多分支大截面型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工

□文/張威 畢江寰

多分支大截面型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工

□文/張威 畢江寰

結(jié)合實(shí)際工程，介紹多分支大截面型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)。采用預(yù)分支連接技術(shù)及針對(duì)于該技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、鋼筋排布和連接、混凝土定位振搗的綜合技術(shù)措施，降低了現(xiàn)場(chǎng)工人拼裝焊接作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了安裝、測(cè)量控制手段和施工管理難度，提高了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。

型鋼；混凝土；多分支；大截面

1　工程概況

1.1建筑概況

某工程用地面積32 921.8 m2；總面積66 637.0 m2，其中地下17381m2，地上49256m2。

地上總共有20層，1～2層為裙房，3～14層分為東西兩個(gè)塔樓（左側(cè)為西塔），塔樓部分東西長(zhǎng)122 m。南北寬25 m，東西兩個(gè)塔樓于15～20層連接為一個(gè)整體；裙房2層；地下1層。

建筑地上功能以辦公為主。建筑在18、19層設(shè)置兩層通高小型報(bào)告廳，20層設(shè)大型會(huì)議室。建筑頂層局部設(shè)置屋頂花園。

地下部分為整體地下室，主要功能為地下車庫(kù)，設(shè)備用房及廚房功能。地下室東西向長(zhǎng)182 m，南北寬107m。

地下一層層高為5.0 m；塔樓首層層高5.40 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.50 m，頂層層高8.6 m。主樓96.05 m；幕墻最高點(diǎn)100.1m，見(jiàn)圖1。

圖1　建筑立面

1.2結(jié)構(gòu)概況

為實(shí)現(xiàn)東西兩個(gè)塔樓15～20層的連體部分，采用內(nèi)筒外框結(jié)構(gòu)并在框架部分采用勁性混凝土結(jié)構(gòu)以及部分型鋼結(jié)構(gòu)的十字抗剪撐。特別是西塔樓與連體部分連接的一側(cè)邊跨框架柱為外傾柱子，外傾斜角度5.72°。框架柱截面1 100 mm×1 100 mm、1 200 mm× 1 100 mm，框架梁截面700 mm×1 350 mm、500 mm×1 000 mm?？蚣苤炷翉?qiáng)度為C60。勁性鋼結(jié)構(gòu)總量3356.212t，見(jiàn)表1。

表1　勁性柱統(tǒng)計(jì)

表1中的數(shù)量一欄的數(shù)量是單層的數(shù)量，見(jiàn)圖2-圖5。

圖2　XGZ1

圖3　XGZ2

圖4　KZ 3

圖5　YDZ1、YDZ2

2　技術(shù)要點(diǎn)與難點(diǎn)分析

1）型鋼混凝土預(yù)分支結(jié)構(gòu)型鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)難度大?？辜魮?、鋼梁的預(yù)連接段與型鋼柱匯集的節(jié)點(diǎn)較多，除了柱子本身，預(yù)連接段分支最多為8分支，特別是西塔樓的外傾柱子，外傾斜角度5.72°，完全是空間結(jié)構(gòu)體系，無(wú)規(guī)律可循，也無(wú)先例參考。通過(guò)探索、研究出以預(yù)分支連接技術(shù)為核心的空間施工方法，充分考慮節(jié)點(diǎn)部位存在多個(gè)方向構(gòu)件匯集，構(gòu)件數(shù)量多、重量大、造型復(fù)雜的特點(diǎn)。此法可有效發(fā)揮工廠預(yù)制型鋼構(gòu)件精度高，加工速度快的特點(diǎn)，避免零散件在施工現(xiàn)場(chǎng)拼接而影響質(zhì)量和工期；加工完成的型鋼段尺寸、預(yù)分支空間位置、傾角準(zhǔn)確又為下一步安裝就位和采用平面投影法測(cè)量控制工作提供了前提；也為預(yù)分支型鋼構(gòu)件發(fā)揮自身剛度、強(qiáng)度潛力為后續(xù)相鄰構(gòu)件連接打下了基礎(chǔ)。

型鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)主要是利用TeklaStructures、AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行，充分考慮各構(gòu)件重量、形心、重心等幾何參數(shù)滿足后續(xù)施工吊運(yùn)、支撐要求；各預(yù)分支的長(zhǎng)短、各預(yù)分支間的角度滿足設(shè)計(jì)要求和施工便捷性；考慮鋼筋工程的通過(guò)性、生根與收頭要求及設(shè)置必要的模板加固、混凝土澆筑所需預(yù)留開(kāi)孔等。

2）型鋼混凝土預(yù)分支結(jié)構(gòu)鋼筋工程深化設(shè)計(jì)難度大。鋼筋工程深化設(shè)計(jì)主要是結(jié)合型鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的高科技手段和傳統(tǒng)鋼筋翻樣相結(jié)合，集中放樣找出型鋼構(gòu)件與鋼筋之間的位置關(guān)系并根據(jù)具體情況制定有效措施。鋼筋工程對(duì)應(yīng)的深化設(shè)計(jì)主要任務(wù)是根據(jù)根部預(yù)分支、頂部交匯段型鋼構(gòu)件的截面尺寸和空間位置，適當(dāng)調(diào)整相應(yīng)柱（撐、斜柱）主筋位置和箍筋截面大小、數(shù)量或箍筋形式使鋼筋設(shè)置符合設(shè)計(jì)要求，總結(jié)出了“穿、繞、織、接”四種方式，其中“織”是重點(diǎn)，需要由深化設(shè)計(jì)人員詳細(xì)對(duì)鋼筋錨固、彎起位置和鋼筋綁扎順序進(jìn)行確定；“接”的方法包括焊接連接、設(shè)置鋼筋連接器、設(shè)置附加焊筋板等。

3）西塔樓外傾型鋼柱子構(gòu)件空間段安裝測(cè)量、控制方法難度大。型鋼構(gòu)件空間段安裝測(cè)量、控制方法主要是利用TeklaStructures、CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和構(gòu)件安裝位置將空間三維構(gòu)件邊緣控制線或中心線進(jìn)行水平投影即將空間三維轉(zhuǎn)換為平面二維，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控作業(yè)則是在樓面上放出構(gòu)件水平投影線，采用吊線法、經(jīng)緯儀施測(cè)法與水平投影線重疊并在豎向輔助以標(biāo)高進(jìn)行校核保證構(gòu)件安裝標(biāo)高符合工程垂直控制網(wǎng)測(cè)控要求。采用水平投影即將空間三維轉(zhuǎn)換為平面二維，降低了測(cè)控難度，提高了施測(cè)效率，確保了施工質(zhì)量。

4）模板工程支撐體系復(fù)雜，模板節(jié)點(diǎn)部位加固難度大。型鋼混凝土空間分叉結(jié)構(gòu)有關(guān)臨時(shí)支撐、鋼筋工程、模板工程、混凝土工程施工方案選擇則是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與預(yù)分支連接技術(shù)有機(jī)結(jié)合，精確獲取空間三維構(gòu)件的幾何參數(shù)（幾何尺寸、幾何型心、中心線）、質(zhì)量參數(shù)（重量、重心）等各項(xiàng)施工技術(shù)所需數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行科學(xué)有效的分析、計(jì)算和選擇。

3　工程實(shí)施

3.1工藝流程

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)空間分段→深化設(shè)計(jì)（型鋼構(gòu)件、鋼筋工程）→型鋼構(gòu)件加工制造→臨時(shí)支撐系統(tǒng)搭設(shè)→根部分叉段型鋼構(gòu)件就位、測(cè)控、安裝→根部分叉段鋼筋綁扎→模板支撐系統(tǒng)搭設(shè)→根部分叉段支設(shè)模板→根部分叉段混凝土澆筑→中間段型鋼構(gòu)件就位、測(cè)控、安裝→頂部交匯段型鋼構(gòu)件就位、測(cè)控、安裝→中間段、頂部交匯段鋼筋、模板、混凝土工程依次按序施工。

3.2型鋼混凝土預(yù)分支結(jié)構(gòu)型鋼構(gòu)件施工

1）預(yù)分支連接技術(shù)原理。將各桿件匯集的節(jié)點(diǎn)及豎向構(gòu)件（以下簡(jiǎn)稱“預(yù)分支構(gòu)件”）作為一個(gè)整體空間構(gòu)件，在工廠內(nèi)預(yù)先制作出來(lái)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。除節(jié)點(diǎn)構(gòu)件外，也為預(yù)分支型鋼構(gòu)件發(fā)揮自身剛度、強(qiáng)度潛力為后續(xù)相鄰構(gòu)件連接打下了基礎(chǔ)。

2）預(yù)分支連接技術(shù)”施工要點(diǎn)。充分考慮預(yù)分支節(jié)點(diǎn)部位存在多個(gè)方向的預(yù)分支，構(gòu)件數(shù)量多、重量大、造型復(fù)雜的特點(diǎn)，應(yīng)滿足從工廠到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸工具要求和運(yùn)輸?shù)缆返耐ㄟ^(guò)限制；滿足現(xiàn)場(chǎng)平面布置、吊裝機(jī)械要求，使吊裝機(jī)械夠得著、吊得起；避免構(gòu)件因各預(yù)分支長(zhǎng)短、重量相差過(guò)大而造成構(gòu)件整體偏心嚴(yán)重至現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)存放、施工安裝、就位困難；根部預(yù)分支段和頂部交匯段的預(yù)分支應(yīng)具有足夠的長(zhǎng)度，以確保預(yù)分支間有臨時(shí)固定或連接施焊、螺栓緊固等作業(yè)所需空間。

3）勁性鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝。東西塔樓-1～20層通高分布有20根鋼骨混凝土勁性柱；其中西塔樓東側(cè)由-1～15層分布有4根斜柱，斜柱的定位與模板支設(shè)為本工程的一個(gè)難點(diǎn)，見(jiàn)圖6。

圖6　塔吊布置

總體施工順序?yàn)橹?、梁系統(tǒng)→支撐系統(tǒng)且先安裝樣板區(qū)再依次安裝各系統(tǒng)構(gòu)件。

（1）進(jìn)行初校，確定錯(cuò)位值。鋼柱的初校是對(duì)鋼柱的就位中心線的控制和調(diào)整。

（2）鋼柱重校，調(diào)整垂偏。鋼柱初校后吊裝鋼梁、緊固安裝螺栓，使鋼結(jié)構(gòu)具有初步的剛度和一定的空間尺寸后，對(duì)柱、梁中的水平度，鋼柱的垂直度進(jìn)行全面的重新校正。

（3）為保證梁柱節(jié)點(diǎn)處軸線位移準(zhǔn)確，隨時(shí)用經(jīng)緯儀跟蹤測(cè)量，用倒鏈調(diào)整。

3.3型鋼深化設(shè)計(jì)

1）充分考慮預(yù)分支構(gòu)件、中間段的拼接方式，設(shè)置適合的焊接坡口及臨時(shí)耳板等。

2）預(yù)分支構(gòu)件重量較大，存在偏心，多段連接時(shí)通常需要合理設(shè)置吊耳、吊裝孔的位置，尤其是斜向吊裝連接，需要首先計(jì)算好吊點(diǎn)位置采用不同長(zhǎng)度的吊索進(jìn)行吊裝固定。

3）一般情況下型鋼構(gòu)件的連接采用焊接形式，相互連接段應(yīng)充分考慮預(yù)留誤差調(diào)節(jié)量，如施焊坡口預(yù)留量或高強(qiáng)螺栓連接孔預(yù)留量。

4）與鋼筋工程的密切配合協(xié)調(diào)、縝密設(shè)計(jì)是型鋼混凝土空間預(yù)分支構(gòu)件結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、施工的難點(diǎn)所在。需要鋼筋翻樣和深化設(shè)計(jì)人員密切配合，并與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員積極溝通。一般需要設(shè)置穿筋孔、焊筋板、鋼筋連接器等。

5）考慮設(shè)置模板加固對(duì)拉螺栓孔，混凝土澆筑孔、振搗孔，見(jiàn)圖7。

圖7　節(jié)點(diǎn)穿筋深化設(shè)計(jì)

3.4型鋼混凝土預(yù)分支結(jié)構(gòu)鋼筋工程施工

鋼筋工程深化設(shè)計(jì)主要是結(jié)合型鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的高科技手段和傳統(tǒng)鋼筋翻樣相結(jié)合，集中放樣找出型鋼構(gòu)件與鋼筋之間的位置關(guān)系并根據(jù)具體情況制定有效措施。

3.5模板工程

框架柱采用覆膜多層板配模。覆膜多層板12 mm厚，模板按照四面加工制作，每面覆膜多層板用木方連成整體固定，施工時(shí)連接組裝4個(gè)單面的多層板即可。

梁柱接頭模板采用12 mm厚多層板制作，每邊做成兩塊，模板背40mm×60 mm方通間距140 mm，柱箍用16 mm對(duì)拉螺栓加雙方通，同時(shí)，梁模板壓柱頭模板并用釘子連接。

3.6混凝土澆筑

由于鋼骨混凝土柱、梁混凝土施工與鋼結(jié)構(gòu)安裝施工互相穿插，混凝土強(qiáng)度較高，因此施工中應(yīng)針對(duì)鋼構(gòu)混凝土的特點(diǎn)，在施工階段采取適當(dāng)措施來(lái)控制高強(qiáng)混凝土的裂縫、加強(qiáng)對(duì)鋼構(gòu)混凝土節(jié)點(diǎn)配筋密集區(qū)的混凝土下料及振搗，保證柱體混凝土成型質(zhì)量以及控制鋼結(jié)構(gòu)不發(fā)生偏移等。

1）混凝土澆筑前的準(zhǔn)備。在混凝土澆筑前，鋼結(jié)構(gòu)必須做好埋件定位、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊、吊裝等工作，在混凝土施工過(guò)程中，要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)定位進(jìn)行精確控制。

2）混凝土澆筑。鋼柱、鋼梁及密集鋼筋限制了混凝土的流動(dòng)且箍筋、拉筋密集，為保證混凝土澆筑的質(zhì)量，采用鋼結(jié)構(gòu)四面均勻多點(diǎn)布料法，每個(gè)下料點(diǎn)時(shí)間適當(dāng)，對(duì)于鋼筋配制特別密集的區(qū)域可采用同強(qiáng)度等級(jí)的細(xì)石澆筑。

采取分層澆筑、分層振搗，每層厚度≯40 cm（用標(biāo)尺桿并輔以高能電筒照明隨時(shí)檢查混凝土高度及振搗情況），振搗上層時(shí)，應(yīng)插入下層5cm。

混凝土澆筑完畢后，用木抹子按標(biāo)高線將柱上表面混凝土找平，澆筑面應(yīng)高出標(biāo)高線10～20 mm。高出部分作為施工縫的處理余量。由于部分型鋼柱加勁板高出當(dāng)層板頂標(biāo)高，此部位混凝土澆筑時(shí)應(yīng)高出加勁板50mm以保證加勁板下混凝土的密實(shí)性。

澆筑混凝土的過(guò)程中應(yīng)派專人看護(hù)模板，發(fā)現(xiàn)模板有變形、位移時(shí)立即停止?jié)仓⒃谝褲仓幕炷两K凝前修整完好，再繼續(xù)澆筑。振搗時(shí)須保證混凝土填滿填實(shí)。

3）混凝土振搗。用4個(gè)φ30mm振搗棒同時(shí)進(jìn)行振搗并始終保持振搗區(qū)域內(nèi)的混凝土厚度，及時(shí)添加新混凝土，使混凝土從鋼柱四側(cè)逐漸向周圍延伸，同時(shí)也可把氣泡從中排出。若采用上述方法仍然難以振搗密實(shí)，可在模板外輔以附著式振搗器振搗。在間隙狹小處利用鋼釬等在下層混凝土初凝之前將上層混凝土搗下去，避免出現(xiàn)施工冷縫。振搗器振搗時(shí)不得與鋼結(jié)構(gòu)靠的太近或接觸，混凝土不得直接由泵管或布料管直接下料入模，避免沖擊鋼結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖8。

圖8　振搗孔

鋼梁下翼緣板以下從鋼梁一側(cè)下料，用振搗器在型鋼鋼梁一側(cè)振搗，將混凝土從鋼梁底擠向另一側(cè)，待混凝土高度超過(guò)鋼梁下翼緣板100 mm以上時(shí)改為兩側(cè)兩人對(duì)稱振搗，以確保鋼梁底部混凝土密實(shí)。待澆至上翼緣板150 mm時(shí)，再?gòu)牧嚎缰虚_(kāi)始下料澆筑并從梁的中部開(kāi)始振搗，逐漸向兩端延伸，至上翼緣板下的全部氣泡從鋼梁兩端及梁柱節(jié)點(diǎn)位置穿鋼筋的孔中排出為止。

4　質(zhì)量保證措施

1）柱頭采取二次振搗。在梁柱相交處鋼筋粗而密，振搗器改用HZ-30，同時(shí)在混凝土初凝前采取二次振搗，可保證柱頭處混凝土的密實(shí)。

2）澆筑厚度控制措施。在豎向結(jié)構(gòu)澆筑混凝土?xí)r每次澆筑高度不超過(guò)400 mm，用鋼筋或鋼管做一測(cè)桿，按400mm格劃線，測(cè)量時(shí)直立在混凝土上表面上，以外露測(cè)桿的長(zhǎng)度來(lái)檢驗(yàn)分層厚度并配備照明燈具。

3）混凝土表面處理措施。當(dāng)混凝土振搗完畢后，用4、2 m長(zhǎng)的木刮杠按設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行找平隨刮隨拍打使混凝土密實(shí)。然后用木抹子再反復(fù)搓抹，提漿找平，使混凝土面層進(jìn)一步的密實(shí)，最后在混凝土終凝前再抹壓收漿一遍，可避免因混凝土收縮而出現(xiàn)裂縫。

4）施工縫處理措施。在澆筑豎向結(jié)構(gòu)的混凝土前，對(duì)上次施工的混凝土結(jié)構(gòu)表面浮漿進(jìn)行剔除，直到露出密實(shí)表面，鋼筋表面水泥漿用鋼絲刷徹底刷于凈；澆筑混凝土前必須先澆一層與混凝土配合比相同的水泥砂漿50～100mm結(jié)合層，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

5）施工縫處理措施?；炷翝仓耐瑫r(shí)要預(yù)防下雨時(shí)的雨水對(duì)混凝土的影響，混凝土澆筑過(guò)程中若下雨，已澆筑完成的混凝土表面用塑料布覆蓋，以防雨水將混凝土表面沖成麻面，影響混凝土觀感質(zhì)量。

5　結(jié)語(yǔ)

以預(yù)分支連接技術(shù)為核心的空間施工方法提高了復(fù)雜勁性鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與管理的科學(xué)性、綜合性，保證了工程質(zhì)量，施工安全可靠，節(jié)省工期。運(yùn)用該成果施工減少了大型施工機(jī)械臺(tái)班數(shù)量。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.005

□畢江寰/天津一建建筑工程有限公司。

□TU375

□C

□1008-3197（2015）02-12-04

□2014-12-31

□張威/男，1959年出生，工程師，天津一建建筑工程有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。