钢、3－钢支撑、4－振捣孔、5－塞焊孔、6－焊接线孔、7－约束锚固钢板、8－节点区梁翼缘、9－栓钉、10－柱中型钢、11－正交转换接头、12－连接板。5.2.6模板设计、加工、安装1、模板设计1）计算模型研究传统模板设计时，混凝土侧压力值计算有两种方法：1112第8页共21页2/1211520022.0VTFc5.2.6-1HFc5.2.6-2型钢柱混凝土采用自密实混凝土。自密实混凝土呈高流态，其对模板的侧压力与浇筑高度有关，相比之下利用公式二对自密实混凝土产生的侧压力进行计算更科学合理。但需进行修正，其计算公式模型应为：HFc5.2.6-3式中：——为折减系数。值的确定对模板体系设计至关重要，通过对自密实混凝土浇筑时的侧压力现场测试试验，得到合理数值为0.5～0.6。图5.2.6-1为现场试验照片。图5.2.6-1混凝土侧压力现场试验2）模板体系设计经过计算，超高型钢柱模板体系设计为表5.2.6所示：表5.2.6型钢柱模板体系面板类型龙骨类型柱箍间距2层18mm厚木胶合板H200木工字梁竖龙骨，间距230mm；100×50×5.3双方钢管柱箍+Φ16对拉螺栓柱箍间距：6m以下300mm，6m以上450mm；穿墙螺栓间距450mm3）内层模板使用新模板，按照建筑师的设计理念，水平蝉缝竖向间距2.0m，柱边长大于1.2m时设置居中竖向蝉缝，外层模板使用旧木胶合板。2、模板加工a安放应力测试计b测试计安放就位第9页共21页1）模板连接：模板面板与木工字梁用钢钉连接，钉眼用腻子刮平，板缝用玻璃胶嵌填严实。2）木工字梁接高：由于柱模板加工高度高，标准木工字梁长度无法满足要求，采用接高件的方法接长木工字梁，加高件为两片加工好的80×600×6mm钢板，在每根木工字梁端头用2根六角螺栓固定，相邻木工字梁接头间隔错开。3）吊钩安装：模板吊钩安装在模板边第二根工字梁端部。吊钩形式如图5.2.6-2：3、模板安装1）模板利用塔吊吊装，图5.2.6-3为现场施工照片：模板吊装垫板26厚钢板吊环、垫板1满焊6厚钢板图5.2.6-2模板吊钩示意图第10页共21页图5.2.6-3模板吊装现场实物照片2）模板下口无顶板或型钢梁时，在下一层柱顶设置柱箍，柱箍与模板下口间设置100mm×100mm方木支撑，如图5.2.6-4所示：图5.2.6-4模板底部加固方式3）模板加固使用可拆式对拉螺栓（三节头），对拉螺栓两端与模板接触处分别套一硬聚酯锥套，锥套外侧与模板接触面顶紧，锥套与模板之间还要加一个直径与锥套相同的密封条垫圈，确保混凝土不漏浆，对拉螺栓详图如图5.2.6-4所示。图5.2.6-4对拉螺细部构造图穿墙螺栓模板φ16mm穿墙螺栓杆钢垫板聚酯锥套3厚密封条垫圈第11页共21页图5.2.6-5为模板加固后的实物照片：图5.2.6-5型钢柱模板加固现场照片5.2.7混凝土浇筑由于型钢柱单次施工高度大，最高单次浇筑高度达13.5m，型钢柱中有“王”字形型钢，型钢周围钢筋密集，且柱顶有型钢梁的影响，用普通混凝土很难浇筑，选用具有自流平和自密实性能的自密实混凝土能很好的保证施工质量。自密实混凝土利用汽车泵进行泵送。由于型钢柱中“王”字形型钢的存在，柱截面被分为四个区，混凝土浇筑时从四个分区间隔下灰，以免从一个区连续下灰致使一侧模板压力过大，造成模板移位。混凝土浇筑速度不能过快，每次下灰高度控制在0.5m左右，两次下灰时间间隔控制在15分钟左右，这样可避免模板侧压力过大而致使模板体系涨坏。由于型钢柱单次浇筑高度高，且钢筋密集，混凝土浇筑时必须利用振捣棒辅助振捣，这样可以减少混凝土表面的气泡、麻面等质量缺陷，但振捣持续时间不能过长，一般每个振捣点振捣时间不超过3秒。混凝土浇筑时利用橡皮锤敲击模板外侧，尤其是柱子四角处应多敲击，这样可以检查混凝土浇筑是否密实，而且有利于排除混凝土内部的气孔。a现场模体系正面照片b场模板体系侧面照片第12页共21页6.材料与设备6.1型钢柱材料6.1.1钢材：型钢柱翼缘、腹板钢材为Q345-C，钢板厚度20mm时。6.1.2螺栓：螺栓主要采用10.9S的扭剪型高强度螺栓。6.1.3焊丝：焊接采用二氧化碳气体保护焊，焊丝用JM-56，Φ1.2实芯焊丝。6.2钢筋及连接套筒型钢柱所用钢筋均为RRB400，其中主筋为：2；箍筋为：2。钢筋连接采用滚压直螺纹接头。6.3模板体系材料6.3.1面板材料