為滿足建筑物的剛度、強(qiáng)度及抗震性能,高層特別是超高層建筑中越來越多地采用鋼管混凝土疊合柱。鋼管混凝土疊合柱是在鋼筋混凝土柱的截面中部設(shè)置鋼管混凝土的一種疊合構(gòu)件,在我國(guó)已形成自主開拓的一種結(jié)構(gòu)體系,它較鋼管混凝土和鋼骨混凝土(型鋼混凝土)柱具有更優(yōu)良的抗壓性能和抗震性能。設(shè)計(jì)采用鋼管混凝土疊合柱既可減少柱子斷面而節(jié)約空間,又能滿足建筑物的剛度、強(qiáng)度及抗震性能,減少對(duì)鋼管防腐的使用成本,增強(qiáng)鋼管的防火性能。本文結(jié)合浙江省湖州市東吳·國(guó)際廣場(chǎng)龍鼎大廈工程,對(duì)鋼管混凝土疊合柱中鋼管的制作、焊接、安裝和鋼筋綁扎以及柱模板加固、混凝土澆筑等施工技術(shù)進(jìn)行論述。

1 工程概況

湖州東吳·國(guó)際廣場(chǎng)龍鼎大廈工程,主塔樓地上51層,地下2層,最大建筑高度288 m,工程總建筑面積約180 000 m2。工程主樓地下室為樁承臺(tái)筏板基礎(chǔ),工程樁為φ1 400、φ1 500嵌巖鉆孔灌注樁。主塔樓結(jié)構(gòu)形式為框架-筒體結(jié)構(gòu),由筒體及四周共20個(gè)鋼管混凝土疊合柱組成。工程地下2層至地上7層框架柱為鋼管混凝土疊合柱,混凝土強(qiáng)度為C70；鋼管混凝土柱截面尺寸為1 400 mm×1 400 mm, 鋼管柱截面尺寸為Φ1 000 mm×28 mm,鋼管總用量約為720 t。勁性鋼管柱安裝于主樓地下室樁承臺(tái)筏板基礎(chǔ)頂面,上部根據(jù)樓層高度每?jī)蓪右还?jié),逐節(jié)接至第7層(38.950 m)。在樓層框架梁鋼筋綁扎完成后,鋼管內(nèi)的混凝土澆筑至樓層結(jié)構(gòu)面標(biāo)高以上1 000 mm,鋼管外側(cè)混凝土與樓層梁板混凝土同時(shí)澆筑至樓層結(jié)構(gòu)面標(biāo)高。

2 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)及施工難點(diǎn)

1)本工程鋼管混凝土疊合柱截面尺寸為1 400 mm×1 400 mm,混凝土為C70高性能混凝土,其強(qiáng)度高、延性大、抗震性能優(yōu)異；外包普通鋼筋混凝土,既提高柱的承載力和減少柱的截面尺寸,又無須再對(duì)鋼管柱進(jìn)行防火處理,減少了工程造價(jià)。

2)該結(jié)構(gòu)類型配置中心混凝土是關(guān)鍵,中心混凝土量占整個(gè)混凝土量的1/3,所承擔(dān)的軸力為3/4。配置C70高性能混凝土難度較大,并且對(duì)混凝土密實(shí)度、收縮性要求較高。所以，在此高強(qiáng)度混凝土施工時(shí),試塊、試模、驗(yàn)收等方面均非常重要。

3)結(jié)構(gòu)梁跨度大,鋼筋直徑粗,須在鋼管柱上開孔,鋼管柱開孔的標(biāo)高、位置、洞口大小等須嚴(yán)格按要求控制,并且應(yīng)盡量減少鋼筋根數(shù)。

4)本工程設(shè)計(jì)鋼管柱兩層一節(jié),混凝土澆灌高度大；鋼管柱內(nèi)及外側(cè)混凝土下料、振搗難度大。

工程結(jié)構(gòu)平面及疊合柱配筋見圖1、圖2。

圖1 疊合柱配筋

圖2 工程結(jié)構(gòu)平面布置圖

3 施工順序

本工程施工流程如下：基礎(chǔ)埋設(shè)高強(qiáng)螺栓→鋼管起吊→鋼管就位螺栓初擰→垂直度初步校核→螺栓終擰、垂直復(fù)核→會(huì)審安裝測(cè)量記錄、確定焊接順序→焊接完成垂直度測(cè)量校對(duì)→校正驗(yàn)收→鋼管外柱筋綁扎及框架柱模板安裝→安裝梁底?！壴轰摻睢惭b梁側(cè)模及樓面模板→綁扎樓板鋼筋及上部結(jié)構(gòu)插筋→鋼管內(nèi)C70混凝土澆筑→澆筑鋼管外框架柱及梁板混凝土。

4 施工要點(diǎn)及技術(shù)措施

4.1 鋼管柱的制作及安裝

4.1.1 鋼管的制作

1)本工程鋼管采用Φ1 000 mm×28 mm,鋼管在專業(yè)廠家制作,并經(jīng)檢驗(yàn)合格。鋼板必須平直,并有出廠證明及試驗(yàn)報(bào)告,卷制鋼管的鋼板焊接采用CO2氣體保護(hù)焊。鋼管卷管方向前應(yīng)與鋼板壓延方向垂直,Q345鋼卷管內(nèi)徑不應(yīng)小于鋼板厚度的40倍。卷制鋼管前應(yīng)根據(jù)要求將板端開好坡口,坡口端應(yīng)與管軸嚴(yán)格垂直。卷管過程中,應(yīng)保持管端平面與管線垂直?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)安裝的實(shí)際要求,在鋼管柱的連接端頭設(shè)有臨時(shí)連接件,臨時(shí)連接件采用Q235鋼,具體做法見圖3。

圖3 鋼管柱連接端頭臨時(shí)連接

2)鋼管穿筋孔的開設(shè)：開設(shè)鋼筋孔時(shí),需要采用CAD精確定位放樣。鋼管管壁上開孔位置應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)不同主向梁縱向鋼筋標(biāo)高的差異,同時(shí)應(yīng)滿足：開孔孔徑D=d+13 mm(d為鋼筋直徑),鋼管上下排之間的預(yù)留孔中心距離為2D,預(yù)留孔之間的水平距離一般大于3D,預(yù)留孔邊距鋼管邊大于3D。應(yīng)在鋼管外壁準(zhǔn)確定出鋼管十字中心線,彈出墨線作基線,根據(jù)圖中尺寸用鋼皮尺沿鋼管壁上下定出各鋼筋中心點(diǎn),兩點(diǎn)連線。再根據(jù)立面圖中各排鋼筋中點(diǎn)距梁上下邊線的尺寸,在鋼管外壁上定出各鋼筋中點(diǎn),復(fù)核無誤后打眼。

4.1.2 鋼管柱的吊裝及就位

1)柱吊裝前準(zhǔn)備：待現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)合格,堆放及行車路線確定后,即檢查預(yù)埋板、預(yù)埋螺栓的軸線位置(允許偏差5.0 mm)、平整度、標(biāo)高,待檢查、測(cè)量合格后,用基礎(chǔ)螺母(柱底下)擰到預(yù)埋螺栓上,用水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀把基礎(chǔ)螺母調(diào)平至同一水平,并加以適當(dāng)固定。

柱按編號(hào)分別運(yùn)至確定位置并按規(guī)定擺放,擺放位置是其柱腳中心應(yīng)基本與基礎(chǔ)面中心形成一個(gè)同心弧,柱應(yīng)適當(dāng)墊高200～300 mm并準(zhǔn)備好適當(dāng)規(guī)格的方木。柱吊裝前應(yīng)再次檢查柱的各種基準(zhǔn)點(diǎn),吊(捆扎)點(diǎn)以及表面是否有損壞和污垢,確認(rèn)無誤后才能捆扎和吊裝。

2)鋼管柱的吊裝就位：鋼柱由專業(yè)鋼構(gòu)公司經(jīng)過分段制作后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng),采用主塔樓核心筒內(nèi)安裝的QTZ315內(nèi)爬式塔式超重機(jī)進(jìn)行單機(jī)回轉(zhuǎn)法吊裝,能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)鋼管柱卸車及安全吊裝要求(本工程單根鋼柱最大重量約為8.3 t)。

鋼柱吊裝前應(yīng)先將鋼爬梯臨時(shí)固定在柱頂,并且將爬梯底部用繩索固定在鋼管柱底部。吊點(diǎn)綁扎方式為兩點(diǎn)綁扎,綁扎位置為通過卡環(huán)連接在耳板上,鋼柱吊裝用的兩根短頭應(yīng)掛設(shè)在兩個(gè)基本處于水平面的吊耳上，以免起吊過程中一根吊索受力引起柱身翻滾?，F(xiàn)場(chǎng)采用單機(jī)回轉(zhuǎn)法起吊,起吊前鋼柱應(yīng)橫放在枕木上,起吊時(shí)不得使鋼柱在地面上有拖拉現(xiàn)象,鋼柱起吊必須距地面2 m以上才可以回轉(zhuǎn)。鋼柱吊裝示意圖見圖4。

圖4 鋼柱吊裝示意圖

鋼柱提升就位后,利用連接板連接柱段端頭的耳板進(jìn)行鋼柱臨時(shí)固定。鋼管柱就位以后操作人員通過鋼爬梯上至鋼管柱頂端進(jìn)行摘鉤,摘鉤人員安全帶應(yīng)掛在鋼柱耳板之上,不允許將安全帶直接掛在吊鉤上。吊裝過程中,要盡量避免鋼柱在地面拖動(dòng),不得歪拉斜吊。

3)鋼管柱現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊接

連接件安裝校正完畢后,應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)垂偏結(jié)果來確定焊接順序,并按設(shè)計(jì)要求(全熔透坡口焊)進(jìn)行焊接。本工程柱與柱的對(duì)接焊接采用兩人對(duì)稱焊接,焊接的形式為CO2氣體保護(hù)焊,焊絲采用LXQ-506,焊機(jī)為2臺(tái)KR(Ⅱ)-500(CO2)。氣體保護(hù)焊的焊縫引出長(zhǎng)度應(yīng)大于25 mm,在保證焊透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口,采用小焊縫、多道多層的方法以減小收縮量,同時(shí)保證焊縫的長(zhǎng)度和焊腳高度以符合設(shè)計(jì)要求,做到邊焊接邊檢查。焊完板厚的1/3方能停焊,且嚴(yán)格做好后熱處理,再進(jìn)行保溫處理。

焊接完成后,首先清理表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺物,隨后進(jìn)行焊縫檢驗(yàn),檢驗(yàn)方法按照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50205—2001)》進(jìn)行。本工程鋼管柱連接焊縫為全熔透焊縫,要求達(dá)到一級(jí)焊縫的規(guī)定。

4.2 鋼管疊合柱鋼筋、模板及混凝土施工

4.2.1 鋼筋施工

鋼管疊合柱梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋較為復(fù)雜,特別是梁的鋼筋安裝(圖5)。

1)柱鋼筋安裝 設(shè)計(jì)柱縱向鋼筋為Φ25～32的HRB400級(jí)鋼筋,均采用機(jī)械直螺紋接頭,這種連接方式不受天氣、環(huán)境影響,施工速度快且連接可靠；箍筋為Φ14HRB335級(jí)鋼筋,鋼管外側(cè)焊有栓釘,且柱弧形箍筋末端設(shè)有135°彎鉤。

柱縱筋連接接頭以下拉筋制作時(shí)一端彎鉤為135°,另一端彎鉤為90°,綁扎時(shí)交錯(cuò)設(shè)置,最后用鋼筋扳手將90°彎鉤調(diào)整到135°。連接接頭以上部位,先將4個(gè)柱角部位及每個(gè)弧形拉筋一端的柱筋進(jìn)行機(jī)械連接接長(zhǎng),箍筋安裝時(shí)一端勾住已連接好的縱筋,另一端綁扎定位到待安裝主筋位置,拉鉤筋交點(diǎn)用扎絲綁扎,保持后安裝縱筋部位彎鉤上下一致。將后安裝的縱筋由拉勾內(nèi)側(cè)自上而下穿過每道拉勾鋼筋,用扳手將絲頭擰緊,將所有縱筋、箍筋位置整理后用扎絲綁扎固定。

2)梁鋼筋安裝 梁鋼筋采用Φ22～36 HRB400級(jí)鋼筋,所有接頭均采用滾軋直螺紋機(jī)械連接。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,接頭位置設(shè)置在受力較小的部位,不宜設(shè)置在框架梁端的箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)。同一連接段的接頭面積率小于50%。本工程主框架梁截面較大,梁寬為400～1 200 mm,梁高1 000～1 600 mm,梁底模支設(shè)后即進(jìn)行梁鋼筋的綁扎安裝工作,最后支設(shè)梁側(cè)模。梁鋼筋施工工藝為：梁底筋自下而上穿鋼管孔、直螺紋機(jī)械連接→梁面筋自下而上穿鋼管孔、直螺紋機(jī)械連接→梁箍筋就位→穿梁腰筋→綁扎梁底筋、腰筋、面筋→拆除梁鋼筋支承架體。

圖5 鋼管疊合柱梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋

4.2.2 模板施工

柱模板安裝與普通墻柱、梁板安裝基本相同,只是由于框架柱內(nèi)有鋼管,不能隨意采用對(duì)拉螺桿的辦法在型鋼上開孔對(duì)模板進(jìn)行加固。本工程柱外圍最大尺寸為1 400 mm×1 400 mm,支撐高度最大為6.3 m。柱模采用18 mm厚膠合板,外豎楞為50 mm×100 mm木方,間距200 mm,圍檁采用Φ48 mm雙鋼管,沿柱高度布置,間距400 mm,每道圍檁中間設(shè)2根Φ14對(duì)拉螺栓,螺桿兩頭均設(shè)螺紋(圖6)。在加工廠按規(guī)定間距在鋼管外側(cè)壁上焊接加長(zhǎng)螺母,模板相應(yīng)位置留孔。模板安裝前用扳手先將螺桿擰進(jìn)螺母,調(diào)整方向,模板套裝后背木方次楞和鋼管主楞加固。混凝土澆筑完成拆模后用切割機(jī)切除外露螺絲。

圖6 柱模板安裝示意圖

4.2.3 柱混凝土澆筑

本工程鋼管內(nèi)外混凝土均為高強(qiáng)C70混凝土,鋼管柱混凝土澆筑分兩次進(jìn)行：第一次先澆筑管內(nèi)混凝土；第二次將箍筋柱縱向主筋安裝完畢,外側(cè)模板支設(shè)完畢后,再澆筑鋼管外混凝土。

鋼管現(xiàn)場(chǎng)就位安裝校核(對(duì)接焊接)完成即可進(jìn)行鋼管內(nèi)混凝土澆筑。鋼管內(nèi)的混凝土應(yīng)具有高強(qiáng)、低收縮、低徐變、高彈性模量及良好的泵送性,不發(fā)生泌水現(xiàn)象。鋼管內(nèi)混凝土采用補(bǔ)償收縮混凝土,鋼管柱的混凝土采用立式手工澆搗法,采用專用移動(dòng)式鋼制活動(dòng)操作平臺(tái),安裝于鋼管柱頂,即混凝土采用料斗利用塔吊吊至空中,由鋼管上口灌入, 采用混凝土內(nèi)部振搗器(振動(dòng)棒)搗實(shí)?；炷琳駬v采用定制加長(zhǎng)管(14 m)振搗棒,采用商品混凝土,混凝土配合比中摻入適量的HEA混凝土膨脹劑和減水劑(控制在7～10 h),混凝土坍落度不小于150 mm,混凝土的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)至采用泵送輸送或用塔吊運(yùn)至澆筑點(diǎn), 混凝土澆灌高度為5～6 m,按每次下料500 mm控制,每次振搗時(shí)間不少于30 s,混凝土澆灌工作連續(xù)進(jìn)行,必須間歇時(shí),間隙時(shí)間不應(yīng)超過混凝土的初凝時(shí)間, 留設(shè)施工縫時(shí), 應(yīng)將管口封閉,防止水、油和異物等落入管內(nèi)。

為避免混凝土離析,鋼管內(nèi)混凝土不能直接采用高拋方式下料,需設(shè)Φ200 mm的串筒下料,管內(nèi)混凝土澆筑到樓面結(jié)構(gòu)標(biāo)高向上1 000 mm處。鋼管外混凝土采用免振自密實(shí)混凝土,為確保施工質(zhì)量,澆筑時(shí)采用專用(定制)振動(dòng)棒進(jìn)行插搗。

5 結(jié) 語

通過充分的專家論證及現(xiàn)場(chǎng)采取各項(xiàng)施工技術(shù)措施,使得東吳·國(guó)際廣場(chǎng)工程大直徑鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)得以優(yōu)質(zhì)高效地順序?qū)嵤?為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),取得了較好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。