型鋼混凝土柱施工工法_secret.doc

型鋼混凝土柱施工工法1. 前言隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，新建的建筑風格日益多樣化，特別是2008年奧運會成功申辦以后，奧運工程中出現了一批造型新穎獨特的建筑。作為第29屆奧運會的主體育館*建成后將成為國內最大的室內體育館。為了實現空間上的大跨度要求，*場館四周應用了“型鋼混凝土框架鋼支撐”這種結構體系。由于屋頂設計為曲線形，該結構體系中的主要受力構件型鋼混凝土柱（以下簡稱“型鋼柱”）設計高度不等，單柱最高設計高度達13.5m，單柱施工高度高且與周邊樓層連接少，超高“型鋼柱”施工是本工程的一大難點，該項目的施工由北京*集團有限責任公司負責完成，超高“型鋼柱”施工技術于2007年3月9日由北京*集團申請了“型鋼梁下翼緣與鋼筋的連接結構及其焊接方法”的發(fā)明專利。2.工法特點2.0.1 為了解決型鋼混凝土框架中的梁、柱節(jié)點處型鋼與鋼筋在空間上的矛盾，以實現柱中主筋自下而上連續(xù)、貫通，保證其整體性，在型鋼梁、柱加工前需進行鋼筋穿孔位置的深化設計；另外，為了模板支設時對拉螺栓的使用，還得進行型鋼柱上對拉螺栓眼位置的深化設計。 2.0.2 “型鋼柱”柱頂柱主筋通過塞焊連接于“型鋼柱”柱頂錨固鋼板，鋼筋自動成為錨板的錨筋，且節(jié)省了鋼筋的錨固用量。2.0.3 場館四周型鋼混凝土框架結構相對獨立，模板支設難度大。施工時需搭設單獨的操作架及梁、柱支撐體系。2.0.4 型鋼柱高度大，混凝土澆筑時混凝土對模板有很大的側壓力，這對模板方案的選擇提出了很高的要求，科學、合理、易操作的模板施工技術對工程的質量、安全、成本等至關重要。2.0.5 型鋼梁、柱節(jié)點處，“工”字型型鋼梁占據了節(jié)點處的大量空間、且“王”字型型鋼周圍主筋密集，混凝土澆筑時下灰困難。2.0.6 部分型鋼柱柱間有鋼斜撐，柱側模支設困難。2.0.7 自密實混凝土施工操作工藝簡單，勞動強度小，混凝土澆筑質量容易控制。3.適用范圍本工法適用于大跨度、重荷載和超高層建筑中的型鋼混凝土框架結構體系。 4.工藝原理4.0.1 型鋼混凝土框架結構利用型鋼、鋼筋與混凝土協(xié)同作用的原理，大大提高了結構的承載力、剛度、抗震性能。4.0.2 在型鋼梁和鋼支撐節(jié)點區(qū)域變截面翼緣板上適當開孔，保證了型鋼梁柱節(jié)點處鋼筋的連接質量和節(jié)點區(qū)域的設計抗力。4.0.3 自密實混凝土在型鋼混凝土柱中的應用，解決了型鋼框架中鋼筋密集部位的混凝土振搗不密實和振搗困難的施工難題。4.0.4 利用側壓力試驗確定了超高型鋼柱混凝土澆筑時對模板的側壓力計算公式。5.工藝流程和操作要點5.1 施工工藝流程施工工藝流程如圖5.1所示：施工腳手架搭設型鋼柱安裝翼緣開孔位置、大小對拉螺栓孔數量、位置深化設計廠家加工鋼筋加工鋼筋綁扎、驗收模板吊裝、加固混凝土澆筑柱頂鋼筋錨固方法模板加工圖5.1 型鋼柱施工工藝流程5.2 操作要點5.2.1 深化設計1、對拉螺栓孔深化設計圖5.2.1 型鋼混凝土框架典型節(jié)點模型根據模板方案設計，型鋼柱螺栓豎向間距為900mm，柱底第一道對拉螺栓距地面200mm。深化設計時需確定對拉螺栓孔的位置。型鋼柱在廠家加工時根據深化設計結果，在型鋼柱腹板上開直徑為30mm的圓孔。2、型鋼梁翼緣上鋼筋孔深化設計型鋼梁柱節(jié)點處由于型鋼梁和鋼支撐的牛腿存在，其翼緣影響型鋼柱主筋在其寬度范圍內順利通過，在型鋼梁、柱加工前需進行型鋼柱主筋位置的排布方式和主筋穿型鋼梁翼緣的方式的深化設計。圖5.2.1為型鋼混凝土框架典型節(jié)點模型圖：1）型鋼柱主筋排布方式深化設計時需考慮以下項目：主筋間最大間距不得太大，以控制柱側收縮裂縫。柱縱筋和梁水平筋的位置關系。型鋼柱混凝土的保護層厚度。鋼筋和型鋼梁、鋼支撐的關系（腹板，翼緣板）。柱側雙向有型鋼梁時還需考慮梁水平筋的X向、Y向的交錯關系。 2）型鋼柱主筋穿型鋼梁翼緣方式的深化設計時需考慮以下項目：柱主筋直徑與孔徑的關系。開孔面積對翼緣的削弱程度。型鋼柱柱主筋的排布形式。5.2.2 型鋼柱安裝1 施測方法1）軸線、中心線測量對已安裝完的勁性構件的定位軸線和中心線進行復驗檢查，監(jiān)理單位驗收合格后方可進行下道工序施工。2）標高測量依據甲方提供的原始水準點，對任意一個水準點樁進行測定。往、返各測2次，所測得的高程之差不大于3mm為合格，取平均值作為最后觀測結果。利用已測定的水準點樁，使用N3水準儀對其它點樁進行測定，往、返各測一次，2次觀測結果不大于0.5mm為合格。3）垂直度的控制使用2臺經緯儀，按正交的方法，對勁性柱進行垂直校正。2 型鋼柱吊裝1）吊點采用工廠制作時設置的專用鋼板制吊耳，每根鋼柱設置2個吊耳，直接焊在鋼柱的頂部兩側，吊耳距頂面10cm，同時柱體翼緣板上焊接四個拴倒鏈的耳板。2）柱子起吊前為保證柱子穩(wěn)定性，采用4根14mm鋼絲繩作為纜風繩，分別栓在柱子頂部，做為找正、臨時固定使用。選用兩根637（GB110274）30 mm鋼絲繩作為吊裝索具，將柱頭兩側吊耳吊起，見圖5.2.2所示。柱子安裝就位采用四個倒鏈。圖5.2.2 型鋼柱吊裝示意圖3） 型鋼柱吊裝方法采用直吊法，吊裝設備為現場布置的四臺塔吊和150t汽車吊。鋼柱起吊時鋼絲繩固定在起重機吊鉤上，起重機收鉤，直到柱身呈直立狀態(tài)，然后將柱吊離地面50cm時應停機檢查吊索具是否安全可靠，確認無誤后升到安裝高度，移到就位柱上方，緩慢下降，對正位置后，用連接板安裝螺栓進行固定，同時將攬風繩與地面地錨固定。5.2.3 施工腳手架搭設型鋼柱鋼筋綁扎前需根據柱高在型鋼柱四周搭設施工作業(yè)架，作業(yè)架為雙排架，在四個方向上連成整體。作業(yè)架立桿與型鋼柱間的距離的確定需考慮模板加固時的空間需求。鋼筋綁扎時利用小橫桿挑出操作面，模板安裝時拆除挑出的操作面，工人直接站在作業(yè)架內進行操作。5.2.4 鋼筋加工第一節(jié)型鋼柱的高度為地下室的層高，由于地下室層高僅為4m，固鋼筋加工時需考慮主筋從基礎梁頂面的甩出長度，若甩出長度太長會給型鋼柱的安裝帶來困難（牛腿與鋼筋打架），且為鋼筋順利穿過型鋼梁翼緣孔造成不便（沒有調節(jié)空間）。柱頂鋼筋加工時，鋼筋長度需根據現場實際情況確定，若鋼筋太短不能升出柱頂錨固板造成二次加工；若鋼筋太長便造成鋼筋浪費。5.2.5 鋼筋安裝型鋼柱主筋在基礎梁內插筋時，需嚴格按照主筋位置排布的深化設計結果進行插筋，必須保證穿過型鋼梁翼緣板的主筋位置準確，且在柱子的整個施工過程中需該部分鋼筋的豎直度。穿過型鋼梁或鋼支撐牛腿翼緣板的主筋安裝時先將待連接的鋼筋從下往上穿過穿筋孔，然后利用專用套筒與下端鋼筋連接。型鋼柱主筋穿型鋼梁翼緣方式如圖5.2.5-1所示。柱鋼筋穿過型鋼梁翼緣圖5.2.5-1 型鋼柱主筋穿型鋼梁翼緣實物照片型鋼混凝土框架節(jié)點處的箍筋由于受到型鋼梁、鋼支撐牛腿腹板的影響只能加工成開口套，該部分箍筋安裝時，需與腹板上預焊的胡子筋（在工廠預焊）焊接，如圖5.2.5-2所示：柱箍筋焊接圖5.2.5-2 框架節(jié)點處型鋼柱箍筋焊接實物照片由于型鋼梁和鋼支撐截面占據了框架節(jié)點處的大量空間，型鋼柱主筋不能象普通鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點那樣具備彎折和錨固空間。在型鋼柱柱頂設置錨固鋼板，型鋼柱主筋可以不用彎折直接錨固在柱頂錨固鋼板上。柱頂錨固鋼板加工時需根據主筋排布方式深化設計結果預留出鋼筋孔，柱頂鋼筋安裝時穿過柱頂鋼板上的預留孔后，切除多余的鋼筋頭，進行塞焊，焊縫需充滿預留孔與鋼筋間的空隙，焊縫頂部應與錨固板頂面平齊。柱頂主筋錨固如圖5.2.5-3所示。1112圖5.2.5-3 型鋼柱主筋在柱頂錨固方式示意圖圖中：1柱主筋、2梁中型鋼、3鋼支撐、4振搗孔、5塞焊孔、6焊接線孔、7約束錨固鋼板、8節(jié)點區(qū)梁翼緣、9栓釘、10柱中型鋼、11正交轉換接頭、12連接板。5.2.6 模板設計、加工、安裝1、模板設計1）計算模型研究傳統(tǒng)模板設計時，混凝土側壓力值計算有兩種方法： 5.2.6-1 5.2.6-2型鋼柱混凝土采用自密實混凝土。自密實混凝土呈高流態(tài)，其對模板的側壓力與澆筑高度有關，相比之下利用公式二對自密實混凝土產生的側壓力進行計算更科學合理。但需進行修正，其計算公式模型應為： 5.2.6-3式中：為折減系數。a 安放應力測試計b 測試計安放就位值的確定對模板體系設計至關重要，通過對自密實混凝土澆筑時的側壓力現場測試試驗，得到合理數值為0.50.6。圖5.2.6-1為現場試驗照片。圖5.2.6-1 混凝土側壓力現場試驗2）模板體系設計經過計算，超高型鋼柱模板體系設計為表5.2.6所示：表5.2.6 型鋼柱模板體系面板類型龍骨類型柱箍間距2層18mm厚木膠合板H200木工字梁豎龍骨，間距230mm；100505.3雙方鋼管柱箍+16對拉螺栓柱箍間距：6m以下300mm，6m以上450mm；穿墻螺栓間距450mm3） 內層模板使用新模板，按照建筑師的設計理念，水平蟬縫豎向間距2.0m，柱邊長大于1.2m時設置居中豎向蟬縫，外層模板使用舊木膠合板。2、模板加工1）模板連接：模板面板與木工字梁用鋼釘連接，釘眼用膩子刮平，板縫用玻璃膠嵌填嚴實。圖5.2.6-2 模板吊鉤示意圖2） 木工字梁接高：由于柱模板加工高度高，標準木工字梁長度無法滿足要求，采用接高件的方法接長木工字梁，加高件為兩片加工好的806006mm鋼板，在每根木工字梁端頭用2根六角螺栓固定，相鄰木工字梁接頭間隔錯開。3）吊鉤安裝：模板吊鉤安裝在模板邊第二根工字梁端部。吊鉤形式如圖5.2.6-2：3、模板安裝1）模板利用塔吊吊裝，圖5.2.6-3為現場施工照片：模板吊裝圖5.2.6-3 模板吊裝現場實物照片2）模板下口無頂板或型鋼梁時，在下一層柱頂設置柱箍，柱箍與模板下口間設置100mm100mm方木支撐，如圖5.2.6-4所示：圖5.2.6-4 模板底部加固方式3）模板加固使用可拆式對拉螺栓（三節(jié)頭），對拉螺栓兩端與模板接觸處分別套一硬聚酯錐套，錐套外側與模板接觸面頂緊，錐套與模板之間還要加一個直徑與錐套相同的密封條墊圈，確保混凝土不漏漿，對拉螺栓詳圖如圖5.2.6-4所示。圖5.2.6-4 對拉螺細部構造圖a 現場模體系正面照片b 場模板體系側面照片圖5.2.6-5 為模板加固后的實物照片：圖5.2.6-5 型鋼柱模板加固現場照片5.2.7 混凝土澆筑由于型鋼柱單次施工高度大，最高單次澆筑高度達13.5m，型鋼柱中有“王”字形型鋼，型鋼周圍鋼筋密集，且柱頂有型鋼梁的影響，用普通混凝土很難澆筑，選用具有自流平和自密實性能的自密實混凝土能很好的保證施工質量。自密實混凝土利用汽車泵進行泵送。由于型鋼柱中“王”字形型鋼的存在，柱截面被分為四個區(qū)，混凝土澆筑時從四個分區(qū)間隔下灰，以免從一個區(qū)連續(xù)下灰致使一側模板壓力過大，造成模板移位?；炷翝仓俣炔荒苓^快，每次下灰高度控制在0.5m左右，兩次下灰時間間隔控制在15分鐘左右，這樣可避免模板側壓力過大而致使模板體系漲壞。由于型鋼柱單次澆筑高度高，且鋼筋密集，混凝土澆筑時必須利用振搗棒輔助振搗，這樣可以減少混凝土表面的氣泡、麻面等質量缺陷，但振搗持續(xù)時間不能過長，一般每個振搗點振搗時間不超過3秒?；炷翝仓r利用橡皮錘敲擊模板外側，尤其是柱子四角處應多敲擊，這樣可以檢查混凝土澆筑是否密實，而且有利于排除混凝土內部的氣孔。6.材料與設備6.1 型鋼柱材料6.1.1鋼材：型鋼柱翼緣、腹板鋼材為Q345-C，鋼板厚度20mm時。6.1.2螺栓：螺栓主要采用10.9S的扭剪型高強度螺栓。6.1.3焊絲：焊接采用二氧化碳氣體保護焊，焊絲用JM-56，1.2實芯焊絲。6.2 鋼筋及連接套筒型鋼柱所用鋼筋均為RRB400，其中主筋為：2；箍筋為：2。鋼筋連接采用滾壓直螺紋接頭。6.3 模板體系材料6.3.1 面板材料：18mm厚木多層板。6.3.2 龍骨材料：豎楞：H200高木工字梁；柱箍：100505.3方鋼管柱箍；對拉螺栓：16可拆式對拉螺栓（三接頭）。6.4 自密實混凝土6.4.1 原材料選擇1 水泥工程中自密實混凝土選用北京興發(fā)拉法基水泥公司生產的P.O42.5水泥。2 摻和料工程中自密實混凝土選用I級粉煤灰，其各項指標均符合GB/T15962005的要求，具有較高的活性，能改善混凝土的和易性、可泵性，并可提高混凝土基材的密實度和抗腐蝕性等特點。3 外加劑的使用自密實混凝土中使用了JG-2A、UEA外加劑。外加劑與選用的水泥有良好的相容性，能保持拌和物的高流動性和可泵性。4 集料選用連續(xù)級配的520mm的碎石。砂的細度模數在2.62.9之間。6.4.2 配合比確定自密實混凝土的砂率控制在45%50%。另外，為滿足混凝土的強度和耐久性，混凝土的水膠比不大于0.40，可用摻和料調節(jié)混凝土的強度和耐久性。坍落度要求為：250270mm，擴展度要求為：500700mm。6.4.3 配合比的調整和選定經過多次試配和優(yōu)選，通過檢測混凝土拌和物的坍落度、擴展度、抗壓強度等各種性能。最后選定配合比如表6.4.34所示：表6.4.3 C50自密實混凝土配合比水泥摻和料砂碎石外加劑水興發(fā)拉法基P.O42.5I級粉煤灰涿州中砂涿州碎石最大粒徑20mmJG-2AUEA飲用水10.2331.852.0020.050.1070.44209877784120.8345168表6.4.4 C40自密實混凝土配合比水泥摻和料砂碎石外加劑水興發(fā)拉法基P.O42.5I級粉煤灰涿州中砂涿州碎石最大粒徑20mmJG-2AUEA飲用水10.2541.992.2410.0480.1090.4483869876886518.41421736.5 起重設備表6.5 起重設備序號名 稱型 號 與 規(guī) 格數量單位1塔式起重機ST70/27,ST70/30 HKB40/21B,H3/36B4臺2汽車吊150t1臺6.6 汽車泵施維英車載式混凝土泵（臂長58m）。7.質量標準及保證措施7.1 工程質量控制標準7.1.1 型鋼柱安裝質量型鋼柱安裝質量執(zhí)行北京市地方標準DBJ/T01-69-2003建筑結構長城杯工程質量評審標準，允許偏差按7.1.1表執(zhí)行。表7.1.1 型鋼柱安裝允許偏差及檢查方法序號項目允許偏差值（mm）檢查方法1地腳螺栓位移1經緯儀尺量2底層柱對定位軸線23地腳螺栓標高2水準儀尺量4基礎上住底標高25柱主筋保護層厚度3用鋼尺檢查6單節(jié)柱垂直度8經緯儀尺量7整體結構垂直度207.1.2 鋼筋工程安裝質量型鋼柱鋼筋工程安裝質量執(zhí)行北京市地方標準DBJ/T01-69-2003建筑結構長城杯工程質量評審標準，允許偏差按7.1.2表執(zhí)行。表7.1.2 鋼筋工程安裝允許偏差及檢查方法 項次項目允許偏差值（mm）檢查方法1綁扎骨架寬、高5尺量長102主筋間距10尺量3箍筋間距10尺量連續(xù)5個間距4柱主筋保護層厚度3尺量7.1.3 模板工程安裝質量型鋼柱模板工程安裝質量執(zhí)行北京市地方標準DBJ/T01-69-2003建筑結構長城杯工程質量評審標準，允許偏差按7.1.2表執(zhí)行。表7.1.3 模板工程安裝允許偏差及檢查方法序號項 目允許偏差（mm）檢測方法1軸線位置3尺量2截面模內尺寸3尺量3垂直度3吊線、尺量7.2 質量保證措施7.2.1 鋼結構安裝前應對建筑物的定位軸線、基礎軸線和地腳螺栓位置、標高等進行檢查，并對基礎進行檢測和辦理交接驗收手續(xù)?；A混凝土強度必須達到設計要求方可進行安裝；基礎軸線標志和標高的基準點要準確、齊全。7.2.2 地腳螺栓及支撐面位置必須準確。7.2.3 型鋼柱安裝采用的鋼板墊板應設置在靠近地腳螺栓的柱腳底板下，每根柱腳螺栓側設置兩組墊板。墊板與基礎面和柱底面的接觸應平整、緊密。柱腳底板灌漿前，墊板應焊接固定。7.2.4 型鋼柱吊裝時，采用兩點吊裝法。吊裝就位固定后，設臨時支撐，以防受風力或其他外力作用而傾斜。7.2.5 型鋼柱安裝時控制柱腳的平整度和密實性，擰緊柱腳螺栓，掌握好型鋼柱的垂直度。7.2.6 認真考慮原材料長度，合理配料，控制同一截面中的鋼筋接頭數量滿足規(guī)范要求。7.2.7 鋼筋接頭位置、箍筋間距、箍筋彎鉤角度必須符合施工規(guī)范及設計的要求，并做好隱蔽驗收。7.2.8保證水電安裝管線在鋼筋施工過程中的預埋時間，防止水電安裝專業(yè)施工破壞或拆除已經綁扎完畢的鋼筋。7.2.9 柱子支模前應先在底面彈出通線，將柱子位置兜方找中，校正柱子的插筋位置。7.2.10 模板豎楞、柱箍、對拉螺栓間距必須嚴格按方案施工。7.2.11 模板安裝應拼縫嚴密平整，保證不漏漿、不錯臺、不跑模、不漲模、不變形。7.2.12混凝土澆筑速度不能過快，每次下灰高度控制在0.5m左右，兩次下灰時間間隔控制在15分鐘左右，這樣可避免模板側壓力過大而致使模板體系漲壞。7.2.13 自密實混凝雖施工操作簡單易行，可減小勞動強度，但是施工過程必須加強施工管理，尤其是過程控制。8.安全控制措施8.1參加鋼柱的運輸和吊裝的作業(yè)人員應進行專業(yè)安全技術培訓，經考試合格后，須取得主管部門的資質證后持證上崗。8.2在高處作業(yè)時，必須執(zhí)行建筑施工高處作業(yè)安全技術操作規(guī)范（JGJ80）有關的規(guī)定。8.3起重機吊裝作業(yè)前應遵守下列規(guī)定：8.3.1 必須對施工現場作業(yè)環(huán)境、空架電線、地上建筑物分布情況進行全面了解。8.3.2 吊裝作業(yè)應在平整堅實的場地上進行，起重臂桿起落及有效作業(yè)半徑和高度范圍內不得有障礙物。8.3.3 起重機不得支設在各類管線和地下構筑物之上。8.3.4 對松軟層部位應采取加固處理，加固后的地基必須滿足起重要求。8.3.5 起重機使用的鋼絲繩，其結構形式、規(guī)格、強度必須符合該機型起重機的要求。繩卡的規(guī)格、數量應與鋼絲繩直徑匹配。8.4指揮人員應站在起重機司機和起重工都能看到的地方，并嚴格按規(guī)定的起重信號指揮作業(yè)。起重機司機和起重工必須得到指揮人員明確的信號后，方可進行起重吊裝作業(yè)。8.5起重吊裝作業(yè)時應綁扎平穩(wěn)、牢固，應先將型鋼柱吊起50cm后停止提升，進行安全檢查。檢查起重機的穩(wěn)定性、制動器的可靠性、重物的平穩(wěn)性、綁扎的牢固性，確認無誤后方可再行提升。8.6起吊時鋼柱下嚴禁站人。與吊裝作業(yè)無關的人員和不直接參加吊裝的人員不得進入吊裝作業(yè)區(qū)域內。型鋼柱起吊提升和降落速度應均勻平穩(wěn)。嚴禁忽快忽慢或突然制動。塔吊吊裝作業(yè)中遇有停電或其它特殊情況，應將鋼柱落至地面，不得懸空。8.7鋼柱吊裝全過程，應有專人負責觀察鋼柱的強度、剛度和穩(wěn)定性，檢查桿件的受力變形情況，如發(fā)現問題及時處理。8.8 高空作業(yè)人員應配帶工具袋，工具應放入工具袋中，不得放在容易失落的地方，所有手動工具（如扳手、撬棍等）應穿上繩子套在安全帶或手腕上，防止失落傷及他人。8.9 鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑用施工操作架必須經安全管理人員驗收合格方可使用。施工過程中安全人員應隨時跟蹤檢查。8.10 高空作業(yè)人員嚴禁帶病作業(yè)，禁止酒后作業(yè)，作業(yè)時必須系好安全帶。8.11 建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。9.環(huán)保措施9.0.1 成立施工環(huán)境、衛(wèi)生、消防管理機構，在施工過程中嚴格遵循國家法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對材料、設備、廢水、生產垃圾的控制和處理。9.0.2 動火前必須開用火證，嚴格用火制度。9.0.3施工現場設置沉淀池、污水井，罐車在出現場前均要用水沖洗，以保證市政交通道路的清潔，減少粉塵的污染。沉淀后的清水再用做洗車水重復使用。9.0.4 施工場地C15混凝土硬化，以便控制施工現場揚塵污染。9.0.5 施工區(qū)域與非施工區(qū)域間設置標準的分隔設施，做到連續(xù)、穩(wěn)固、整潔、美觀。硬質圍檔的高度不得低于2.5米。9.0.6 優(yōu)先選用先進的環(huán)保機械。采取設立隔音墻、隔音罩等