分散式鋼棒混凝土柱施工技術(shù)研究*

羅 杰，張 逸，羅宗禮，陳學(xué)朋，張 健，肖建春

(1.中建四局第六建設(shè)有限公司, 安徽 合肥 230011；2.貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心, 貴州 貴陽 550003)

1 工程概況

貴陽世界貿(mào)易中心項目位于貴陽市云巖區(qū)，為擁有5棟超高層的建筑項目。建筑最高高度為381m。工程采用框筒結(jié)構(gòu)，外框架柱下部約2/3高度采用分散式鋼棒混凝土柱，其余部分采用鋼筋混凝土柱。

分散式鋼棒混凝土柱是基于核心區(qū)內(nèi)鋼骨含鋼量相同的原則，在柱內(nèi)采用分散布置的鋼棒替代傳統(tǒng)實腹式型鋼的一種新型結(jié)構(gòu)柱[1]。該結(jié)構(gòu)柱是為了解決實腹式型鋼混凝土柱箍筋和梁縱筋的布置較困難問題而發(fā)明的。分散式鋼棒混凝土柱可減小軸壓比，改善受壓構(gòu)件的工作條件，并能減小柱的截面尺寸，增加建筑使用面積[2-3]。

貴陽世界貿(mào)易中心分散式鋼棒混凝土柱施工在國內(nèi)基本無施工經(jīng)驗可供參考。該工程經(jīng)過大量探索形成了一套完整的施工技術(shù)，具有施工速度較快、施工質(zhì)量較好、施工成本較低等優(yōu)點。

2 鋼棒連接方式

節(jié)點采用螺栓連接，由上下圓鋼棒、上下耳板、連接板和M16螺栓組成。耳板和連接板尺寸分別為60×100×18，50×400×16。在上部和下部圓鋼棒上焊接耳板，并采用連接板和M16螺栓連接上、下耳板。圓鋼棒上有3個連接節(jié)點且連接角度為120°，如圖1所示。上、下實心圓鋼棒刨平抵死。上部螺栓開孔為豎向長圓孔，可允許連接板固定處進行一定范圍的移動。

圖1 鋼棒連接節(jié)點

研究表明，鋼棒只承受豎向軸力，不受剪力[1]。因此，采用螺栓連接的節(jié)點合理。該裝配連接節(jié)點可解決實心圓鋼棒內(nèi)側(cè)無法進行焊接的問題，避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力的同時可加快施工速度、降低成本。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 鋼棒進場準(zhǔn)備

1)鋼棒在工廠內(nèi)加工制作，單根鋼棒長度為2層高度。為了使鋼棒的對接質(zhì)量好，對上、下面進行打磨處理。

2)柱內(nèi)含鋼棒數(shù)量較多，采用栓釘常規(guī)做法會出現(xiàn)浪費鋼材、箍筋布置困難等情況。因此，采用鋼棒上焊接環(huán)箍的辦法來增強鋼棒和混凝土的組合連接作用。環(huán)箍采用φ6@500鋼筋滿焊。

3)鋼棒堆放應(yīng)整齊規(guī)則，將底層鋼棒放置在槽鋼上。鋼棒堆放采用木方進行隔離，木方高度應(yīng)大于連接節(jié)點處耳板的高度。槽鋼和木方的放置間距為2m。為保障安全，堆放高度≤1.5m。地面疊放構(gòu)件應(yīng)全面檢查，為防止傾倒翻落可進行局部固定。

4)進場后采用直角鋼尺對鋼棒的2個面進行平整度檢查。

3.2 吊裝準(zhǔn)備

3.2.1BIM技術(shù)應(yīng)用

1)利用Revit軟件對分散式鋼棒混凝土柱進行節(jié)點精確建模，利用測繪儀器確定柱模板和鋼棒的準(zhǔn)確位置(見圖2)。該做法可有效提高施工質(zhì)量，避免施工現(xiàn)場吊裝后反復(fù)調(diào)準(zhǔn)。

圖2 BIM坐標(biāo)定位

2)根據(jù)模型檢測柱內(nèi)鋼筋、箍筋和鋼棒碰撞情況，預(yù)先調(diào)整鋼筋、箍筋和鋼棒位置；利用BIM信息化三維建模技術(shù)的優(yōu)勢[4-5]，從空間與信息2個方面準(zhǔn)確確定模板大小和空間位置。

3)對鋼棒的施工進行模擬，分析安裝過程中的難點，如圖3所示。對施工隊伍進行技術(shù)交底。

圖3 鋼棒施工模擬

3.2.2塔式起重機布置

在吊裝區(qū)域布置塔式起重機，保證塔式起重機覆蓋范圍和吊裝荷載滿足要求。塔式起重機現(xiàn)場布置分為2個階段：①階段1 布置2臺外爬式塔式起重機(分散式鋼棒混凝土柱施工階段)，鋼棒安裝位置在2臺塔式起重機吊裝范圍內(nèi)；②階段2 核心筒內(nèi)布置1臺內(nèi)爬式塔式起重機(鋼筋混凝土柱施工階段，分散式鋼棒混凝土柱施工已結(jié)束)，如圖4所示。

圖4 塔式起重機布置

3.2.3鋼操作平臺制作

操作平臺可輔助現(xiàn)場人員進行施工，可提高鋼棒定位、安裝的精確度和施工工作效率。根據(jù)分散式鋼棒混凝土柱尺寸和鋼棒安裝高度確定平臺尺寸。考慮施工荷載和2根鋼棒的質(zhì)量對操作平臺進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。平臺斜腹桿采用∟50×5，立桿和直腹桿采用[10。操作平臺如圖5所示。該操作平臺制作簡便且安全性好，可移動和重復(fù)利用。

圖5 搭設(shè)操作平臺

4 鋼棒吊裝

4.1 錯層吊裝

鋼棒長度為2個標(biāo)準(zhǔn)層高度，采用2層一吊的方式會影響施工進度和成本。根據(jù)設(shè)計分節(jié)要求、原材生產(chǎn)長度和塔式起重機工況，為使鋼棒吊裝時不影響其他分項工程，采用錯層分節(jié)吊裝。錯層分節(jié)吊裝為1層1吊，即采用A塔式起重機將某一標(biāo)準(zhǔn)層沿對角線劃分后范圍內(nèi)(A塔式起重機范圍內(nèi))的鋼棒吊裝，采用B塔式起重機進行該標(biāo)準(zhǔn)層上一層沿對角線劃分后范圍內(nèi)(B塔式起重機范圍內(nèi))的鋼棒吊裝。每層只動用1臺塔式起重機進行吊裝。吊裝完成和混凝土澆筑后，鋼棒錯層立面如圖6所示。

圖6 鋼棒錯層立面

4.2 吊裝和測量復(fù)核

1) 鋼棒吊裝前采用線垂對垂直度進行復(fù)測。

2) 采用塔式起重機進行吊裝，單次吊裝鋼棒數(shù)量為2根。結(jié)合吊裝次數(shù)、吊裝根數(shù)、施工成本、施工進度和安全質(zhì)量等方面進行綜合分析，得出單次吊裝鋼棒數(shù)量為2根時施工效率最高且能保證施工質(zhì)量和安全。2位操作人員在操作平臺上進行扶持和指揮，直至2根鋼棒安裝完畢后才可解除扶持工作并進行塔式起重機松鉤。

3)進行水平對口初步固定。2位操作人員分別將2根鋼棒下光滑面對準(zhǔn)下一層鋼棒上光滑面，將2個端面水平對口抵死。

4)進行3個耳板的螺栓連接。通過微調(diào)耳板螺栓調(diào)整垂直度，待垂直度校準(zhǔn)完成后將螺栓擰緊。

5)采用線垂和鋼尺分別進行垂直度和間距復(fù)核。單節(jié)鋼棒的垂直度偏差控制在5mm以內(nèi)。

6) 在操作平臺上，操作人員采用φ20鋼筋將所有鋼棒焊接為整體，焊接位置為鋼棒頂部以下500mm處，目的就是將鋼棒群連接成整體，確保其垂直度。

5 鋼筋綁扎、支模和混凝土澆筑

鋼筋綁扎、模板安裝和混凝土澆筑均采用傳統(tǒng)工藝[6-7]。

1) 根據(jù)驗收規(guī)范[8]及要求，對鋼棒垂直度、鋼棒間距、鋼筋間距和鋼棒外側(cè)至豎向鋼筋的距離等進行檢查驗收。

2)支模 木模龍骨采用φ48×3鋼管，間距為200mm。采用雙[10固定木模龍骨，間距為450mm，用M14對拉螺栓對槽鋼進行加固。邊角處采用木板條找補，接縫處貼封口膠。

3)混凝土澆筑 鋼棒混凝土柱澆筑時應(yīng)注意振搗，確保密實度。混凝土振搗應(yīng)快插慢拔，避免撬振鋼棒、鋼筋和模板。每一振點的振搗延續(xù)時間應(yīng)使混凝土表面呈現(xiàn)浮漿和不再沉落，應(yīng)避免過振產(chǎn)生離析。

6 安全、質(zhì)量措施

工程施工應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程[7-12]，另需滿足以下要求。

1)堆放場地下方為中風(fēng)化泥灰?guī)r，上方應(yīng)澆筑150mm厚混凝土，滿足構(gòu)件堆放荷載要求。

2)構(gòu)件堆場區(qū)域應(yīng)設(shè)置警戒區(qū)和明顯的警示標(biāo)志，安排專人監(jiān)護，嚴(yán)禁無關(guān)人員進入。

3)構(gòu)件卸車和倒運的起重指揮人員必須持有效操作證上崗，應(yīng)熟悉吊、卸區(qū)的作業(yè)環(huán)境和起重機械性能，并合理選用與鋼構(gòu)件相匹配的起吊索具。

4)構(gòu)件到場準(zhǔn)備卸車時，應(yīng)先檢查構(gòu)件是否有傾斜和擠壓。應(yīng)先用汽車式起重機將構(gòu)件扶正后再解開繩索，防止出現(xiàn)構(gòu)件散落和倒塌傷人事故；若構(gòu)件相互擠壓，應(yīng)先用小撬棍將擠壓構(gòu)件撬松，然后再卸運構(gòu)件。

5)在倒運構(gòu)件時，構(gòu)件裝車后應(yīng)用鋼絲繩和倒鏈捆綁固定，防止構(gòu)件在運輸過程中滑落而發(fā)生意外，卸車時防止構(gòu)件自行滑落。

6)構(gòu)件卸車和倒運作業(yè)時，如遇6級以上大風(fēng)或大雨、大霧等惡劣天氣，應(yīng)立即停止吊裝作業(yè)(另有規(guī)定除外)；若遇起重機突然發(fā)生故障而導(dǎo)致構(gòu)件懸空不能就位時，應(yīng)指派專人監(jiān)護現(xiàn)場。

7)吊裝前要對起吊索具進行檢驗，檢查鋼絲繩、起吊索具是否符合要求。

8)構(gòu)件起吊前須計算重心位置，檢查鋼絲繩長度、夾角、直徑是否滿足安全要求。鋼棒在吊裝前應(yīng)檢查卡環(huán)是否牢固，了解構(gòu)件的長度、質(zhì)量和安裝位置，選擇合適的吊繩、卡環(huán)。構(gòu)件吊點應(yīng)焊接牢固可靠。

9)構(gòu)件起吊時應(yīng)保證水平均勻離開平板車或地面，起吊后構(gòu)件不得前后、左右擺動，鋼絲繩應(yīng)受力均勻，施工人員不得站在起吊構(gòu)件上、構(gòu)件運動方向或扒桿垂直下方，吊裝區(qū)域嚴(yán)禁無關(guān)人員進入。

10)夜間吊裝須保證足夠的照明，構(gòu)件不得懸空過夜，特殊情況時應(yīng)采取可靠的安全防范措施。

11)對進場構(gòu)件進行嚴(yán)格的檢查驗收，特別是鋼棒垂直度、外形尺寸、連接耳板等。對超過設(shè)計及有關(guān)規(guī)范的構(gòu)件必須處理后再予安裝。

12)按分節(jié)原則吊裝，分節(jié)長度在滿足設(shè)計要求的條件下，保證所有構(gòu)件吊裝質(zhì)量在塔式起重機工況范圍內(nèi)。

13)首節(jié)基礎(chǔ)位置安裝完成后，分節(jié)設(shè)計要求分節(jié)節(jié)點需在梁上、下1m范圍外，且樓層之間最多設(shè)2個接頭。

7 結(jié)語

該施工工藝解決了當(dāng)前分散式鋼棒混凝土柱施工無經(jīng)驗參考的難題，提供了一套專業(yè)、系統(tǒng)的分散式鋼棒混凝土柱施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。該工藝在貴陽世界貿(mào)易中心工程中的應(yīng)用，實現(xiàn)了“降本增效”目標(biāo)，滿足可持續(xù)發(fā)展需求。

該施工工藝一定程度上縮短了工期，減小了結(jié)構(gòu)施工難度，減少了鋼材用量，有效提高了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，可為類似工程施工提供寶貴經(jīng)驗與參考。