大截面異形型鋼混凝土柱施工技術(shù)研究

馬 其 勇

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

?

大截面異形型鋼混凝土柱施工技術(shù)研究

馬 其 勇

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

結(jié)合某高層建筑工程實例，介紹了大截面異形型鋼混凝土柱的施工技術(shù)，并從鋼筋工程、模板工程和混凝土工程三方面，闡述了該構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計施工措施，經(jīng)實踐證明，該類構(gòu)件在后續(xù)施工中未出現(xiàn)任何異常情況，且施工質(zhì)量得到了有效保障。

型鋼，混凝土，模板，鋼筋

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，人們對建筑的需求也越來越高，現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)型式已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)代人們的需求?；炷两Y(jié)構(gòu)從當(dāng)初的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)發(fā)展到后來的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，再發(fā)展到后來的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。其中型鋼混凝土結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于超高層建筑或上部荷載較大的結(jié)構(gòu)中。型鋼混凝土具有較高的承載力和抗震性能及耐火性等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用。在型鋼混凝土柱中可使用普通矩形型鋼和其他異形型鋼，其中異形型鋼剛度大、抗彎性能和抗剪性能等更好，并且其外觀靈活，可根據(jù)建筑要求更改外觀尺寸，達(dá)到建筑設(shè)計中的美學(xué)要求，因此大型體育館中應(yīng)用較廣。本文即根據(jù)某工程采用的大截面異形型鋼混凝土柱的施工，對其模板工程、鋼筋工程和混凝土工程的施工進行研究[1-5]。

1 工程概況

某飯店為超高層建筑，建筑總高為242.3 m，總建筑面積達(dá)172 902 m2，主體結(jié)構(gòu)型式為型鋼混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)平面呈矩形，結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖1所示。建筑外圍共16根型鋼混凝土柱，分別為8根矩形型鋼混凝土柱和8根異形型鋼混凝土柱。8根矩形柱的截面尺寸為1 400 mm×2 500 mm，8根異形柱的外形為∠型，截面尺寸為4 034 mm×1 000 mm+3 343 mm×1 200 mm。型鋼柱與核心筒的連接方式為鋼梁連接，其中異形柱的配筋圖和詳細(xì)尺寸圖如圖2所示。

由于異形柱的截面尺寸較大，型鋼外鋼筋綁扎密度較大，并且箍筋不能穿過型鋼，再加上型鋼外表面栓釘較多，混凝土強度為C60，坍落度較小，這些影響因素不利于混凝土澆筑。并且該樓高度較高，混凝土泵送高度最高為238 m，混凝土在泵管內(nèi)行駛路程較遠(yuǎn)，運送時間較長，混凝土坍落度又較小，這些因素均可能出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象，因此在整個混凝土工程中，混凝土的配合比、泵送性能和澆筑方法均成為該工程的重點控制項目和難點項目。

2 施工方案

超高層建筑在施工時，混凝土工程是整個工程的重中之重，而模板工程也是整個工程施工的重要組成部分，因此本節(jié)對模板工程進行比選，確定模板施工方案；對混凝土工程的配合比、泵送和澆筑方案進行比選，確定最終混凝土施工方案。

2.1 模板施工方案

1)模板類型。在目前已知的異形型鋼柱施工中所使用的模板一般為爬模、整體鋼模、拼裝木模和鋼木組合模板，這些模板各有其特點，如：

a.爬模在結(jié)構(gòu)外部豎向施工過程中速度最快，自帶升降功能，僅安裝一次則可直接使用至施工結(jié)束。但當(dāng)柱截面發(fā)生突變時，尤其是對于異形截面，由于存在陰角等影響爬模進退的因素，并且型鋼柱和樓板不能同時澆筑施工，施工時遇到這種現(xiàn)象時施工難度較大；

b.采用大型柱鋼模進行施工時，施工速度較快，但柱與板同時澆筑施工時模具周轉(zhuǎn)速度較慢，并且由于大型柱鋼模自重較大，安裝和搬運時需要有塔式起重機配合施工，施工難度較大；

c.采用常規(guī)的拼裝木模施工時，施工速度快，搬運輕松，柱、板可同時澆筑施工，對塔式起重機依賴性較小，但采用木模施工后對型鋼柱表面成型的效果影響較大，易產(chǎn)生脹?，F(xiàn)象，并且支設(shè)木模時所產(chǎn)生的人工費較高，目前大多數(shù)超高層建筑的柱、板均采用木模施工；

d.鋼模和木模組合施工時，對塔式起重機的依賴性較小，并且施工時柱、板可同時施工，但鋼模和木模共同作用時密封性較差，澆筑完成后易漏漿，影響混凝土強度及外觀，因此在超高層建筑施工時應(yīng)用較少。

綜合比對上述4種模板施工的效果和實際現(xiàn)場的需求，由于實際施工中型鋼混凝土柱與核心筒的連接為鋼梁連接，設(shè)計方案中鋼梁上部樓板為現(xiàn)澆混凝土并非壓型鋼板上鋪混凝土的形式，因此施工時采用爬模和大型柱鋼模施工難度較大，采用鋼模和木模組合施工時弊端較多，因此最終決定采用常規(guī)拼裝木模施工，但在木模內(nèi)側(cè)應(yīng)做增強處理。

2)螺桿安裝方案。本工程模板采用常規(guī)拼裝木模進行施工，但由于木模整體剛度較小，澆筑混凝土后易變形、易脹模，因此在進行施工時應(yīng)在木模內(nèi)側(cè)做增強處理，如增加螺桿的數(shù)量等。由于型鋼柱內(nèi)存在厚度較大的型鋼，若采用對拉螺桿則需提前在型鋼上打眼再穿對拉螺桿，在型鋼上打眼穿孔后不利于型鋼的整體剛度和抗剪強度，因此在型鋼混凝土中一般不采用對拉螺桿的形式；若在型鋼上焊接螺桿，則不利于后續(xù)箍筋的綁扎，并且焊接后的螺桿不可重復(fù)利用，螺桿最終均澆筑在混凝土中。本工程在對螺桿施工時，經(jīng)多方面討論和實際試驗操作，最終采用可循環(huán)使用的螺桿，即：在型鋼柱上焊接特制的直螺紋套管，在螺紋套管上擰上12 mm的經(jīng)加工后帶絲的光圓鋼筋，鋼筋上套內(nèi)徑為15 mm的PVC管，PVC管的壁厚不小于2.5 mm，避免澆筑混凝土后由于混凝土自重和振搗力將PVC管壓扁，阻礙鋼筋的再次重復(fù)利用。經(jīng)計算，采用這種方式制作的可循環(huán)利用的螺桿，理論上可使整個項目節(jié)省32 t的鋼筋，實際施工完成后僅此單項施工節(jié)省31 t鋼筋，與計算值基本相符，僅此單項施工為項目節(jié)省9.5萬元。

2.2 混凝土施工方案

1)配合比設(shè)計?；炷翉姸仍O(shè)計等級為C60高強混凝土，而在設(shè)計文件中并未提及混凝土配合比設(shè)計，因此施工方在選用混凝土配合比時，不僅考慮混凝土強度等級滿足設(shè)計要求，而且所選用的混凝土施工性能和泵送性能等也必須滿足現(xiàn)場施工性能。

經(jīng)建設(shè)方、監(jiān)理方、施工方和商品混凝土攪拌站共同商討混凝土配合比設(shè)計，并進行試驗分析，最終將普通混凝土中的水泥用量減少，由450 kg/m3降至400 kg/m3；將粉煤灰和硅灰的摻量相應(yīng)增加，由45 kg/m3增加至70 kg/m3；將萘系緩凝高效減水劑JM-8替換為聚羧酸P818高效減水劑，減水劑用量也從9.9 kg/m3增加至10.8 kg/m3。在混凝土中減少水泥的用量，增加粉煤灰的用量是為降低水泥水化熱，減少混凝土成型后內(nèi)部裂縫；增加硅灰的用量是為提高混凝土強度，由于硅灰粒徑較小，加入混凝土中后可填充混凝土內(nèi)的微小孔洞，提高混凝土的密實度，從而提高混凝土的強度，并且加入硅灰后硅灰也可參與混凝土的水化反應(yīng)，并且水化熱也較小，從而可雙向提高混凝土強度；增加減水劑的用量是為降低拌合水的相對用量，從而降低水化熱。原配合比中所使用的萘系減水劑配制的混凝土黏聚力較大，不宜遠(yuǎn)距離泵送，而替換后所使用的聚羧酸減水劑配制的混凝土和易性較好、黏聚力較小，適合遠(yuǎn)距離泵送，施工性能良好。對配合比進行優(yōu)化后得到的配合比為:水∶水泥∶粉煤灰∶硅灰∶砂∶石∶減水劑=0.3∶0.74∶0.13∶0.13∶1.13∶2.04∶0.02。施工現(xiàn)場對混凝土坍落度和初凝時間進行測試，得到：2 h坍落度損失為30 mm，并無泌水現(xiàn)象；初凝1.5 h，終凝9 h；容重2 420 kg/m3；7 d抗壓強度高達(dá)57 MPa。

2)混凝土澆筑方案。由于本工程型鋼混凝土柱混凝土強度等級為C60，樓板混凝土強度等級為C35，并且澆筑混凝土所涉及的面積較大，因此澆筑時采用分區(qū)澆筑，分區(qū)示意圖如圖3所示。澆筑時，將相鄰兩個型鋼混凝土柱和周邊樓板劃分為一個區(qū)，首先采用泵管接軟管的方式對混凝土柱進行分層澆筑，澆筑一層后再對本區(qū)域混凝土樓板進行澆筑，之后同樣還采用這種交替澆筑的方式施工，該區(qū)域柱、板澆筑完成后再對下一區(qū)域進行澆筑。澆筑時，在柱周圍布置鋼絲網(wǎng)，避免澆筑過程中柱內(nèi)混凝土流入樓板中或樓板混凝土流入混凝土柱中。交替施工的優(yōu)點在于可降低混凝土對模板的側(cè)壓力，并且短時間交替施工也可避免柱、板冷縫的產(chǎn)生。

3 大截面異形型鋼混凝土柱優(yōu)化施工

3.1 異形型鋼柱鋼筋施工

3.2 柱模板施工

1)模板設(shè)計優(yōu)化。由于異形柱在陰角拐角處角度較小，支模時難度較大，并且常規(guī)支模方案下陰角處模板不易拆除。但此陰角對裝修并無影響，因此經(jīng)建設(shè)方、監(jiān)理方、設(shè)計方和施工方確定后，將此處模板優(yōu)化成如圖2所示的支模形式。

2)模板加固施工。由于型鋼混凝土柱截面較大，在澆筑施工時，柱內(nèi)混凝土的自重對模板側(cè)向壓力較大，并且型鋼與模板之間的混凝土厚度較薄，振搗時振搗棒與模板距離較近，易對模板產(chǎn)生較大的振動荷載和側(cè)向壓力，兩種力綜合作用下所產(chǎn)生的側(cè)向壓力遠(yuǎn)大于常規(guī)木模板的承載力，因此需對模板進行加固處理。加固時采用100 mm×100 mm×5 mm的方鋼焊接鋼箍進行定型加固，鋼箍的間距為400 mm～600 mm；次楞采用100 mm×100 mm的方木制作，次楞的間距不大于300 mm；木模板采用進口的18 mm厚維薩板。每個異形柱鋼箍安裝時，均分為五部分進行安裝，鋼箍安裝后示意圖如圖5所示。

安裝次楞時，由于型鋼柱截面較大，因此安裝時需要采用對拉螺桿進行加固處理。安裝對拉螺桿時，當(dāng)遇到型鋼腹板時，在型鋼腹板上鉆20 mm的孔，其他部位的螺栓安裝按上節(jié)施工，對拉螺桿布置圖如圖6所示。

型鋼混凝土柱模板安裝前，首先在加固所用的方鋼上開φ20 mm×50 mm的孔，在螺桿和次楞垂直處安裝120 mm×70 mm×12 mm的角鋼墊片，非垂直處安裝75 mm×75 mm×6 mm的角鋼墊片，模板加固示意圖如圖7所示。根據(jù)工程經(jīng)驗和理論分析，得到當(dāng)螺桿與模板不垂直固定時該處模板易發(fā)生脹?，F(xiàn)象，并且該處的螺桿也受到較大的側(cè)向剪力而發(fā)生較大的變形，如圖8所示。因此在安裝此處模板的螺桿時，將施工設(shè)計方案進行調(diào)整，即將螺桿角度進行局部調(diào)整，調(diào)整后的螺桿布置示意圖如圖9所示，對螺桿布置進行調(diào)整后澆筑時并未發(fā)生脹模和螺桿變形的情況。

3.3 高強混凝土施工

1)泵送施工要求。由于本工程所使用的混凝土強度等級為C60，澆筑時粘度較大，坍落度較小，并且初凝時間較短，因此在施工時，除對配合比設(shè)計進行優(yōu)化后，在泵送施工時還應(yīng)注意以下幾點：

a.混凝土攪拌車將混凝土運送至施工現(xiàn)場泵送前，應(yīng)高速攪拌1 min，確?；炷涟韬衔飪?nèi)的勻質(zhì)性；

b.泵送前對混凝土的坍落度進行測試，確保泵送前的坍落度為180 mm～200 mm；

c.高溫下施工時，由專人負(fù)責(zé)對泵管進行降溫處理，避免管內(nèi)混凝土失水較多而堵泵，并減小混凝土的坍落度損失。

2)澆筑方法。由于混凝土柱內(nèi)存在型鋼，型鋼將混凝土柱分隔為多個獨立的狹小空間，因此澆筑時應(yīng)采用小型振搗棒對每個分隔的腔內(nèi)混凝土進行分別澆筑，確保柱內(nèi)混凝土的密實性，柱內(nèi)混凝土振搗點分布圖如圖10所示。

4 結(jié)語

本工程施工完成后，并未發(fā)現(xiàn)存在脹模和漏漿等現(xiàn)象。通過上述施工得到：

1)由于施工的連續(xù)性和復(fù)雜性，對設(shè)計圖紙中不合理的地方經(jīng)設(shè)計方同意后進行局部調(diào)整，降低施工難度；

2)通過相關(guān)試驗和施工經(jīng)驗確定最優(yōu)施工方案，既可降低施工成本，又能提高施工效率和工程質(zhì)量；

3)模板安裝時，打破常規(guī)施工思維，創(chuàng)造新型螺桿連接方式，既能達(dá)到設(shè)計要求，又能保證施工質(zhì)量和工程安全；

4)根據(jù)不同地區(qū)和不同氣候下，對混凝土配合比進行調(diào)整，確定最優(yōu)施工方案。

通過本文對大截面異形型鋼混凝土柱的施工進行研究，得到一系列施工優(yōu)化方案，可為以后類似工程提供一定參考。

[1] 徐金俊,陳宗平,陳宇良,等.型鋼混凝土異形柱抗震性態(tài)及其量化指標(biāo)研究[J].土木工程學(xué)報,2014(S2):133-138.

[2] 王 妮,陳宗平,陳宇良.反復(fù)荷載下型鋼混凝土異形柱空間角節(jié)點的破壞機理及損傷分析[J].工程力學(xué),2015(3):140-150.

[3] 方 林,張 波,金國芳,等.型鋼混凝土十字形異形柱抗震性能試驗及有限元分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015(3):1027-1033.

[4] 陳宗平,徐金俊,薛建陽,等.基于變形和能量雙重準(zhǔn)則的型鋼混凝土異形柱地震損傷行為研究[J].土木工程學(xué)報,2015(8):29-37.

[5] 李凱文,劉國華,萬 鑫,等.型鋼高性能混凝土十字形異形柱抗震性能試驗研究[J].工程抗震與加固改造,2015(6):8-14，22.

Construction technology of large cross section of SRC column

Ma Qiyong

(ShanxiEighthConstructionGroupLimitedCompany,Taiyuan030027,China)

Combining with some high-rise construction project, the paper introduces the construction technique of the large cross-section of SRC column, illustrates the optimal design construction of the components from the reinforcement project, framework project, and concrete project, proves the component has no abnormal situations in the following construction and its construction quality can provide the effective guarantee.

steel, concrete, framework, reinforcement

2016-10-28

馬其勇(1982- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0113-03

TU755

A