高層建筑斜交轉(zhuǎn)換柱施工技術(shù)研究

魯曉林 （八冶建設(shè)集團(tuán)金昌康頤醫(yī)養(yǎng)置業(yè)服務(wù)有限責(zé)任公司，甘肅 金昌 737100）

近年來(lái)，城市中涌入大量的人口，使得國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)量與日俱增，且超高層及高層建筑結(jié)構(gòu)形式及多樣化功能層出不窮。斜交轉(zhuǎn)換柱結(jié)構(gòu)形式是高層建筑結(jié)構(gòu)中眾多轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中常用的一種，該結(jié)構(gòu)形式具有有效傳遞荷載的作用，進(jìn)而減少梁承受的剪力，達(dá)到提升混凝土強(qiáng)度的目的[1,2]。因此，重點(diǎn)分析高層建筑斜交轉(zhuǎn)換柱施工技術(shù)對(duì)于提高該類(lèi)工程建筑質(zhì)量具有十分重要的意義。

斜交轉(zhuǎn)換柱施工技術(shù)通常應(yīng)用在高層或者超高層建筑工程轉(zhuǎn)換層四角的位置，其主要作用為分散結(jié)構(gòu)層承受的荷載，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高層酒店、住宅等建筑工程中[3-6]。該結(jié)構(gòu)形式的施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要包括斜交轉(zhuǎn)換柱構(gòu)件的制作、吊裝、鋼筋綁扎以及混凝土澆筑等工藝，雖然各個(gè)工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，但是實(shí)際施工過(guò)程中仍然存在一定的突發(fā)狀況。鑒于此，本文首先介紹了該類(lèi)型技術(shù)的施工特點(diǎn)及工藝原理，然后詳細(xì)說(shuō)明了該技術(shù)的工藝流程，并且給出了一定的優(yōu)化改進(jìn)建議。

1 工程概況

甘肅某商業(yè)中心，地下2 層，層高為4m；上部結(jié)構(gòu)樓層達(dá)30層。采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，地基基礎(chǔ)采用筏板及挖孔樁的結(jié)構(gòu)形式；外圍框支柱采用的是鋼管組合柱及H型鋼混凝土柱。本工程中的轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第5、6層的位置，轉(zhuǎn)換層的四周角部均采用斜交轉(zhuǎn)換柱，尺寸為1300mm×1500mm，內(nèi)部設(shè)置H型鋼，其腹板及翼緣厚度均為35mm，斜交轉(zhuǎn)換柱傾斜角度為50°左右，其中斜交換柱立面示意圖如圖1所示。

圖1 斜交換柱立面示意圖

斜交轉(zhuǎn)換柱是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，主要與上下結(jié)構(gòu)層的框支柱連接，可以有效均勻傳遞結(jié)構(gòu)的受力，使得梁剪壓比大幅減小。此外，斜交轉(zhuǎn)換柱可以同時(shí)承受豎向及水平方向的荷載，在大震幅荷載作用下，梁與斜交轉(zhuǎn)換柱的交接位置容易出現(xiàn)塑性鉸，進(jìn)而有效保護(hù)梁柱的鉸接位置，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2 工藝流程

高層建筑斜交轉(zhuǎn)換柱施工技術(shù)流程[7-9]主要包括轉(zhuǎn)換柱各構(gòu)件的加工、鋼筋綁扎、模板支撐體系的安裝及混凝土澆筑工作。其中，轉(zhuǎn)換柱的加工包括各構(gòu)件的制作、吊裝、焊接等環(huán)節(jié)；鋼筋綁扎環(huán)節(jié)包括箍筋綁扎及節(jié)點(diǎn)焊接等環(huán)節(jié)；模板支撐體系的施工包括模板的安裝、支撐的布設(shè)及特殊位置的加固工作等環(huán)節(jié)；混凝土澆筑工作包括混凝土材料制備、澆筑以及養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)。上述工藝雖然相對(duì)比較常規(guī)，但仍然存在一些關(guān)鍵位置的施工技術(shù)要點(diǎn)，各個(gè)工藝施工過(guò)程必須要設(shè)計(jì)部門(mén)、施工部門(mén)及監(jiān)理部門(mén)進(jìn)行全面的溝通協(xié)作，方可確保整個(gè)工程的施工質(zhì)量。施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3 高層建筑斜交轉(zhuǎn)換柱施工技術(shù)

3.1 型鋼斜交轉(zhuǎn)換柱加工及安裝

（1）施工技術(shù)人員應(yīng)該與設(shè)計(jì)部門(mén)以及加工廠家進(jìn)行技術(shù)交底，以吊裝方便、焊接量少及施工質(zhì)量可控為基本原則優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的加工尺寸及型式。

（2）選擇優(yōu)質(zhì)的型鋼原材料，組裝并安排專(zhuān)業(yè)的焊工技術(shù)人員焊接H及T型鋼，對(duì)型鋼進(jìn)行穿孔用于鋼筋牽引；通過(guò)鋼筋綁扎組裝并安排專(zhuān)業(yè)的焊工技術(shù)人員焊接十字柱，進(jìn)行十字柱的焊縫檢查并進(jìn)行除銹及驗(yàn)收工作，待對(duì)組裝的鋼結(jié)構(gòu)試件焊接工藝及組裝型式檢查合格后方可用以后續(xù)的施工。

（3）將檢查合格的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，采用最大吊裝重量為5.8t的塔吊進(jìn)行吊裝，塔吊的臂長(zhǎng)為50m。本工程中由于鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換柱形式比較復(fù)雜，將轉(zhuǎn)換柱分為不同的吊裝單元，分批進(jìn)行吊裝后焊接。先將構(gòu)件運(yùn)送至塔吊的吊裝范圍；吊裝過(guò)程中，以斜交轉(zhuǎn)換柱型鋼構(gòu)件的重心為吊裝點(diǎn)，保證型鋼構(gòu)件角度不發(fā)生大的傾斜；待第一單元的構(gòu)件吊裝就位后，利用連接板進(jìn)行初步的固定，再采用全站儀檢查構(gòu)件的垂直度及軸線(xiàn)偏差并反復(fù)進(jìn)行校核；校核無(wú)誤后開(kāi)始進(jìn)行第二單元構(gòu)件的吊裝，同樣采用上述的步驟進(jìn)行構(gòu)件定位并對(duì)構(gòu)件的垂直度及標(biāo)高進(jìn)行校核，然后與第一單元構(gòu)件進(jìn)行焊接[10]。本工程中的不同單元斜交轉(zhuǎn)換柱構(gòu)件的吊裝點(diǎn)示意圖如圖3所示。

圖3 斜交轉(zhuǎn)換柱吊裝點(diǎn)示意圖

（4）待兩部分吊裝單元進(jìn)行焊接并驗(yàn)收合格后，需要再次利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)型鋼斜交轉(zhuǎn)換柱的軸線(xiàn)位移偏差、標(biāo)高及垂直度進(jìn)行復(fù)檢，確保整個(gè)斜交轉(zhuǎn)換住位置的準(zhǔn)確。

3.2 鋼筋綁扎

按照施工圖中設(shè)計(jì)的鋼筋尺寸及定位對(duì)斜交轉(zhuǎn)換柱內(nèi)鋼筋進(jìn)行放樣[11]。由于梁柱節(jié)點(diǎn)位置的箍筋數(shù)量較多且間距較小，因此，安排專(zhuān)業(yè)的焊接技術(shù)人員采用氣體保護(hù)焊角方法將20mm 厚的連接板與柱縱筋及鋼梁進(jìn)行焊接，以方便柱箍筋綁扎環(huán)節(jié)的施工；斜交轉(zhuǎn)換柱起始頭與鋼管混凝土組合柱必然相交，使得該位置處的箍筋密度大且焊接量大[12]。因此，將斜交轉(zhuǎn)換柱起始節(jié)點(diǎn)位置的箍筋單獨(dú)綁扎，使得箍筋包裹斜交轉(zhuǎn)換柱及型鋼；斜交轉(zhuǎn)換柱與箱型柱交點(diǎn)位置同樣為箍筋加密區(qū)，該區(qū)域的箍筋同時(shí)可以連接斜交轉(zhuǎn)換柱及箱型柱。其中，本工程中的轉(zhuǎn)換層斜交配筋圖如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)換層斜交配筋圖

3.3 模板安裝

斜交轉(zhuǎn)換柱的模板采用厚度為15mm 的高強(qiáng)木膠合板，主楞和次楞分別為雙槽鋼及鋼管，在組合柱與斜交轉(zhuǎn)換柱的交接節(jié)點(diǎn)處每間隔500mm布置主楞。為了進(jìn)一步提高支撐的效果，在主楞的中間位置加設(shè)對(duì)拉螺桿并與型鋼進(jìn)行焊接；為了防止鋼管混凝土組合柱出現(xiàn)滑移的現(xiàn)象，采用鋼管斜撐進(jìn)行加固處理，沿柱寬布置豎向支撐鋼管，布置完畢后將各支撐鋼管采用水平桿連接成整體，進(jìn)一步提高支撐鋼管的整體性和均勻受力特性。在整個(gè)模板支撐體系安裝過(guò)程中，必須嚴(yán)格關(guān)注各支撐的垂直度，如果支撐構(gòu)件出現(xiàn)偏移或者損害的現(xiàn)象，必須及時(shí)進(jìn)行校正或者替換，待驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一步工序。

3.4 混凝土澆筑

由于斜交柱中的鋼筋密度比較大，存在一定的傾斜度，采用混凝土斜向下流的方式，因此，必須采用流動(dòng)性?xún)?yōu)良的自密實(shí)混凝土。首先，施工單位與混凝土攪拌站進(jìn)行實(shí)時(shí)的混凝土性能溝通工作，保證混凝土的流動(dòng)性及強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，待驗(yàn)收合格后方可運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，且運(yùn)輸過(guò)程中防止混凝土出現(xiàn)大幅的離析現(xiàn)象；其次，澆筑過(guò)程中，對(duì)于傾斜的斜向轉(zhuǎn)換柱采用從柱底向上分段澆筑的方法進(jìn)行澆筑，先澆筑組合柱再澆筑斜向轉(zhuǎn)換柱，各層的分段厚度約為1m，大約分3 次澆筑至梁底；然后，采用保溫保水的措施對(duì)澆筑后的混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確?；炷恋氖褂眯阅?；最后，先對(duì)混凝土性能進(jìn)行自查，待自查合格后交予監(jiān)理部門(mén)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可拆除支撐系統(tǒng)。

4 質(zhì)量控制及優(yōu)化建議

高層建筑斜向轉(zhuǎn)換柱是高層建筑施工過(guò)程中的重要組成部分也是難點(diǎn)之一，具有優(yōu)良的抗震性能。實(shí)際施工過(guò)程中，各部門(mén)負(fù)責(zé)人必須嚴(yán)格要求技術(shù)人員，嚴(yán)格把控各個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。

（1）當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件從加工廠進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之前，必須進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收工作。施工技術(shù)部門(mén)基于設(shè)計(jì)圖紙仔細(xì)校核構(gòu)件材質(zhì)、尺寸及焊接檢測(cè)報(bào)告等，進(jìn)場(chǎng)前必須做好各個(gè)指標(biāo)的交底工作，嚴(yán)格把控材料的入場(chǎng)質(zhì)量。

（2）在鋼結(jié)構(gòu)加工、吊裝及安裝的過(guò)程中，必須全過(guò)程、全方位校核型鋼柱的垂直度、標(biāo)高及坐標(biāo)位置，保證柱內(nèi)的型鋼空間位置符合規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙的要求。

（3）由于斜柱轉(zhuǎn)換柱加工及后續(xù)拼裝的過(guò)程中需要采用焊接工藝，因此由具有專(zhuān)業(yè)焊接證的工人進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范要求的焊接工藝進(jìn)行，先進(jìn)行點(diǎn)焊，待焊接質(zhì)量驗(yàn)收完成后再進(jìn)行滿(mǎn)焊；焊接完成后及時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行清理，保證焊縫的干凈。如果節(jié)點(diǎn)焊接的焊縫出現(xiàn)裂紋，必須進(jìn)行清除后再次進(jìn)行補(bǔ)焊；當(dāng)焊縫出現(xiàn)嚴(yán)重的缺陷時(shí)，需要將其刨開(kāi)重新焊接，直至焊接質(zhì)量滿(mǎn)足技術(shù)要求。

由于型鋼混凝土組合柱與斜交轉(zhuǎn)換柱柱腳部位的箍筋數(shù)量多且密度大，將箍筋進(jìn)行分段，通過(guò)焊接連接板的方式與鋼梁進(jìn)行連接；此外，由于斜向轉(zhuǎn)換柱施工過(guò)程中工藝繁多，工序復(fù)雜，建議總包單位應(yīng)該采用目前常用的BIM技術(shù)及智能運(yùn)維技術(shù)進(jìn)行全過(guò)程的施工管理，合理安排施工進(jìn)程，縮短施工周期。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，高層及超高層建筑數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式層出不窮。斜交轉(zhuǎn)化柱結(jié)構(gòu)具有有效傳遞荷載、提升混凝土強(qiáng)度的作用，被廣泛應(yīng)用于房屋建筑結(jié)構(gòu)工程中。雖然各個(gè)工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)取得了相對(duì)完善的施工經(jīng)驗(yàn)，但是實(shí)際施工過(guò)程中仍然存在一定的突發(fā)狀況。因此，精細(xì)化分析斜交轉(zhuǎn)換柱施工技術(shù)是十分必要的。本文結(jié)合實(shí)體工程介紹了斜交轉(zhuǎn)化柱結(jié)構(gòu)形式施工技術(shù)的工藝原理，并詳細(xì)闡述了該技術(shù)的施工工藝流程及技術(shù)要點(diǎn)，提出了一些施工建議。