勁性鋼柱施工技術(shù)在某酒店中的應(yīng)用

李耀武，崔勝鵬，華國(guó)浩，王學(xué)斌，李祥龍

（中國(guó)建筑第四工程局有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

勁性鋼柱是向鋼筋混凝土中增加型鋼鋼柱而組成共同受力的豎向構(gòu)件。由于配置了鋼柱，結(jié)合型鋼與鋼筋混凝土二者的優(yōu)點(diǎn)，起到了相輔相成的作用，不僅改善了混凝土本身延性差的缺點(diǎn)，還大幅度提高構(gòu)件的承載力。勁性鋼柱減小了構(gòu)件的截面尺寸、節(jié)約空間、增加了使用面積。近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，勁性鋼柱具有施工方便、節(jié)省工期等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑當(dāng)中，尤其是在人防地下室結(jié)構(gòu)。在勁性鋼柱施工過(guò)程中，主要包括加工圖設(shè)計(jì)、制作、焊接加工、安裝等流程，因此，要嚴(yán)格控制其施工質(zhì)量，否則將直接影響到整個(gè)工程的質(zhì)量及進(jìn)度。

1 工程概況

本工程為西安高新新羅酒店項(xiàng)目，項(xiàng)目總占地面積約為1.4996hm2，總建筑面積為68939.64m2，其中地上建筑面積44486.74m2，地下建筑面積24452.9 0m2。①酒店，建筑面積28112.93m2，建筑高度78.65m(地下2 層，層高4.55m/5.4m，地上19 層，層高5.4m/4.5m/4.7m/6.1m/3.8m（13）/4.1m/4.35m/4.8m/5.4m)。②商業(yè)，建筑面積14470.76m2，建筑高度23.55m(地下2層，層高3.95m/6m，地上5 層，層高5.4m/4.5m/4.55m/3m)。③大堂，建筑面積617.1m2，建筑高度14.45m(地下2層，層高3.95/5.93，地上3 層，層高5.47/4.5/4.45)。④宴會(huì)廳，建筑面積1233.95m2，建筑高度10.1m(地下2 層，層高3.95/6，地上1 層，層高6.05/3.95)。⑤地下車(chē)庫(kù)，建筑面積24452.9m2，(地下2 層，3.95m/6.05m)。部分與梁連接的框架柱為型鋼混凝土柱，共計(jì)10 根，鋼柱焊接栓釘，鋼板材質(zhì)為Q355B。勁性混凝土框架柱參數(shù)如表1所示。

表1 勁性混凝土框架柱參數(shù)

2 型鋼柱的深化設(shè)計(jì)與制作

2.1 型鋼柱深化設(shè)計(jì)

型鋼柱的加工圖設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到勁性鋼柱的施工質(zhì)量，因此要采取有效措施嚴(yán)控加工圖設(shè)計(jì)質(zhì)量。深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，每段鋼柱長(zhǎng)度要符合車(chē)間制作條件和現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力，并且要嚴(yán)格控制鋼柱標(biāo)高與安裝標(biāo)高、梁筋標(biāo)高的允許偏差。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，可采用腹板預(yù)留貫穿孔，貫穿面積應(yīng)小于腹板面積的25%，避免截面損失率過(guò)大而造成型鋼無(wú)法滿(mǎn)足承載力要求。如遇型鋼截面承載力不足時(shí)，可局部加厚達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。然后通過(guò)TEKLA STRUCTURE 軟件建模，確定框架梁柱鋼筋與型鋼柱的位置，確保梁柱接頭部位鋼筋相互之間不發(fā)生沖突，最后在模型基礎(chǔ)上導(dǎo)出CAD 施工圖紙。

2.2 型鋼柱制作

鋼柱應(yīng)委托專(zhuān)業(yè)加工廠(chǎng)制作，制作方式為厚鋼板拼焊，鋼板原材料要有質(zhì)量合格證明書(shū)，并且符合《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB4104-2000)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。另外，還要對(duì)鋼板的外觀(guān)進(jìn)行檢查，平整度和表面質(zhì)量合格才可以進(jìn)行加工。為了便于后期鋼柱接長(zhǎng)操作，除了第一層鋼柱長(zhǎng)度比層高長(zhǎng)500mm，其他各層鋼柱長(zhǎng)度與層高相同。在每層梁位置的縱橫方向上，有兩根梁縱筋穿過(guò)鋼柱，因此，安裝鋼柱前應(yīng)預(yù)留兩個(gè)比梁筋直徑大5mm 的鉆孔，兩個(gè)孔距錯(cuò)開(kāi)一個(gè)鋼筋直徑位置。另外，鋼柱四角錨釘也應(yīng)提前焊接安裝完畢。在鋼柱加工過(guò)程中，總包單位、監(jiān)理單位應(yīng)設(shè)有專(zhuān)業(yè)人員按照深化圖紙對(duì)制作、焊接進(jìn)行監(jiān)控，確保加工質(zhì)量合格。當(dāng)鋼柱加工完成一批后，采取總包單位、監(jiān)理單位及業(yè)主聯(lián)合驗(yàn)收的方式，鋼柱的編號(hào)、型號(hào)、長(zhǎng)度、孔位和孔徑與耳板的位置和尺寸符合要求后方可出廠(chǎng)發(fā)貨。

3 型鋼柱安裝

3.1 鋼柱柱腳錨栓埋設(shè)

本工程鋼柱基礎(chǔ)采用預(yù)埋M27 地腳螺栓固定，螺栓直接錨入鋼筋混凝土底板，使柱腳底板與鋼柱基礎(chǔ)節(jié)連為一體，螺栓預(yù)埋質(zhì)量直接影響首節(jié)鋼柱的安裝[2]。柱腳螺栓之間的距離使用套板控制，并且螺栓的平面位置和標(biāo)高位置分別使用定位盤(pán)和定位架固定，控制螺栓不變形、位置準(zhǔn)確。螺栓預(yù)埋時(shí)，在柱模板頂部劃出十字軸線(xiàn)，使其與定位盤(pán)上的十字交叉軸線(xiàn)對(duì)正，定位盤(pán)下設(shè)Φ 18 的鋼筋制作而成定位架，且定位架單獨(dú)設(shè)置支撐點(diǎn)，避免后面發(fā)生軸線(xiàn)、標(biāo)高偏差[3]。地腳螺栓埋設(shè)后,為避免螺牙附著混凝土或者銹蝕，采取黃油外封膠布措施保護(hù)。待監(jiān)理驗(yàn)收合格后，澆筑C60 無(wú)收縮細(xì)石混凝土，將支架、套板、螺栓一次澆成為一體，柱腳板底預(yù)留50mm 縫隙。型鋼柱柱腳做法如圖1 所示。

圖1 型鋼柱柱腳

3.2 基礎(chǔ)節(jié)安裝

調(diào)整錨桿、螺母標(biāo)高位置到柱腳板底標(biāo)高處。當(dāng)鋼柱基礎(chǔ)節(jié)吊至錨桿上方200mm時(shí)，使柱腳底板的栓孔與錨桿對(duì)齊，緩慢下降基礎(chǔ)節(jié)，待基礎(chǔ)節(jié)底板就位后加設(shè)錨桿墊板，并使用單螺栓對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)固定。采用經(jīng)緯儀對(duì)基礎(chǔ)節(jié)進(jìn)行垂直度校正，如發(fā)現(xiàn)垂直度有偏差，輕微調(diào)整錨桿上的螺母，校正其垂直度和標(biāo)高，之后采用雙螺帽擰緊預(yù)埋螺栓與基礎(chǔ)節(jié)的底板，并焊滿(mǎn)錨桿墊板與基礎(chǔ)節(jié)底板[4]。

3.3 上部結(jié)構(gòu)鋼柱安裝

鋼柱到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，需進(jìn)行檢查驗(yàn)收，待驗(yàn)收合格后卸至吊裝區(qū)。在吊裝前，為了上層鋼柱的安裝與下層鋼柱方便對(duì)中，在柱翼緣中心做出標(biāo)記線(xiàn)。然后將鋼爬梯頂部掛在柱頂，鋼爬梯底部采用綁扎繩索通過(guò)卡環(huán)連接到耳板上[5]。吊裝時(shí)，吊裝短頭掛在處于水平面的兩個(gè)吊耳上，鋼柱應(yīng)橫放在枕木上，起吊鋼柱不得有地面拖拉現(xiàn)象，吊升過(guò)程中嚴(yán)禁歪拉斜吊，待鋼柱起吊距地面2m 以上時(shí)可以回轉(zhuǎn)。

鋼柱提升就位后，對(duì)齊安裝定位線(xiàn)，利用連接板的耳板與螺栓連接起來(lái)，稍加擰緊，對(duì)鋼柱進(jìn)行臨時(shí)固定。操作人員通過(guò)鋼爬梯上至鋼柱頂端脫鉤即可，摘鉤人員安全帶不允許掛在吊鉤上，應(yīng)掛在鋼柱耳板之上，鋼柱臨時(shí)固定節(jié)點(diǎn)如圖2所示。

圖2 鋼柱臨時(shí)固定節(jié)點(diǎn)

3.4 鋼柱校正

①鋼柱初校。為了保證鋼柱的就位尺寸，需要由初校確定其錯(cuò)位值，然后調(diào)整鋼柱就位中心線(xiàn)，以滿(mǎn)足鋼柱接頭的對(duì)接尺寸和鋼柱扭曲、垂偏標(biāo)高等綜合安裝尺寸等需求。②鋼柱垂直度校正。鋼柱調(diào)整采用千斤頂調(diào)節(jié)，借助千斤頂進(jìn)行推或拉。在鋼柱柱頂鋼柱中心線(xiàn)和柱腳下端的定位軸線(xiàn)相互垂直的兩個(gè)方向上，使用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀(guān)測(cè)，柱頂中心線(xiàn)投影均與定位軸線(xiàn)重合，鋼柱垂偏數(shù)據(jù)符合要求[6]。③標(biāo)高校正。由于鋼柱接頭焊縫存在焊接變形、壓縮變形和基礎(chǔ)沉降等因素，在按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝時(shí)，需要對(duì)每節(jié)柱標(biāo)高進(jìn)行校正，采用適當(dāng)加大柱與柱之間接合處間隙的調(diào)整方法，所墊鋼板需小于5mm。

3.5 焊接

鋼柱與鋼柱之間采用CO2焊，全熔透的坡口對(duì)接方式，坡角45°，焊縫間隙10mm，焊接外觀(guān)質(zhì)量要符合二級(jí)焊縫的要求。在焊接過(guò)程中，每根鋼柱安排2 名焊工施焊，且焊接速度控制在350～450mm/min，并保持“先翼板后腹板，同時(shí)對(duì)稱(chēng)逆向施焊”的原則。開(kāi)焊時(shí)，坡口母材與墊板的連接處應(yīng)作為第一層焊道，焊完后清理鏟磨，然后逐道逐層至坡口滿(mǎn)焊[7]。在焊接過(guò)程中，一個(gè)焊縫接口必須連續(xù)焊完，特殊情況下，二次施焊需要重新預(yù)熱方可進(jìn)行。當(dāng)焊接完成時(shí)，需要及時(shí)敲除焊渣，并對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和無(wú)損探傷隨機(jī)抽查，合格后進(jìn)行下一個(gè)工序[8]。

3.6 型鋼柱與鋼筋的綁扎施工

本工程施工過(guò)程中，型鋼柱與鋼筋的交叉點(diǎn)多、關(guān)系較為復(fù)雜、處理難度大。因此，通過(guò)仿真技術(shù)，預(yù)判鋼柱和鋼筋之間的空間關(guān)系，理順勁性柱的鋼筋施工順序，簡(jiǎn)化施工過(guò)程。①框架柱與暗柱主筋穿插。為了不影響梁筋、墻體水平筋與柱箍筋穿過(guò)腹板預(yù)留孔，在綁扎完框架柱、剪力墻暗柱鋼筋后，設(shè)置定位筋，防止鋼筋偏位。②框架柱與暗柱箍筋綁扎。按照常規(guī)做法，暗柱箍筋無(wú)法穿過(guò)型鋼柱腹板的箍筋進(jìn)行施工。本工程事先在型鋼柱留孔，然后制作出“U”型箍筋，將“U”型箍筋圍繞主筋打彎90°后，將箍筋首尾相連焊接閉合。③梁主筋綁扎。當(dāng)錨固長(zhǎng)度不夠時(shí)，遇型鋼腹板應(yīng)使鋼筋穿過(guò)腹板上預(yù)留的孔洞進(jìn)行錨固，如圖3 所示。遇型鋼翼緣應(yīng)在縱筋標(biāo)高處焊鋼套筒進(jìn)行錨固，如圖4所示。④墻體水平筋綁扎。當(dāng)錨固長(zhǎng)度不足時(shí)，遇型鋼腹板應(yīng)在腹板附近垂直向上或向下彎錨15d，遇型鋼翼緣應(yīng)繞開(kāi)鋼柱翼緣板后折回。

圖3 梁鋼筋遇型鋼腹板時(shí)綁扎

圖4 梁鋼筋遇型鋼翼緣時(shí)綁扎

4 結(jié)論

通過(guò)采取以上技術(shù)措施，該項(xiàng)目取得了顯著的施工實(shí)效，充分保證了主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，得到以下結(jié)論及建議。①本工程勁性鋼柱施工過(guò)程中，嚴(yán)格進(jìn)行過(guò)程控制，充分落實(shí)各工序質(zhì)量的層層把關(guān)，確保工程實(shí)體無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，經(jīng)后期現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢查，“軸線(xiàn)偏移偏差值”和“焊縫外探傷數(shù)據(jù)結(jié)果”均滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。②在混凝土框架柱中加入型鋼柱，比常規(guī)模板支設(shè)、鋼筋綁扎難度加大，因此要重點(diǎn)控制型鋼軸線(xiàn)位置、垂直度、對(duì)接焊接質(zhì)量等，避免鋼柱偏位、梁筋墻筋無(wú)法通過(guò)等問(wèn)題發(fā)生，導(dǎo)致返工，耽誤施工進(jìn)度。③在勁性鋼柱施工中，型鋼柱與鋼筋的相交點(diǎn)多，因此，處理型鋼柱與主筋、箍筋的關(guān)系成為了本項(xiàng)目的重點(diǎn)工作，利用仿真技術(shù)，成功預(yù)判了型鋼柱和鋼筋的空間關(guān)系，有效降低了施工難度。