潘玉珀，高善友，田 輝，康彥彪，張文超，邵珠令（中國建筑第八工程局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

河北某體育場主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，環(huán)向部分設(shè)計為型鋼混凝土柱，共計 64 顆。

其中在 1、2、4 區(qū)結(jié)構(gòu)單元中，沿環(huán)向 G 軸線、徑向 18 道軸線交點設(shè)計有超大橢圓形截面的型鋼混凝土柱，該鋼骨柱下插鋼筋混凝土承臺 1 950 mm。型鋼混凝土柱上部柱頂高出屋面看臺結(jié)構(gòu)，一作為主體結(jié)構(gòu)的一部分，二作為上部鋼結(jié)構(gòu)罩棚的主要支撐，為達(dá)到裝飾美觀效果設(shè)計為橢圓形截面。型鋼混凝土柱設(shè)計詳細(xì)情況見表 1 所示。

型鋼混凝土柱環(huán)向間距約 29 m，其中位于 2、4 區(qū)罩棚鋼結(jié)構(gòu)端頭封邊柱的橢圓形截面達(dá) 2.0 m×2.4 m，其余中間 16 根橢圓形截面為 1.7 m ×2.4 m，混凝土強(qiáng)度等級 C 40，鋼筋 HPB 300 級，HRB 400（Ⅲ）級，柱內(nèi)型鋼柱材質(zhì) Q 345 B。

1 橢圓鋼骨柱施工難點

(1) 本工程型鋼柱地腳螺栓規(guī)格為 M 30，預(yù)埋長度 900 mm，外露長度 260 mm。該地腳螺栓需精準(zhǔn)定位，以保證型鋼柱的設(shè)計位置。

(2) 型鋼柱底鋼板截面尺寸達(dá) 1 580 mm×2 050 mm，厚度 80 mm，該型鋼柱底板底部混凝土密實度必須控制好。

(3) 型鋼柱的縱向鋼筋較為密集，需處理好梁柱節(jié)點處各類構(gòu)件鋼筋關(guān)系。型鋼柱翼緣板上焊有抗剪錨栓，套柱箍時受其影響，安裝后需要保證設(shè)計的形狀完好，并保證箍筋與縱筋緊密貼合，否則型鋼柱模板無法安裝。設(shè)計的箍筋密集，部分內(nèi)置箍筋需要穿過型鋼柱的腹板，深化設(shè)計時設(shè)計穿筋孔，實際施工中箍筋拉鉤兩頭都帶鉤，普通箍筋無法穿過預(yù)留穿筋孔。

(4) 由于內(nèi)置為實腹式十字形鋼骨柱，截面較大，型鋼柱影響普通對拉螺栓的貫通,且該鋼骨截面單邊長度超過 1 200 mm，需采取有效措施保證該型鋼混凝土柱模板施工質(zhì)量，以達(dá)到裝飾的效果。

(5) 型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁縱向受力的鋼筋采用鋼筋連接器，即在型鋼上焊接直螺紋套筒。本工程部分大梁與內(nèi)置型鋼柱不正交，梁縱筋與型鋼柱存在夾角，需專門加工斜向端面的套筒，且本工程大梁上下排縱向受力鋼筋中存在三排鋼筋形式居多，鋼筋連接器需按設(shè)計位置在廠內(nèi)完成焊接連接。

表1 橢圓形型鋼柱設(shè)計情況表

2 施工關(guān)鍵點及優(yōu)化措施

2.1 型鋼混凝土柱腳相關(guān)施工

經(jīng)過深化設(shè)計，地腳螺栓埋置深度 900 mm，型鋼柱底深入所在承臺基礎(chǔ)深度為 1 950 m，根據(jù)承臺鋼筋僅為底部單層鋼筋網(wǎng)片的特點，確定了“綁扎承臺底層鋼筋網(wǎng)片-固定型鋼柱地腳螺栓-澆筑承臺第 1 層混凝土-安裝第 1 節(jié)鋼骨柱-灌注柱底灌漿料-綁扎型鋼柱鋼筋-綁扎底板梁板鋼筋-基礎(chǔ)梁板承臺混凝土澆筑”的施工順序。

為保證型鋼柱底板與第 1 層承臺混凝土之間 40 mm 厚空隙設(shè)計和混凝土密實，最初設(shè)計了“C 40 微膨脹細(xì)石混凝土，待型鋼柱安裝就位后壓力注漿”的施工工藝。由于型鋼柱底板較大，40 mm 厚空隙較小，柱底中間部分無法保證混凝土密實，且采用后注漿工藝，需要對注漿部位采取密封措施，工序多，時間長。經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化為高強(qiáng)度自流態(tài)的灌漿材料，采用“自重灌漿法”，完全依靠灌漿料自重自行流平并填充整個柱底灌注空間。經(jīng)過優(yōu)化后具有早強(qiáng)、高強(qiáng)等特點，縮短工期，并保證了柱底與承臺混凝土之間緊密接觸。

具體實施步驟見表 2。

表2 型鋼混凝土柱腳施工步驟

2.2 型鋼柱橢圓形箍筋施工要點

本工程型鋼混凝土柱設(shè)計為橢圓形，外圍箍筋規(guī)格為 14、16，箍筋 2 規(guī)格鋼筋硬度較大，加工成橢圓形難度大，成形后張力很大自身會彈開，需臨時綁牢。

(1) 外圍箍筋 2 加工成設(shè)計要求的平滑橢圓形難度大，現(xiàn)有的鋼筋加工機(jī)械無法滿足要求，項目部利用 QC 公關(guān)，確定利用鋼筋自己制作橢圓箍筋加工模具。① 橢圓形箍筋的放樣。我們先利用畫橢圓的方法對橢圓箍筋按 1∶1進(jìn)行了現(xiàn)場放樣。② 制作橢圓鋼筋加工模具。橢圓完成放樣后，開始加工橢圓箍筋模具，采用 Φ 22 的 3 級鋼筋作為模具橢圓箍筋模具的主龍骨，豎向按照所放大樣每隔 5 cm 取一個點；采用 10 cm 的短鋼筋頭進(jìn)行定位焊接；中間用鋼筋對撐，保證模具有足夠的強(qiáng)度和剛度，加工箍筋時不變形。并根據(jù)現(xiàn)場已有的箍筋加工設(shè)備，選擇可靠的連接方式，直接套放在鋼筋彎曲機(jī)即可，方便模具的安拆。③ 橢圓箍筋的加工。將直條鋼筋按照下料長度下料，先進(jìn)行兩側(cè)箍筋的彎鉤加工。將一端彎鉤掛在模具上，開動鋼筋彎曲機(jī)轉(zhuǎn)動一圈，綁扎好后碼放待用即可，經(jīng)測算加工效率提高了 30%。第 1 步：將箍筋加工模具放在鋼筋彎曲機(jī)上；第 2 步：直條箍筋彎頭端頭掛在模具上；第 3 步：開動彎曲機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈；第 4 步：綁扎碼放整齊待用。④ 由于橢圓形箍筋加工成形后張力較大，需要及時綁扎，因此現(xiàn)場外圍橢圓箍筋采用“從柱頂沿型鋼柱縱筋箍碼箍筋放到設(shè)計位置”的安裝方法。

(2) 設(shè)計的橢圓矩形箍筋 1 為封閉箍,且需要穿過型鋼柱腹板,采取對型鋼柱腹板預(yù)留穿筋孔的方式，以便于箍筋穿入。與設(shè)計院溝通確認(rèn)后將箍筋 1 優(yōu)化設(shè)計，拆分為對稱兩個箍筋，現(xiàn)場采用焊接連接形式。

2.3 模板工程及混凝土工程關(guān)鍵點

由于內(nèi)置型鋼柱腹板影響普通對拉螺栓的貫通，且型鋼混凝土截面大，截面為橢圓形，普通木模板施工難度大，所以采用組拼式定型大鋼模板。

(1) 組拼式橢圓形大鋼模設(shè)計：18 顆橢圓形柱面板厚度 6 mm，背楞為 10 號槽鋼，柱模螺栓采用 M 20 mm×50 mm，根據(jù)橢圓形柱截面尺寸分為 1 700 mm×2 400 mm 和 2 000 mm ×2 400 mm 兩種，綜合考慮層高、周轉(zhuǎn)利用等因素，確定每套鋼模制作高度 7 m，豎向分為 4 節(jié)，其中 3 節(jié)高度 2 m，一節(jié)高度 1 m，為便于模板拆除，平面每節(jié)分為半橢圓對稱 4 塊。

(2) 現(xiàn)場采用豎向型鋼混凝土柱構(gòu)件先行施工，待拆除模板后，再組織水平梁板結(jié)構(gòu)施工，此種方法需要在型鋼柱上層層高最低梁底位置處留設(shè)水平施工縫，經(jīng)與設(shè)計院溝通確認(rèn)，柱頂水平施工縫設(shè)在柱頂框架梁底部 20 mm 處。

(3) 由于型鋼梁凝土設(shè)計等級為 C 45，梁板混凝土強(qiáng)度等級為 C 30、C 35 兩種，強(qiáng)度等級相差 3 級，在圖紙會審中提出經(jīng)設(shè)計院核算確認(rèn)，梁柱節(jié)點核心區(qū)混凝土可同梁板混凝土強(qiáng)度等級，現(xiàn)場可組織梁柱節(jié)點混凝土同梁板水平結(jié)構(gòu)同時澆筑。

2.4 型鋼混凝土柱與混凝土梁連接優(yōu)化

體育場“內(nèi)橢外圓”的平面設(shè)計特點，決定了部分大梁縱向受力鋼筋與型鋼混凝土柱翼緣鋼板不正交（非 90 °），如圖 1 所示。

圖1 梁縱筋與型鋼柱平面關(guān)

原設(shè)計中型鋼混凝土柱與梁縱筋采用鋼筋連接器的做法，鋼筋連接器與型鋼混凝土柱連接端頭存在夾角，斜向端頭套筒要專門定做，每顆型鋼柱每層梁位置鋼筋連接器均需深化設(shè)計，存在設(shè)計量大、時間長等問題，現(xiàn)場實際操作難度大；斜向大梁上下縱筋設(shè)計為 3 排鋼筋鋼排布形式，在與型鋼柱連接部位鋼筋密集，混凝土澆筑質(zhì)量難以控制，尤其是 3 排縱筋連接板之間空隙。針對以上難點，采取了一下兩方面的優(yōu)化。

(1) 聯(lián)系設(shè)計院溝將 3 排鋼筋盡量優(yōu)化為 2 排布置。

(2) 將連接方式優(yōu)化為“在型鋼上設(shè)置縱向鋼筋連接板”，無法優(yōu)化的 3 排鋼筋中的第 2 排、第 3 排聯(lián)合設(shè)計為折板形連接板，見圖 2。

圖2 鋼筋優(yōu)化布置示意圖

3 結(jié) 語

本工程 18 顆大橢圓形型鋼混凝土柱，確定了“綁扎承臺底層鋼筋網(wǎng)片—固定型鋼柱地腳螺栓—澆筑承臺第 1 層混凝土—安裝第 1 節(jié)鋼骨柱—灌注柱底灌漿料—綁扎型鋼柱鋼筋—綁扎底板梁板鋼筋—基礎(chǔ)梁板承臺混凝土澆筑”的施工順序，保證了地腳螺栓精準(zhǔn)定位及柱底空間混凝土密實。對設(shè)計的橢圓形箍筋加工制作了專門的橢圓形箍筋加工裝置，提高了加工效率，針對該形狀的箍筋不穩(wěn)定的特點，確定了“從柱頂沿柱縱筋由上到下碼放箍筋”的安裝方法，對型鋼混凝土柱由鋼筋連接器連接優(yōu)化為鋼筋連接板連接，并優(yōu)化梁縱筋排數(shù)，由 3 排優(yōu)化為 2 排，3 排縱筋的連接鋼板聯(lián)合設(shè)計為折板形式，保證了梁柱節(jié)點核心區(qū)混凝土密實。該柱的施工采用組拼式大鋼模板，確定了先行組織豎向框架柱施工，再組織上層梁板結(jié)構(gòu)施工的順序，保證了該超大橢圓形鋼混凝土施工質(zhì)量。