劉 建 青

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

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倒錐體鋼框架—混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

劉 建 青

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

對太原博物館倒錐體鋼框架—鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行了研究，介紹了混凝土核心筒與鋼結(jié)構(gòu)施工方法和質(zhì)量控制措施，分析了倒錐體斜向鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)和難點(diǎn)，并詳細(xì)介紹了測量放線的方法，以保證建筑的精準(zhǔn)度。

倒錐體，核心筒，鋼結(jié)構(gòu)，施工技術(shù)

0 引言

近幾年超高層建筑及大型公共異形建筑增多，并大量采用鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)，其具有較好的結(jié)構(gòu)抗震性能及節(jié)約成本的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)在異形建筑中適應(yīng)性好，易于施工建造，縮短工期，工業(yè)化、機(jī)械化施工程度高。

本文以太原博物館工程為例，針對施工特點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行分析，采取具體的控制措施，保證施工質(zhì)量和施工安全，同時(shí)加快施工進(jìn)度，為指導(dǎo)類似工程施工提供有益參考。

1 工程概況

太原博物館由五個(gè)互相連通的倒錐形筒體組成，總建筑面積52 740 m2，地下1層，地上4層，建筑高度為24 m。筒體采用混凝土核心筒，外圍鋼框架結(jié)構(gòu)。

工程每一筒體外框用焊接箱型斜柱，外斜角71°，框梁和樓層梁均為H型鋼梁，倒錐體外框柱和混凝土核心筒通過鋼梁連接，鋼梁與核心筒通過鋼板預(yù)埋件連接，鋼梁上設(shè)鋼筋桁架模板—現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板。

工程鋼柱和鋼梁材質(zhì)主要為Q345B鋼，部分用Q345BGJC-Z15鋼，鋼構(gòu)件共計(jì)6 300 t。

外框箱柱和底板用地腳螺栓固定，分節(jié)箱柱用斜橫焊連接，柱與柱間的主梁用焊接連接，柱和主梁腹板用高強(qiáng)螺栓連接,上下翼緣用平坡口焊縫連接,焊縫為全焊透。樓層鋼梁的腹板和混凝土核心筒預(yù)埋件鉸接連接，次梁和主梁用鉸接連接。高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)為TS10.9級M24扭剪型高強(qiáng)螺栓。樓層鋼梁上鋪鋼筋桁架模板，鋼梁設(shè)φ19剪力栓釘。

2 施工順序

總體施工順序是先核心筒結(jié)構(gòu)，后安裝鋼結(jié)構(gòu)。

混凝土結(jié)構(gòu)：測量放線→剪力墻筋綁扎、預(yù)留預(yù)埋→隱蔽驗(yàn)收→墻模支設(shè)→梁頂板模支設(shè)→梁板鋼筋綁扎→管線預(yù)留預(yù)埋→隱蔽驗(yàn)收→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→拆模。

鋼結(jié)構(gòu)：鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)→鋼材定貨→鋼結(jié)構(gòu)制作→測量放線、預(yù)埋件復(fù)核→鋼結(jié)構(gòu)安裝、檢測→樓承板安裝→樓板鋼筋綁扎→樓板混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→鋼結(jié)構(gòu)涂裝。

3 測量放線

工程測量放線的關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)是弧形軸線測設(shè)和斜向結(jié)構(gòu)三維定位，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合全站儀進(jìn)行測設(shè)，利用CAD軟件計(jì)算機(jī)繪圖，確定不同高度位置弧形軸線及柱軸外側(cè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，輸入全站儀進(jìn)行精準(zhǔn)定位、測設(shè)。

在1層混凝土核心筒體內(nèi)外設(shè)標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)和線，采用水準(zhǔn)儀和鋼尺進(jìn)行標(biāo)高投測。

核心筒采用全站儀進(jìn)行平面定位，核心筒上的預(yù)埋件采用平面定位后，墨線儀進(jìn)行豎向投測。

4 鋼筋混凝土核心筒施工

鋼筋混凝土核心筒呈不規(guī)則多邊形，為剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體厚500 mm，鋼筋連接采用鐓粗直螺紋機(jī)械連接，梁鋼筋端頭錨固采用錨固板。墻體鋼筋綁扎完成后安裝預(yù)埋件，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，精確確定預(yù)埋件位置，現(xiàn)場精確測量定位并固定牢固。剪力墻模板采用定型大模板支設(shè)，模板采用計(jì)算機(jī)排版設(shè)計(jì)，工廠化加工定制，保證轉(zhuǎn)角角度的準(zhǔn)確。

剪力墻模板支設(shè)完成后，對預(yù)埋件位置進(jìn)行復(fù)核，符合要求后再進(jìn)行澆筑剪力墻混凝土?；炷琳駬v作業(yè)時(shí)，要設(shè)專人看護(hù)，振搗棒離埋件距離不少于300 mm，防止埋件移位。

剪力墻模板拆除后，清理預(yù)埋件表面，在埋件上測放出連接板位置，測出位置偏差值，如偏差值偏大，需提交設(shè)計(jì)人員進(jìn)行復(fù)核。對埋件位置尺寸準(zhǔn)確測量后，繪制埋件尺寸偏差表，根據(jù)表格數(shù)據(jù)對與埋件相連接的連接板加工尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證鋼梁與核心筒的順利連接。

5 鋼結(jié)構(gòu)制作

太原博物館外圍鋼柱外傾角為71°，鋼梁為輻射狀平面布置，與斜柱連接呈三維多角度。首先要按各層軸線圖、構(gòu)件平面圖和構(gòu)件規(guī)格進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維建模，并對構(gòu)件各連接節(jié)點(diǎn)按要求連接設(shè)置，對鋼柱按兩層一節(jié)，設(shè)定分節(jié)位置，鋼梁與柱的連接面位置按設(shè)計(jì)要求設(shè)置。經(jīng)對三維模圖審核無誤后，提取構(gòu)件，對每一構(gòu)件提取板材加工圖，并出具構(gòu)件加工圖。

鋼結(jié)構(gòu)建模時(shí)，同時(shí)對建筑內(nèi)安裝管線進(jìn)行建模，以確定鋼結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件上的預(yù)留洞位置及尺寸準(zhǔn)確，無遺漏。

構(gòu)件加工圖完成后，進(jìn)行鋼構(gòu)件加工制作。構(gòu)件各端部大都為異形，角度多，鋼板下料采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行準(zhǔn)確切割，以保證角度準(zhǔn)確。鋼板焊接采用機(jī)械焊接，保證焊縫焊接質(zhì)量可靠、穩(wěn)定。

制作流程：排版→材料驗(yàn)收→放樣、號料→矯正(鋼板平直、型鋼平直)→切割(BOX板條、隔板、襯板、墊板、勁板、鋼板對接等)→板材開坡口(柱梁板、隔板、勁板等)→組立→焊接(BOX焊接、隔板焊接、牛腿焊接、后熱保溫等)→端銑→成品校正、檢查→鉆孔→除銹、涂裝→成品編號、堆放。

6 鋼結(jié)構(gòu)安裝

6.1 安裝準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)安裝前，先確定安裝順序，并按構(gòu)件編號進(jìn)行分區(qū)排序，以便于構(gòu)件按序進(jìn)場存放。每個(gè)筒體分左右兩個(gè)核心筒，核心筒與核心筒之間的鋼構(gòu)件先行安裝，中間部位鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后安裝外圍橢圓部分鋼構(gòu)件，橢圓部分分成四部分，與左右核心筒連接的柱梁分別為一個(gè)區(qū)塊，剩余兩側(cè)各為一區(qū)塊。安裝順序及編號確定后，對安裝人員及制作廠進(jìn)行交底和說明，使生產(chǎn)和安裝能有序進(jìn)行(見圖1)。

6.2 安裝順序

核心筒中心構(gòu)件自下而上先安裝→安裝第一節(jié)柱及梁→相連的下層梁→上層梁→安裝一層鋼筋桁架板,焊栓釘,綁分布鋼筋,澆筑樓板混凝土,先上層后下層→安裝第二節(jié)柱→相連的下層梁→上層梁→安裝標(biāo)高相應(yīng)樓層鋼筋桁架板,焊栓釘,綁分布鋼筋,澆筑樓板混凝土,先上層后下層，依次進(jìn)行。

6.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量

6.3.1 測量前技術(shù)準(zhǔn)備

檢查鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)圖與原設(shè)計(jì)藍(lán)圖之間的位置尺寸，間距，夾角是否吻合；標(biāo)高尺寸是否有誤。

利用AutoCAD軟件結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)定位圖紙以及建筑物控制網(wǎng)，分析柱頂中心線坐標(biāo)。

制定詳細(xì)的測量交底，對于測量誤差及累積誤差，做到理論上有依據(jù)，操作上有措施。

同相關(guān)的技術(shù)人員、安裝人員對測量數(shù)據(jù)仔細(xì)進(jìn)行檢查，復(fù)核無誤方可實(shí)施。

6.3.2 測量方法及要求

筒體內(nèi)部垂直鋼柱測量時(shí)，首先設(shè)置鋼柱定位軸線的基準(zhǔn)線，把測量的基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在建筑物控制軸線的延伸線上。每一節(jié)柱子的定位軸線都由兩條基線從地面引上來，作為上一節(jié)柱安裝時(shí)的基準(zhǔn)線。

筒體外圍斜柱測量采用全站儀三維定位測量，測量前，根據(jù)每節(jié)斜向鋼柱頂部高度位置，繪制鋼柱特征點(diǎn)位坐標(biāo)控制圖，確定坐標(biāo)值。在每一節(jié)斜柱安裝時(shí)，在設(shè)定的鋼柱特征點(diǎn)位粘貼反光片，在斜柱吊裝時(shí)，用全站儀測量斜向鋼柱特征點(diǎn)位的坐標(biāo)值，并進(jìn)行鋼柱校正，當(dāng)實(shí)測值與理論值相符時(shí)，即可進(jìn)行斜向鋼柱固定。

6.4 鋼構(gòu)件連接

6.4.1 編制鋼結(jié)構(gòu)連接順序

鋼柱每兩層為一節(jié)，對接節(jié)點(diǎn)位于層間梁頂以上1.5 m處，每個(gè)筒體兩核心筒之間中部垂直柱及柱間梁先行安裝，且為一個(gè)安裝區(qū)段。每一筒體外圍斜向鋼柱與輻射狀鋼梁部分分為四個(gè)連接區(qū)段，每一區(qū)段內(nèi)又以從中心向兩側(cè)擴(kuò)展的原則進(jìn)行焊接，以減少焊接收縮變形和殘余應(yīng)力。

6.4.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接方法

1)斜向鋼柱安裝時(shí)，柱底部與下柱或基礎(chǔ)所放位置線對正，頂部根據(jù)全站儀三維測量定位，測量數(shù)據(jù)符合要求后，對鋼柱進(jìn)行臨時(shí)固定，臨時(shí)固定采用鋼柱上的臨時(shí)安裝連接板及螺栓固定，H型鋼梁腹板與箱型鋼柱連接牛腿腹板先用臨時(shí)固定螺栓連接，待鋼梁、鋼柱校正完畢后，鋼梁腹板與鋼柱用高強(qiáng)螺栓連接，鋼柱與鋼柱、鋼柱牛腿與鋼梁翼緣板進(jìn)行焊接。

2)柱和柱之間的主梁兩端都是焊接連接時(shí)，先焊一端，待焊縫冷卻到環(huán)境溫度時(shí)，再焊另一端。箱柱之間對接焊縫采用左右同時(shí)對稱施焊。

3)一節(jié)柱的整體焊縫的焊接順序是：上層主梁→下層主梁→柱—柱接頭焊縫→其他焊縫。

4)柱—柱接頭焊縫,柱—主梁接頭一級焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷檢測。

5)焊接工藝采用氣體保護(hù)焊，鋼結(jié)構(gòu)焊接工作開始前進(jìn)行焊工考試和焊接工藝試驗(yàn)，工藝試驗(yàn)的項(xiàng)目有柱—柱接頭焊接工藝試驗(yàn)，柱—梁接頭焊接工藝試驗(yàn)。焊接工藝試驗(yàn)：柱鋼板最大厚度40 mm，梁鋼板最大厚度40 mm。

6)鋼柱接頭焊縫由兩個(gè)焊工在對面同時(shí)進(jìn)行對稱施焊。

7)冬期厚鋼板施焊前要預(yù)熱到36 ℃。焊后后熱并保溫。

8)柱牛腿與鋼梁的焊縫翼緣板焊接時(shí)，先焊下翼緣焊縫，再焊上翼緣焊縫。

9)焊接完成后24 h進(jìn)行超聲波探傷檢測。

7 桁架樓層板安裝

桁架樓層板在鋼結(jié)構(gòu)安裝完2層以后插入，桁架樓層板采用0.75厚鍍鋅鐵皮與鋼筋骨架電阻點(diǎn)焊固定，板厚120 mm。樓層板尺寸按鋼結(jié)構(gòu)梁間尺寸進(jìn)行排版設(shè)計(jì)后加工制作。樓層板按編號鋪設(shè)就位后，進(jìn)行栓釘焊接，檢測合格后綁扎樓板橫向筋及安裝預(yù)埋管線。鋼筋驗(yàn)收合格后澆筑樓板混凝土。

8 結(jié)語

倒錐筒體結(jié)構(gòu)混凝土核心筒呈不規(guī)則多邊形，筒體弧形軸線及外形平面半徑隨建筑高度在變化，倒斜向鋼柱與輻射狀鋼梁連接角度多樣，給構(gòu)件測量定位帶來很大困難，借助計(jì)算機(jī)輔助制圖及建模軟件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，采用全站儀進(jìn)行三維立體定位測量，解決了特殊異形建筑的施工難點(diǎn)，保證了結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)建造。

通過計(jì)算機(jī)三維建模，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)異形結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和角度，通過軟件提取構(gòu)件尺寸，構(gòu)件端部截面尺寸和角度，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)及構(gòu)件能定尺加工制作和易于精確安裝。

倒傾斜鋼柱安裝工藝及安裝順序中，考慮了鋼結(jié)構(gòu)焊接變形及累積誤差，通過采取分區(qū)、分段、對稱安裝、焊接的方法，保證了安裝精度和安裝質(zhì)量。

On construction technique for mixed structure of inverted steel framework-concrete core tube

Liu Jianqing

(ShanxiEighthConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

The paper researches the construction of the mixed structure with the inverted cone steel framework and reinforced concrete core tube of Taiyuan Museum, introduces the construction methods for the concrete core tube and steel structure and its quality control measures, analyzes the construction features and difficulties for the inverted-cone inclined steel structure, and indicates the method for the measurement lining, so as to ensure the accuracy of the buildings.

inverted cone, core tube, steel structure, construction technique

1009-6825(2017)18-0073-02

2017-04-05

劉建青(1973- ),男，工程師

TU745

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