基于大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的插入式鋼柱柱腳施工技術(shù)★

楊大勇，吳金池，商 智

(湖北工建集團(tuán)第三建筑工程有限公司,湖北 武漢 430000)

鋼柱柱腳是鋼結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點(diǎn),其作用是將鋼柱下端軸力、剪力、彎矩傳遞給基礎(chǔ),使鋼柱與基礎(chǔ)有效地連接在一起,確保上部結(jié)構(gòu)承受各種外力作用[1-4]。鋼柱柱腳類型按柱腳位置分外露式、外包式、埋入式和插入式[5-10]。輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋和重工業(yè)廠房中通常采用插入式鋼柱柱腳,在抗震設(shè)防地區(qū)的多層和高層鋼框架柱腳宜采用插入式鋼柱柱腳[11]。

目前,插入式鋼柱柱腳一般是先澆筑預(yù)留杯口混凝土基礎(chǔ),在鋼柱吊裝前采用灌漿料在預(yù)留杯口底部進(jìn)行二次找平至柱底標(biāo)高,待灌漿料強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值75%后采用起重機(jī)將鋼柱吊裝至預(yù)留杯口內(nèi)就位,再采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備對鋼柱標(biāo)高及定位進(jìn)行校正,然后通過在預(yù)留杯口四周設(shè)置鋼楔子及在鋼柱頂部設(shè)置纜風(fēng)繩對鋼柱進(jìn)行臨時(shí)固定,再采用細(xì)石混凝土澆筑預(yù)留杯口至基礎(chǔ)頂面,同時(shí)在細(xì)石混凝土澆筑過程中對鋼柱定位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,若出現(xiàn)偏差需在細(xì)石混凝土初凝前進(jìn)行校正,最后待預(yù)留杯口內(nèi)灌漿料強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)值后松掉起重機(jī)吊鉤[12-17]。

然而,現(xiàn)有插入式鋼柱柱腳及其施工方法存在以下缺陷：1)由于預(yù)留杯口內(nèi)灌漿料強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)值(一般為設(shè)計(jì)值75%)的時(shí)間一般需要7 d左右,在這段時(shí)間內(nèi)無法拆除起重機(jī)對下一個(gè)鋼柱進(jìn)行吊裝施工,導(dǎo)致鋼柱柱腳施工工期較長,施工成本較高;2)由于預(yù)留杯口空間狹小,在預(yù)留杯口底部進(jìn)行二次找平時(shí)平整度控制困難,柱底標(biāo)高精度難以保證,進(jìn)而影響鋼柱性能;3)在預(yù)留杯口細(xì)石混凝土澆筑過程中因振動(dòng)棒振動(dòng)會使臨時(shí)固定鋼柱的鋼楔子發(fā)生松動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生鋼柱移位,導(dǎo)致鋼柱定位不準(zhǔn)確,從而影響鋼柱性能,而且鋼楔子不能回收利用。

為解決上述問題,以隨州新能源項(xiàng)目的大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房石墨化車間為例,介紹通過設(shè)置一套可拆卸的定位機(jī)構(gòu)對鋼柱進(jìn)行定位與臨時(shí)固定,可以達(dá)到使鋼柱安裝便捷、定位準(zhǔn)確、節(jié)約工期、降低成本的目的,為插入式鋼柱柱腳的施工提供了一些施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

隨州新能源項(xiàng)目是隨州高新區(qū)加速搶占新能源材料行業(yè)制高點(diǎn)的招商引資重點(diǎn)項(xiàng)目,總投資約30億元,該項(xiàng)目采用行業(yè)領(lǐng)先生產(chǎn)工藝,主要從事鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)。該項(xiàng)目位于湖北省隨州市曾都區(qū)淅河鎮(zhèn)余家畈白云大道以西,隨城山大道以南,包括石墨化車間、高溫碳化車間、低溫碳化車間、前驅(qū)體車間等多個(gè)大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房,項(xiàng)目鳥瞰圖見圖1。其中石墨化車間為單層兩跨的大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房,建筑面積約20 000 m2,平面軸網(wǎng)尺寸為73 m×261 m,主廠房為排架結(jié)構(gòu)(跨度52 m、高度33.1 m、柱距9 m、雙層吊車),附跨廠房為門式剛架(跨度21 m、高度15.82 m、柱距9 m、單層吊車),鋼柱柱腳采用插入式,石墨化車間橫斷面見圖2。插入式鋼柱柱腳包括鋼柱(1)、混凝土基礎(chǔ)(2)、底座(3)、定位機(jī)構(gòu)(4)、細(xì)石混凝土(5),其中底座(3)包括錨筋(31)、錨板(32)、第一角鋼(33)、第二角鋼(34)、底座縱向孔(331)、底座橫向孔(332),定位機(jī)構(gòu)(4)包括直角立柱(41)、橫向板(42)、縱向板(43)、縱向端板(44)、定位板(45)、定位端板(46)、第一橫向孔(411)、第一縱向孔(412)、第二橫向孔(413)、第二縱向孔(414)、第三橫向孔(415)、第三縱向孔(416)、第四縱向孔(421)、第五縱向孔(422)、第四橫向孔(431)、第五橫向孔(432)、第六縱向孔(441)、連接孔(451)、第六橫向孔(461),插入式鋼柱柱腳橫/縱向側(cè)示意圖、底座立面圖、定位機(jī)構(gòu)俯視圖、定位機(jī)構(gòu)橫/縱向側(cè)示意圖見圖3—圖8。

2 新技術(shù)的特點(diǎn)

本項(xiàng)目施工面積大、工期緊、鋼柱安裝定位難度大。針對現(xiàn)有技術(shù)中鋼柱安裝工期長、定位不準(zhǔn)確的問題,本項(xiàng)目提出了一種插入式鋼柱柱腳的新技術(shù),包括混凝土基礎(chǔ)、底座、定位機(jī)構(gòu)等,它們各自的特點(diǎn)如下。

2.1 混凝土基礎(chǔ)

混凝土基礎(chǔ)預(yù)留杯口,將預(yù)留杯口設(shè)計(jì)成矩形,預(yù)留杯口寬度方向設(shè)為橫向、長度方向設(shè)為縱向,預(yù)留杯口一般設(shè)計(jì)成上大下小的梯形,頂部邊緣線與底部邊緣線之間的水平距離s為25 mm～50 mm。

2.2 底座

底座設(shè)有四個(gè),布置在預(yù)留杯口頂部四角,底座包括錨筋、錨板、第一角鋼和第二角鋼,錨筋預(yù)埋于混凝土基礎(chǔ)內(nèi),錨板固定安裝在錨筋上,錨板的頂面為水平面且與混凝土基礎(chǔ)頂面齊平或伸出混凝土基礎(chǔ)頂面外,將錨板的頂面設(shè)為定位機(jī)構(gòu)安裝的基準(zhǔn)面。錨筋可采用RRB400鋼筋,數(shù)量不小于4根,直徑不小于16 mm,長度不小于錨筋直徑的15倍;錨板可采用Q235鋼板,尺寸不小于150 mm×150 mm,厚度不小于10 mm。

2.3 定位機(jī)構(gòu)

定位機(jī)構(gòu)包括四個(gè)直角立柱和安裝在立柱中部和頂部的兩個(gè)水平定位框。水平定位框包括一對橫向板、一對縱向板以及一對定位板,一對橫向板沿橫向可拆卸的安裝在橫向兩側(cè)相鄰兩立柱的中部或頂部,一對縱向板沿縱向可拆卸的安裝在縱向兩側(cè)相鄰兩立柱的中部或頂部,一對定位板沿橫向可拆卸的安裝在一對縱向板之間。

第一橫向孔的中心線與錨板頂面之間的距離H1為40 mm～60 mm,第二橫向孔的中心線與第一橫向孔的中心線之間的距離H2為500 mm～700 mm,第三橫向孔的中心線與第二橫向孔的中心線之間的距離H3為500 mm～700 mm。

第一角鋼、第二角鋼、直角立柱、橫向板、縱向板、定位板均采用角鋼制作,具體可采用Q235等邊角鋼制作,截面均不小于L75×8;定位端板、縱向端板可采用Q235鋼板,尺寸不小于70 mm×70 mm,厚度不小于8 mm;螺栓為等級不低于5.6級普通螺栓,型號不小于M16,每個(gè)螺栓配置1個(gè)固定螺母。

為了減少材料損耗,避免安裝人員安裝時(shí)因部件規(guī)格型號過多而導(dǎo)致安裝錯(cuò)誤的問題,第一角鋼、第二角鋼、直角立柱、橫向板、縱向板、定位板均采用同一型號角鋼,所有連接螺栓均采用同一型號螺栓,其選型與鋼柱的腹板高度有關(guān),具體可參考表1。

表1 定位機(jī)構(gòu)選型表

3 新技術(shù)的工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

澆筑具有預(yù)留杯口的混凝土基礎(chǔ)→安裝底座→鋼柱吊裝→安裝定位機(jī)構(gòu)→向預(yù)留杯口澆筑混凝土。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 澆筑具有預(yù)留杯口的混凝土基礎(chǔ)

澆筑具有預(yù)留杯口的混凝土基礎(chǔ),先開挖基坑,在基坑內(nèi)鋪設(shè)并綁扎基礎(chǔ)鋼筋并留出預(yù)留杯口,向基坑內(nèi)澆筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)形成具有預(yù)留杯口的混凝土基礎(chǔ),將預(yù)留杯口寬度方向設(shè)為橫向、預(yù)留杯口長度方向設(shè)為縱向,預(yù)留杯口周邊應(yīng)超出鋼柱外輪廓線不小于100 mm,預(yù)留杯口內(nèi)表面在拆模時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行打毛、清刷干凈。

3.2.2 安裝底座

在預(yù)留杯口頂部四角各安裝一個(gè)底座,先將錨板焊接在錨筋上后預(yù)埋于混凝土基礎(chǔ)內(nèi),澆筑混凝土并保證錨板的頂面為水平面且與混凝土基礎(chǔ)頂面齊平,待混凝土養(yǎng)護(hù)完成后在錨板上測量放線,確定第一角鋼與第二角鋼的準(zhǔn)確定位,然后將第一角鋼的一肢水平焊接在錨板上,其另一肢沿橫向豎直設(shè)置,將第二角鋼的一肢水平焊接在錨板上,其另一肢沿縱向豎直設(shè)置,第一角鋼的另一肢和第二角鋼的另一肢呈一直角緊靠設(shè)置,確保底座縱向孔和底座橫向孔的中心線與錨板頂面之間的距離相等,且所有底座縱向孔的中心線與預(yù)留杯口縱向中心線之間的水平距離均為W,所有底座橫向孔的中心線與預(yù)留杯口橫向中心線之間的水平距離均為L。

3.2.3 鋼柱吊裝

用起重機(jī)吊裝鋼柱并使其下部插入預(yù)留杯口內(nèi),鋼柱在插入深度范圍內(nèi)不得刷油漆,柱腳安裝時(shí)應(yīng)將鋼柱表面的泥土、油污、鐵銹和焊渣等用砂輪清刷干凈。

3.2.4 安裝定位機(jī)構(gòu)

1)在直角立柱兩肢的底部分別開設(shè)與底座橫向孔和底座縱向孔相對應(yīng)的第一橫向孔和第一縱向孔,在直角立柱兩肢的中部分別開設(shè)等高的第二橫向孔和第二縱向孔,在直角立柱兩肢的頂部分別開設(shè)等高的第三橫向孔和第三縱向孔,并使第一橫向孔、第二橫向孔、第三橫向孔的圓心位于同一豎線上,使第一縱向孔、第二縱向孔、第三縱向孔的圓心位于同一豎線上,將直角立柱安裝在對應(yīng)的第一角鋼與第二角鋼上,直角立柱的直角緊貼第一角鋼與第二角鋼的直角設(shè)置,底座橫向孔和第一橫向孔之間、底座縱向孔和第一縱向孔之間均通過螺栓連接并使四個(gè)立柱保持豎直狀態(tài)呈矩形布置,此時(shí),橫向側(cè)相鄰的兩個(gè)直角立柱的第一縱向孔之間的距離、第二縱向孔之間的距離、第三縱向孔之間的距離均為2W,縱向側(cè)相鄰的兩個(gè)直角立柱的第一橫向孔之間的距離、第二橫向孔之間的距離、第三橫向孔之間的距離均為2L。

2)制作橫向板、縱向板和定位板,在橫向板的一肢上開設(shè)有兩個(gè)中心距為2W的第四縱向孔,在縱向板的一肢上開設(shè)兩個(gè)中心距為2L的第四橫向孔,在縱向板一肢上位于兩個(gè)第四橫向孔之間設(shè)有用于安裝定位板的第五橫向孔,定位板的兩端安裝有定位端板,定位端板上設(shè)有與第五橫向孔對應(yīng)的第六橫向孔,定位板的一肢上開設(shè)有連接孔。

3)將一對橫向板沿橫向安裝在橫向兩側(cè)相鄰兩立柱的中部,將一對縱向板沿縱向安裝在縱向兩側(cè)相鄰兩立柱的中部,將一對定位板沿橫向安裝在一對縱向板之間,由于一對定位板之間的間距等于鋼柱腹板高度,此時(shí)鋼柱兩橫向側(cè)分別緊貼兩個(gè)定位板設(shè)置,對鋼柱的縱向位置進(jìn)行第一次固定。

4)將一對橫向板沿橫向安裝在橫向兩側(cè)相鄰兩立柱的頂部,將一對縱向板沿縱向安裝在縱向兩側(cè)相鄰兩立柱的頂部,將一對定位板沿橫向安裝在一對縱向板之間,由于一對定位板之間的間距等于鋼柱腹板高度,此時(shí)鋼柱兩橫向側(cè)分別緊貼兩個(gè)定位板設(shè)置,對鋼柱的縱向位置進(jìn)行第二次固定。

5)調(diào)整鋼柱位置使其所有定位孔與所有連接孔一一對應(yīng),并通過穿入對應(yīng)定位孔和連接孔內(nèi)的螺栓將鋼柱與定位板固定連接,進(jìn)而將鋼柱與定位機(jī)構(gòu)、底座、混凝土基礎(chǔ)固定連接成一體。

3.2.5 向預(yù)留杯口澆筑混凝土

松掉起重機(jī)吊鉤,向預(yù)留杯口內(nèi)澆筑混凝土(具體可為細(xì)石混凝土)并進(jìn)行養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后拆除定位機(jī)構(gòu),養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間指細(xì)石混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值75%以上時(shí),杯口細(xì)石混凝土強(qiáng)度等級比混凝土基礎(chǔ)至少高一級且不小于C40。

4 結(jié)語

本技術(shù)提供了一種插入式鋼柱柱腳及其施工方法,它通過增加一套用于對鋼柱進(jìn)行定位與臨時(shí)固定的可拆卸式定位機(jī)構(gòu),可以達(dá)到使鋼柱安裝便捷、定位準(zhǔn)確、節(jié)約工期、降低成本的目的。

1)本技術(shù)通過在預(yù)留杯口頂部四角各安裝一個(gè)底座對定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位,預(yù)埋于混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的錨筋無定位要求,只需校準(zhǔn)錨板頂面為水平面,并以此校準(zhǔn)第一角鋼和第二角鋼的安裝位置,最終保證底座橫向孔和底座縱向孔的精準(zhǔn)定位即可,大大降低了定位難度,提高了定位精度。

2)本技術(shù)在鋼柱吊裝至預(yù)留杯口后安裝定位機(jī)構(gòu),將定位機(jī)構(gòu)的直角立柱與直角安裝板之間、橫向板或縱向板與直角立柱之間、定位板與縱向板之間、定位板與鋼柱之間均通過插入預(yù)設(shè)孔內(nèi)的螺栓進(jìn)行連接,普通施工人員即可完成安裝,操作簡單、快速、可靠,后續(xù)拆卸也簡單快速,而且通過對橫向板、縱向板、定位板各孔的精準(zhǔn)設(shè)計(jì),可以精確控制定位機(jī)構(gòu)和鋼柱的標(biāo)高和定位,無需在預(yù)留杯口底部采用灌漿料二次找平,避免了因預(yù)留杯口空間狹小導(dǎo)致二次找平平整度控制困難進(jìn)而使柱底標(biāo)高精度難以保證的問題。

3)本技術(shù)在定位機(jī)構(gòu)安裝完成后即可將鋼柱與混凝土基礎(chǔ)連接成穩(wěn)固的一體,便可松掉起重機(jī),無需等待預(yù)留杯口內(nèi)灌漿料養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)值,起重機(jī)便可投入下一吊裝作業(yè),大大縮短施工工期,降低施工成本。

4)本技術(shù)采用定位機(jī)構(gòu)對鋼柱的上部進(jìn)行臨時(shí)固定,相較于采用鋼楔子進(jìn)行固定的方式,本技術(shù)可以避免在預(yù)留杯口細(xì)石混凝土澆筑過程中因振動(dòng)棒振動(dòng)使臨時(shí)固定鋼柱的鋼楔子發(fā)生松動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生鋼柱移位導(dǎo)致鋼柱定位不準(zhǔn)確的問題。

5)本技術(shù)定位機(jī)構(gòu)的各部件之間、其與底座和鋼柱之間均采用螺栓進(jìn)行可拆卸連接,待預(yù)留杯口細(xì)石混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值75%后可拆除定位機(jī)構(gòu)供下一個(gè)鋼柱柱腳重復(fù)使用,與現(xiàn)有技術(shù)將鋼楔子澆筑于預(yù)留杯口相比,本技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。