劲性钢筋混凝土柱施工技术探讨

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  摘要:本文阐述了某建筑超长劲性钢筋混凝土斜柱的施工技术。该工程通过自钢结构深化设计,到钢结构安装和最后的土建施工的合理组织,科学管理,选择合理的施工方法,较好的完成设计要求。
  关键词:劲性钢筋混凝土斜柱;模板;框架柱;钢斜柱吊装
  中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:
   湖南某高层建筑面积为40261m2, 建筑高度为128m。 在主楼南侧自地下一至地上九层采用斜向钢框架结构,有6根超长斜柱,该结构长度达38.27 m,斜向倾角78.32°,柱截面为1000mm×1400mm。 本工程中框架柱先由直柱變斜柱,再由斜柱变直柱,在斜柱上升侧向斜柱跨两层支撑新增斜柱,劲性柱间的劲性梁也随劲性柱倾斜角度倾斜。
  1 工艺原理
  施工中将斜柱视为柱及梁的综合体,即斜柱下方支撑视为梁,斜柱侧支撑视为柱。
  (2) 利用多层板易于加工拼装和钢管脚手架搭设方便等特点,用模板拼成斜柱所需形状,通过控制模板的裁切角度、支撑架的搭设高度,来满足异型截面、倾斜角度的要求。模板支撑全部采用扣件式钢管脚手架。
  2 工艺流程及操作要点
  2.1 工艺流程
  劲性钢筋混凝土施工流程为:钢结构柱、梁加工→钢构件运输→柱顶标高和轴线位置校准→钢柱、 梁安装→钢柱测量校准→钢柱、 钢梁焊接→钢柱复测→柱钢筋绑扎→柱模板支设→柱混凝土浇筑→梁钢筋绑扎→梁模板支设→梁混凝土浇筑。
  2.2 斜柱定位放线控制
  钢柱安装控制,在钢柱安装前对已安装钢柱轴线位置和柱顶标高进行复测,如有偏差应纠偏。
  (2) 平面控制,斜柱因其呈斜向分布,其水平面控制线位置须根据柱倾角进行CAD放样,计算出从基准轴线到各层斜柱中心线的位置,从中心线到控制轴线位置。
  (3) 空间控制,将斜柱各关键点在CAD中进行精确放样,准确测量各点与相应轴线或中心线的水平距离,以便钢结构、钢筋、模板等各专业作业施工控制。
  (4) 斜柱混凝土浇筑过程中,设测量人员观察斜柱顶端下沉和模板变形情况。根据施工观测情况,在测量放线控制时预留沉降量,以保证结构建成形式满足设计要求。
  (5) 结构图纸通常将钢结构与钢筋分离设计,设计很难充分考虑两者交叉矛盾,通过CAD集中放样,可发现两者间交叉关系,并根据具体情况制订有效措施(图1)。
  
  图1 钢柱控制示意
  2.3 钢结构的深化设计与安装
  2.3.1 钢结构深化设计
  劲钢结构施工的深化设计和纯钢结构的深化设计有所不同。在斜劲钢柱深化设计时要特别做好以下几项工作。
  合理划分每节柱的长度和重量,以保证钢柱能顺利安装,同时要充分考虑钢结构安装和混凝土结构施工相配合,只有充分配合才能保证工程顺利进行。
  (2) 选择钢筋和钢结构的处理做法。
  (3) 满足混凝土结构的混凝土浇筑和模板支撑加固的要求。
  (4) 钢筋和钢构件交接选择穿孔方式,穿筋孔位应尽量远离钢骨梁、柱的拼接焊缝和板边缘,距离应不小于一个孔径。
  2.3.2 钢结构安装流程
  钢结构安装的施工顺序为:搭设操作平台→吊装钢柱→调整钢柱→支撑、 固定→安装钢梁→组对焊接→焊缝检测验收。
  根据斜柱部位的结构特点,将斜钢柱划分为4节安装,第一节柱为地下一层至地上二层,第二节柱为2~5层,第三节柱为5~8层,第四节柱为8~9层。此划分方式从两方面考虑,一是塔式起重机的起重能力,二是安装固定方式。该划分方式保证了每节钢柱重量在22 t以内。第一节斜柱自地下一层至地上二层采用加设临时支撑保证钢柱的位置和角度,第二节钢柱待内筒混凝土结构施工完4层后安装,利用钢梁支撑(图2)。
  
  图2 第二节钢柱安装示意
  2.3.3 钢骨斜柱调整
  钢骨斜柱吊装就位后,采用三面挂倒链、内侧槽钢支撑的方法,调整斜钢柱的位置、角度和标高(图3)。
  
  图3 钢骨斜柱
  采用经纬仪配合激光测距仪的方法进行校准,调整钢骨斜柱。首先用经纬仪在地面上放出钢骨斜柱腹板中心线,在中心线上分别取柱顶、柱中两个投影点架设激光测距仪,架设时应保证支架的水平度。用激光测距仪分别测量各投影点距钢骨斜柱的水平和垂直距离。
  2.3.4 钢骨斜柱固定
  开始安装单向钢梁,如果无单向钢梁,可用槽钢、工字钢作为临时钢梁,保证斜柱顶部的整体位置在规范允许范围内。为保证拆除临时固定后斜柱倾斜角度仍满足设计要求,在调整时应适当考虑斜柱下沉量。
  钢梁安装完毕后开始焊接施工,按常规钢结构焊接规程和顺序施工即可。一级焊缝,焊接完毕后,100%进行探伤检测,须100%探伤合格才能进行下步施工。
  2.4 钢筋工程
  2.4.1 钢筋翻样
  各单体工程斜柱、侧向斜柱、梁设专人翻样,绘制翻样图,并利用计算机辅助翻样。斜柱翻样前需绘制翻样图,翻样图中对每根柱主筋单独编号。单独计算每根主筋长度,并在料单中注明。下料时按翻样图和料单对每根斜柱主筋单独下料,下料后在斜柱上系料牌,料牌上注明斜柱部位和主筋编号,防止混用。特别是在直柱变斜柱和斜柱变直柱部位。下料时各部位箍筋单独码放,用料牌标示,防止混用。
  2.4.2 斜柱异型箍筋的加工和控制方法在箍筋加工前,现场实际放出斜柱大样,反推保护层厚度尺寸,复核箍筋加工尺寸,并配合CAD绘图进行验证,经对比确定箍筋加工尺寸。箍筋加工前,先加工样板,经验收合格后方可大量加工,加工中随时与样板进行比对。
  2.4.3 混凝土斜柱钢筋绑扎方法
  劲性钢筋混凝土斜柱是钢筋施工重点,考虑钢结构的存在对钢筋施工的影响。劲性钢筋混凝土结构钢筋施工时,劲性钢筋混凝土结构里的钢柱、钢梁已安装完成,按常规进行钢筋施工不能满足施工要求。
  柱钢筋绑扎的施工顺序为: 放线→调整主筋位置→主筋连接→套入箍筋→制作箍筋位置标志(固定箍筋皮数杆)→箍筋绑扎。
  梁钢筋绑扎顺序为:上部钢筋安装→套入箍筋→下部钢筋安装→作箍筋位置标示→箍筋绑扎。
  2.4.4 钢筋绑扎注意事项
  在钢筋调整时,要注意钢柱、钢梁的影响,避免钢筋撞上钢梁无法就位,若钢筋避开钢梁则钢筋间距较大,需增加构造筋补充。
  (2) 大箍筋绑扎好后挂拉钩筋。
  (3) 箍筋在梁柱节点位置,在钢梁加工时预留箍筋孔,箍筋做成U形箍筋,穿过钢梁搭接焊,做成封闭箍筋。
  (4) 斜柱由直变斜再由斜变直的节点是施工重点,在地下一层由地下二层的直柱变成斜柱,柱内侧上下钢筋采用互锚方式,并到达柱对面,由于钢骨的存在,中间钢筋沿钢骨的腹板或翼缘板上行或下行一个锚固长度,角部钢筋须到达柱对面,在施工中钢筋很密,先用CAD放样,现场模拟,对钢筋编号,对号加工,对号入座绑扎。斜柱顶外侧钢筋下部钢筋封头,上部钢筋下插锚固,具体做法和下部相同(图4,5)。
  
  斜柱上的侧向斜柱施工,斜柱XKZ3截面尺寸为1 400 mm×1 000 mm,在标高10.750 m处的侧斜柱XKZ4截面为1 000 mm×1 000 mm,两个侧斜柱在标高20.150 m交汇支撑上部XKZ5斜柱,由于钢骨的存在,采取在标高10.750m沿XKZ4方向加宽XKZ3至XKZ4完全伸出XKZ3柱,保证XKZ4柱的钢筋锚固长度,同时保证角部钢筋伸到钢柱对面(图6)。
  
  图6 XKZ4柱示意
  斜柱主筋的位置控制,斜柱主筋连接完毕后,在斜柱外侧钢筋通过马凳控制主筋的位置和保护层厚度,马凳间距1 500 mm左右,和钢柱上的栓钉固定,控制斜柱截面(图7)。
  2.5 模板工程
  2.5.1 构件概念界定
  对于斜柱施工,质量控制的关键在于对模板的控制,模板的设计施工决定混凝土质量及柱成品位置准确度,因此需认真制订切实可行的方案。首先界定斜柱的概念特征,斜柱在支護体系上,既应将其视为水平构件,又应视为竖直构件,即在斜柱下的支撑体系,按水平构件支撑,“底模”需待混凝土强度达100%以上时方可拆除;“侧模”与“顶模”可按柱模(竖直构件)进行支撑,以便控制柱的稳定性(图8)。
  
  2.5.2 一般斜柱模板配制
  2.5.2.1 斜柱模板配制
  框架斜柱模板采用15mm厚覆膜多层板,模板配制高度为梁底以上50mm,配制截面尺寸为图纸尺寸减去3mm。模板竖向龙骨为50mm×100mm方木(间距不大于250mm),斜柱底面、顶面模板及角部模板采用100 mm×100 mm方木封口,中间采用50 mm×100 mm方木(间距不大于250mm)。斜柱模板支撑采用仿框架梁形式,斜柱底面设立杆支撑,水平间距400mm。立杆顶端按斜柱底面水平斜向角度固定小横杆,作为底面模板支架。模板安装后用Ø16螺栓拉紧50mm×100mm方钢管双根作为柱箍锁紧模板,沿斜柱方向间距300 mm布置。从板底小横杆用短管打斜撑支撑侧面模板,并拉住顶面模板柱箍,以保证整体稳定。
  2.5.2.2 斜柱模板安装工艺流程
  斜柱模板安装工艺流程为:制模→弹线→安装底面模板→搭设固定底面模板支架→安装侧面模板、顶面模板→自下而上安装柱箍并安装侧面模板斜撑→预检→浇筑混凝土时钢筋模板复查维护→拆模→模板清理。
  2.5.2.3 一般斜柱及梁模板安装
  放线验收完毕后,先安装斜柱底模板,并用Ø48×3.5脚手管支撑,调整模板角度满足设计要求,如有必要用倒链向外侧拉钢筋,保证模板就位。底模板固定好后安装侧模板和顶模板,自下而上安装柱箍,两侧和顶模板支顶,再次复查模板的垂直度、倾斜角度,调整满足设计和规范要求后对支撑体系加固,模板报验,准备浇筑混凝土(图9)。
  斜劲性柱间的斜梁的模板支设,斜梁的底板和内侧板全部按梁底概念支设,先支设梁底,然后核对内侧模板,调整好梁的角度保证满足设计要求,穿对拉螺栓,核对外侧模板,支撑加固。梁底立杆间距通过计算确定,内侧立杆间距和梁底相同(图10)。
  侧向斜柱混凝土部位的模板复杂,侧向斜柱跨越两层,下层采取梁柱整体浇筑,模板按整体支设,将侧向斜柱的内侧和侧面全部按梁底模板要求支设,外侧按柱模板支设,下层侧向斜柱和斜柱间的空隙较小,按无空隙整体支设模板。
  
  2.5.3 超长斜柱模板施工和防护
  针对超长斜柱,应重点控制模板的接槎和模板的支撑。在本工程中斜柱内外侧无梁可向下搭接,左右两侧有梁不能向下搭接,采取在柱根部增加顶模支撑,内外侧模板在内,左右模板在外的方式保证柱截面。模板支撑采取先将内侧的满堂式脚手架搭设好,借助满堂式脚手架保证柱模板的内侧斜支撑的稳定,也可用满堂式脚手架的水平杆支撑模板,水平杆的内侧和核心筒墙体顶紧。左右两侧模板支撑自梁上用脚手管支撑模板,外侧采用倒链和钢丝绳拉模板,不考虑支撑(图11)。
  斜柱施工还涉及外架的防护问题,由于斜柱在不断向内收,常规的双排脚手架无法满足施工和安全防护要求。本工程根据斜柱的倾斜角度,采取在首层使用双排脚手架,二层以上借助内层的满堂式脚手架延伸到室外,作为外防护架(图12)。
  
  2.6 混凝土工程
  2.6.1 混凝土工程施工难点
  混凝土浇筑是斜柱施工的重中之重,由于斜柱的特殊造型致使混凝土施工有以下难点。
  斜柱箍筋较密,在斜柱底面呈斜面,混凝土向下输送过程中,拌合物中的砂浆易被箍筋挂住,造成斜柱底部混凝土缺少砂浆。
  (2) 部分斜柱斜度较大,且钢筋较密,振动棒很难送至斜柱底部,振动棒在提升过程中易被箍筋卡住。
  (3) 斜柱混凝土振捣过程中,拌合物中产生的气泡不易排出,会积聚在顶面模板下。造成顶面混凝土蜂窝、麻面,影响混凝土观感。
  (4) 劲性钢筋混凝土柱内部有钢柱,钢柱中间有加劲板,须保证加劲板下混凝土密实。
  2.6.2 主要措施
  针对以上难点,采取以下几项措施。
  采取自密实混凝土,辅助振动棒振捣。
  (2) 由于斜度较大未考虑斜柱上面开孔,采取模板外平板式振动器辅助振捣,无法放振动器部位由人工敲击模板。
  (3) 试棒时寻找合适的下棒点,保证柱四角可全部振捣。
  3 质量控制
  由于斜柱施工较为少见,所以无相应的质量验收标准。根据设计要求,参考有关规范和标准,结合工程实际制订质量验收标准(表1)。
  表1 斜柱质量验收标
  在施工中,可大胆探索超长斜向劲性柱施工工艺,解决了斜向钢结构柱施工、超长柱模板设计、高强度混凝土施工等技术难题,节约了工时及临时支撑材料,混凝土表面平整度控制在2mm以内,混凝土的外观质量优良,并形成了专利技术和技术论文,取得了良好的社会效益及经济效益(表2)。
  表2 技术指标测量结果
  
  4 安全措施
  无法周转使用的模板,拆模后运至模板架上,不得靠在其他物体上,防止滑移、倾倒。
  (2) 浇筑斜柱混凝土时 ,需在柱边支搭操作平台,平台上需有高度不低于1 500 mm的防护栏杆。平台上铺脚手板,严禁工人或指挥人员站在梁底模和模板口上。
  (3) 浇筑斜柱混凝土时,指派专人看管斜柱底支撑,防止意外发生。
  5 结语
  现浇劲性钢筋混凝土斜框架柱是较为新颖的结构形式,相关的施工资料和技术资料较少,通过本工程对施工技术的实践和探索,尽可能采取常规方法来实现设计要求,增加周转材料的周转利用次数以降低成本,从而使其有较好的推广价值,取得较好的社会效益。
  
  
  参考文献
  [1] 李铁兵.高大框架柱应用工字梁木模板体系的设计与施工[J].建筑技术,2011,42(8):695-699.
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