型鋼勁性混凝土柱施工技術(shù)應(yīng)用研究

林 華

（莆田市國(guó)投建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 莆田 351100）

型鋼勁性混凝土柱梁是以型鋼柱為骨架，通過(guò)配置鋼筋并澆筑混凝土形成的建筑結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了型鋼和混凝土兩種材料的特點(diǎn)，具有截面小、承載力強(qiáng)、整體剛度良好等特點(diǎn)，能夠顯著改善建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。但由于在建筑結(jié)構(gòu)中增加了型鋼，導(dǎo)致柱結(jié)構(gòu)施工難度增大，要求施工單位合理把握施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加強(qiáng)施工質(zhì)量管理與控制。本文結(jié)合國(guó)湄·領(lǐng)涵工程項(xiàng)目，深入分析了型鋼勁性混凝土柱的施工技術(shù)難點(diǎn)和要點(diǎn)，以期為同類工程施工提供有益參考。

1 工程概況

國(guó)湄·領(lǐng)涵工程位于福建省莆田市，項(xiàng)目共有8棟高層住宅建筑，總建筑面積128 859.95m2，地上建筑面積 101 862m2，地下室建筑面積 26 187.78m2，其中，1#、8#樓為27層高層住宅建筑；2#、6#、7#樓為17層高層住宅建筑；5#樓為23層高層住宅建筑；9#樓為31層高層住宅建筑。根據(jù)工程設(shè)計(jì)，建筑首層為商鋪、架空綠化、配套公共建筑，層高4.5m；2層為商鋪、公共建筑等，層高3.9m；3層及以上為住宅，標(biāo)準(zhǔn)層高3.0m。本工程為滿堂地下室，地下室1層，層高4.3～7.07m，考慮平戰(zhàn)結(jié)合使用，地下室結(jié)構(gòu)可承受常六級(jí)和核六級(jí)爆炸動(dòng)荷載作用。根據(jù)工程設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)形式為框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，其中，24根勁性柱自基礎(chǔ)施工至14層，勁性柱截面尺寸為900mm×1200mm矩形柱，勁性柱結(jié)構(gòu)類型為十字型。

2 工程施工難點(diǎn)

2.1 勁性柱與鋼筋相交點(diǎn)多

該工程中，勁性柱型鋼與周圍主筋、箍筋相交點(diǎn)多，鋼柱與通過(guò)鋼柱的水平梁筋關(guān)系較為復(fù)雜，協(xié)調(diào)型鋼柱與框架梁柱筋之間的位置關(guān)系、穿孔鋼筋數(shù)量是工程施工的難點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，施工單位借助BIM信息模型進(jìn)行勁性柱深化設(shè)計(jì)，分析各勁性柱與框架梁柱鋼筋位置關(guān)系、下料尺寸、穿孔鋼筋數(shù)量等，以此確保梁柱結(jié)頭鋼筋與型鋼柱不發(fā)生碰撞，經(jīng)深化設(shè)計(jì)后導(dǎo)出三維模型，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.2 施工精度要求高

在型鋼勁性混凝土柱施工中，由于在混凝土柱中加入了型鋼柱，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較為復(fù)雜，如型鋼柱定位精度、焊接精度、模板施工管理等控制不當(dāng)，可能造成型鋼勁性柱偏位、梁筋錯(cuò)位等問(wèn)題，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量。針對(duì)該問(wèn)題，施工單位加強(qiáng)與設(shè)計(jì)單位銜接，明確型鋼柱下料長(zhǎng)度和控制誤差，并加強(qiáng)測(cè)量誤差控制，防止多種誤差累積引起鋼筋無(wú)法穿過(guò)型鋼柱預(yù)留孔洞。同時(shí)，考慮到鋼筋接頭穿鋼柱預(yù)留孔問(wèn)題，為便于穿孔施工，預(yù)留孔孔徑應(yīng)較鋼筋接頭直徑大4mm。此外，勁性柱驗(yàn)收和安裝過(guò)程中要加強(qiáng)測(cè)量精度控制，防止因施工精度控制不到位引起勁性柱偏位問(wèn)題。

3 型鋼勁性混凝土柱施工技術(shù)要點(diǎn)

型鋼勁性混凝土柱施工工藝流程為：型鋼柱制作→進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收→柱腳螺栓預(yù)埋→鋼柱吊裝→上部鋼柱安裝→柱、梁筋安裝→勁性柱模板搭設(shè)與混凝土施工。

3.1 型鋼柱制作

該工程中型鋼柱截面尺寸為900mm×1 200mm，腹板厚40mm，翼緣板厚50mm，采用Q345B型鋼進(jìn)行鋼柱分節(jié)制作。考慮到焊接質(zhì)量控制要求，施工單位委托專業(yè)廠家加工制作鋼柱。為減少鋼柱焊接接頭數(shù)量，并錯(cuò)開(kāi)鋼筋接頭位置和便于焊接施工，該工程每節(jié)型鋼柱長(zhǎng)度為2層樓高度，焊接接頭設(shè)置在樓面1 200mm的位置，鋼柱制作完成后按節(jié)段編號(hào)。

3.2 進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收

勁性柱進(jìn)場(chǎng)時(shí)，要加強(qiáng)勁性柱及翼板等構(gòu)件尺寸、材質(zhì)、預(yù)留孔和焊接質(zhì)量的檢查，并檢查焊接面有無(wú)油污、銹蝕、污染物、翹曲、焊縫等問(wèn)題，經(jīng)檢查無(wú)誤后驗(yàn)收。

3.3 柱腳螺栓預(yù)埋

該工程中，鋼柱與預(yù)埋M40柱腳螺栓固定。為確保鋼柱安裝精度，施工單位應(yīng)加強(qiáng)首節(jié)鋼柱柱腳螺栓定位測(cè)量，嚴(yán)格按施工現(xiàn)場(chǎng)四周基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線和控制線標(biāo)高測(cè)放出柱腳預(yù)埋螺栓位置和標(biāo)高。為避免預(yù)埋螺栓與鋼柱預(yù)留孔錯(cuò)位，該工程采用專用螺栓定位支架（見(jiàn)圖1），將支架固定在定位點(diǎn)后穿預(yù)埋螺栓，控制支架標(biāo)高并落實(shí)防護(hù)措施后澆筑100mm厚自密實(shí)混凝土（見(jiàn)圖2），防止預(yù)埋螺栓移位。

圖2 預(yù)埋螺栓結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 鋼柱吊裝

首節(jié)鋼柱吊裝施工時(shí)，在焊接底托上焊十字架，并在柱腳固定板上畫十字中心線，以便于鋼柱吊裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)中心點(diǎn)。鋼柱吊裝時(shí)，在鋼柱上部3個(gè)方向設(shè)置纜繩，用于調(diào)節(jié)鋼柱垂直度、水平方向，鋼柱調(diào)節(jié)到位后穩(wěn)定鋼柱并緩慢下放，下放過(guò)程中避免磕碰預(yù)埋螺栓，校正鋼柱垂直度并將鋼柱對(duì)準(zhǔn)預(yù)埋螺栓后緊固螺栓。

3.5 上部鋼柱安裝

上部鋼柱吊裝施工前，在柱頭位置畫出翼板中心線，以便于上部鋼柱與下部鋼柱對(duì)中就位，鋼柱按編號(hào)依次吊裝。鋼柱吊裝時(shí)，使用鋼絲繩吊住鋼柱翼板，由人工牽引纜繩至鋼柱節(jié)點(diǎn)就位，確保上下兩節(jié)鋼柱中心線對(duì)中，使用高強(qiáng)螺栓臨時(shí)固定上下耳板，并脫鉤吊繩。待鋼柱臨時(shí)固定后，自鋼柱接頭耳板位置楔入鋼楔塊，確保上下鋼柱間隙1～2mm，通過(guò)調(diào)節(jié)耳板固定螺栓，調(diào)整鋼柱垂直度并擰緊螺栓。采用2臺(tái)經(jīng)緯儀觀測(cè)復(fù)核鋼柱垂直度、標(biāo)高無(wú)誤后，采用CO2保護(hù)焊接坡口。焊接施工時(shí)，先焊接鋼柱正面，背面點(diǎn)焊襯鐵，另一面焊接時(shí)使用鐵錘敲掉襯鐵后施焊。鋼柱焊接時(shí)，嚴(yán)格遵循“先翼板后腹板、同時(shí)對(duì)稱逆向施焊”的焊接原則，由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)焊接人員同時(shí)對(duì)稱、勻速施焊，焊接速度控制在350～450mm/min。首次焊接應(yīng)封住坡口母材接縫，并逐道、逐層填滿坡口，每道焊縫施焊完成后，均應(yīng)清理鏟磨干凈，清除焊渣，每道焊接層間溫度控制在50℃～80℃范圍內(nèi)，接口必須完成連續(xù)施焊后方可進(jìn)行下一道施工，焊接3道后完成端面焊接。焊接過(guò)程中，遇風(fēng)速≥6.0m/s時(shí)，應(yīng)暫停施焊，再次焊接時(shí)重新預(yù)熱施焊。該工程對(duì)焊縫按20%比例進(jìn)行無(wú)損探傷抽查，確保勁性柱焊接質(zhì)量達(dá)到Ⅰ級(jí)焊縫質(zhì)量。

3.6 柱、梁筋安裝

勁性柱鋼筋主筋施工時(shí)，由于穿牛腿孔位置主筋焊接操作空間不足、焊接難度大，該部位采用螺紋套筒連接方式，其余部位主筋采用電渣壓力焊焊接方式。為確保主筋順利通過(guò)牛腿孔，牛腿孔適當(dāng)放大4mm?？蚣苤亢椭鹘罱宇^處以下100mm處設(shè)置定位箍筋，防止主筋位移。箍筋綁扎施工時(shí)，由于存在鋼柱，導(dǎo)致箍筋無(wú)法按常規(guī)綁扎方法施工，該工程制作的鋼柱腹板開(kāi)孔（見(jiàn)圖3），將“U”型箍筋穿預(yù)留孔后焊接閉合，箍筋單面焊搭接長(zhǎng)度10d，雙面焊長(zhǎng)度5d。

圖3 型鋼勁性柱腹板預(yù)留穿筋孔

梁主筋綁扎施工時(shí)，框架梁鋼筋綁扎采取穿鋼柱預(yù)留孔和鋼柱焊接相結(jié)合的方法，梁底筋穿鋼柱預(yù)留孔，并與箍筋綁扎，穿梁面筋時(shí)，與鋼柱牛腿焊接，并與箍筋綁扎，待與鋼柱相接部位梁主筋綁扎完成后，支設(shè)梁底模和側(cè)模。

3.7 勁性柱模板搭設(shè)與混凝土施工

受勁性柱特殊結(jié)構(gòu)影響，加之柱內(nèi)鋼筋密集，難以采用對(duì)拉螺栓固定模板方法支撐加固模板。針對(duì)該問(wèn)題，為確保該工程勁性柱模板支撐剛度，采用18mm厚雙面覆膜多層木模板，以100mm×100mm木方作為主肋加固，按300mm間距布設(shè)。外楞采用12#槽鋼全高加固，標(biāo)準(zhǔn)層按400mm間距加固，非標(biāo)準(zhǔn)層按600mm間距布設(shè)。

勁性柱混凝土施工時(shí)，由于勁性柱內(nèi)鋼柱、鋼筋較為密集，振搗空間狹小，混凝土流動(dòng)受限，因此，在混凝土澆筑、振搗施工時(shí)，施工單位要嚴(yán)格控制混凝土配合比和坍落度，分層澆筑厚度≤40mm，豎向結(jié)構(gòu)澆筑C60高強(qiáng)混凝土，梁柱接頭部位設(shè)置鋼絲網(wǎng)分隔，防止低等級(jí)混凝土與高等級(jí)混凝土混合。混凝土振搗時(shí)，采取對(duì)稱振搗方法，根據(jù)鋼柱肋板空隙靈活掌握振搗點(diǎn)，直至混凝土表面返漿，不再下沉為止。為防止混凝土澆筑施工中因漏振形成蜂窩、麻面等問(wèn)題，施工單位應(yīng)安排專人敲擊模板并補(bǔ)振。由于型鋼勁性混凝土柱振搗難度大，為確保振搗密實(shí)，單點(diǎn)振搗時(shí)間≥60s。勁性柱模板澆筑48h后拆除模板支撐，使模板與勁性柱形成一定的空隙，澆水養(yǎng)護(hù)3d后拆除模板，并使用無(wú)紡布包裹兩層澆水養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程中，施工單位通過(guò)勁性柱深化設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)處理勁性柱與梁筋之間的位置關(guān)系，并加強(qiáng)勁性柱定位精度、焊接質(zhì)量、鋼筋綁扎和混凝土施工技術(shù)管理與質(zhì)量控制，有效保證了型鋼勁性混凝土柱的施工質(zhì)量。工程施工完成后，經(jīng)工程實(shí)踐表明，采用型鋼勁性混凝土柱可顯著提高工程施工周期，節(jié)省工期約30%，且施工質(zhì)量易控制，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。