周亞飛

1 工程概況

本項目為4 層甲級體育場建筑，看臺下部主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋蓋為三角形鋼管桁架、陽光板屋面，結(jié)構(gòu)體系采用80 根勁性柱與框架柱結(jié)合的建筑結(jié)構(gòu)。其中，十字勁性柱（腹板含加勁肋）和十字柱（不含加勁肋）各有40 根。十字勁性柱（腹板含加勁肋）截面尺寸為1 600 mm×400 mm×25 mm×35 mm +1 100 mm×400 mm×25 mm×35 mm 和1 100 mm×400 mm×25 mm×35 mm +1 100 mm×400 mm×25 mm×35 mm。共包含80 個牛腿預(yù)埋件，預(yù)埋件為體育場勁性柱底預(yù)錨栓。預(yù)埋件根據(jù)鋼柱截面尺寸分為3 種：ZJ1、ZJ2 和ZJ3。其中，ZJ1 共40 個，分布位置為奇數(shù)軸線；ZJ2 共36 個，分布位置為偶數(shù)軸線；ZJ3 共4 個，分布位置為20 軸、22 軸、60 軸和62 軸。勁性柱與牛腿預(yù)埋件的材質(zhì)均為Q345B。勁性柱排布如圖1 所示。

圖1 勁性柱排布圖（來源：作者自繪）

2 施工重難點分析及措施

2.1 重難點分析

（1）安裝難度大。牛腿柱截面寬1 m，排布13 根φ20 的鋼筋，埋板還有6 根φ20 的鋼筋（鋼筋排布非常密），且鋼筋形狀各異。埋件重323.8 kg，緊鄰?fù)饧埽惭b隱蔽，無法采用常規(guī)安裝方式[1]。

（3）模板支撐困難。此部位的牛腿勁性柱方向各異且外形不規(guī)則，導(dǎo)致模板支撐體系及加固措施復(fù)雜。

2.2 整體解決措施

（1）針對復(fù)雜勁性牛腿柱截面鋼筋多且與連接焊板不同角度焊接，建立建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）模擬角度及鋼筋彎曲角度，采用人工埋弧焊接，以保證牛腿與鋼柱的錨固長度以及鋼筋排布位置合理。牛腿勁性柱BIM 模型如圖2 所示。

圖2 牛腿勁性柱BIM 模型（來源：作者自繪）

（2）根據(jù)現(xiàn)場場地進行局部鋼筋排布放樣，統(tǒng)計出鋼筋排布綁扎順序圖。通過人工吊裝埋件，待局部預(yù)吊裝到位后，綁扎牛腿柱的梁鋼筋。

（3）根據(jù)仿真模擬結(jié)果計算各個牛腿柱及埋板焊接的角度，統(tǒng)計出不同勁性柱的位置及編號。

（4）采用單獨支撐牛腿梁體系[2]。

3 施工流程及技術(shù)

3.1 施工部署

首先，運用BIM 制作模型，結(jié)合計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）進行鋼筋角度放樣，制作鋼筋下料單。其次，計算牛腿鋼筋混凝土荷載，搭設(shè)牛腿底部腳手架，綁扎鋼筋籠，制作牛腿預(yù)埋件。最后，采用人工吊裝安裝預(yù)埋件，預(yù)留排氣孔和混凝土澆筑口。

3.2 施工流程

具體施工流程為：制作模具→材料分類送到使用點→檢查柱模板軸線、標(biāo)高及穩(wěn)固性→設(shè)置軸線控制點→設(shè)置標(biāo)高控制點→安裝預(yù)埋件進行定位→模具定位焊接→支撐點加固焊接→澆筑柱混凝土→復(fù)核水準(zhǔn)儀標(biāo)高→清理模板→包裹預(yù)埋件牛腿塑料袋→交接驗收。

工程機械金屬結(jié)構(gòu)的主要裂紋類型有軋制裂紋、焊接裂紋和疲勞裂紋。常見結(jié)構(gòu)損傷包括裂紋、變形、腐蝕或磨損、連接失效等，其中裂紋所占的比例最高。同時工程機械金屬結(jié)構(gòu)斷裂失效造成的危害極大，其主要受力構(gòu)件如主梁、支腿一旦發(fā)生裂紋與擴展，將會造成起重機承載能力下降，并會導(dǎo)致局部失穩(wěn)甚至整機傾覆造成重大事故。圖4和圖5所示分別為液壓挖掘機和塔式起重機中部分裂紋形式的實際案例。

3.3 施工操作要點

3.3.1 CAD 放樣

根據(jù)建筑混凝土剖立面外觀，利用CAD進行深化排版及鋼筋材料下料放樣。加工區(qū)域根據(jù)排布下料單進行加工，再通過CAD 正立面鋼筋排布放樣為每道鋼筋編制序號，最后制作鋼筋排布圖。鋼筋排布如圖3 所示。

圖3 鋼筋排布圖（來源：作者自繪）

3.3.2 牛腿柱埋板構(gòu)造

牛腿柱由預(yù)埋板、鋼筋混凝土牛腿與勁性柱組合而成，預(yù)埋件截面為正方形，尺寸為1 000 mm×1 000 mm，單件約重323.8 kg，由預(yù)埋板與36 根鋼筋焊接而成。預(yù)埋件通過鋼筋綁扎及中間的定位孔進行固定，防止混凝土澆筑時埋板偏位。定位板與上方落地桁架利用焊接固定，后期澆筑混凝土進行連接。牛腿柱預(yù)埋件如圖4 所示。

圖4 牛腿柱預(yù)埋件（來源：作者自攝）

3.3.3 鋼筋工程

工人根據(jù)前期CAD 的鋼筋排布順序圖，按每道鋼筋編制的序號逐一排布，牛腿根部豎向鋼筋與勁性柱埋板全面搭接埋焊，再安裝橫向外側(cè)鋼筋。全部內(nèi)外鋼筋安裝到位后，再進行整體鋼筋位置與預(yù)埋件位置微調(diào)，最后綁扎全部鋼筋，移交埋件班組進行埋件安裝。

3.3.4 牛腿柱埋件安裝

牛腿柱埋件的安裝精度直接關(guān)系到整個屋架結(jié)構(gòu)和落地桁架的安裝精度，是鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的難點。牛腿柱埋板安裝在鋼筋綁扎階段進行。

（1）測量放線。預(yù)埋板的測量定位控制線應(yīng)單獨設(shè)置，每個埋板的控制線應(yīng)從結(jié)構(gòu)控制軸線單獨引測，用全站儀放出每個埋件十字線及中心控制點，并在鋼筋面上標(biāo)出定位板十字線位置的控制標(biāo)記。

（2）安裝。利用現(xiàn)場的塔吊將埋板吊裝到位，現(xiàn)場安裝時則采用吊葫蘆進行安裝校正。安裝前先檢查埋板位置是否與鋼筋碰撞，如果有碰撞挪動鋼筋位置后才能安裝埋板。牛腿預(yù)埋件安裝如圖5 所示。

圖5 牛腿預(yù)埋件安裝（來源：作者自攝）

（3）校正。埋板經(jīng)安裝綁扎基本完成后，對埋板的標(biāo)高、軸線和垂直度用激光經(jīng)緯儀進行全面復(fù)測，控制預(yù)埋件在水平及垂直方向的安裝精度。

（4）模板支撐。模板設(shè)計采用十一夾板、40 mm×80 mm 木方子及φ48×2.7 mm 鋼管綜合安裝。由于牛腿一面為鋼板，不能采用對拉穿心螺栓固定模板的方法。經(jīng)設(shè)計單位同意，用預(yù)埋件錨固鋼筋與柱子鋼筋焊接成一個整體，該部位不再使用模板加固，由預(yù)埋鋼板進行替代，其他側(cè)面采用一般方法進行加固，如圖6 所示。

圖6 支撐加固（來源：作者自攝）

（5）驗收。安裝埋板及模板后，移交土建單位澆筑混凝土，鋼結(jié)構(gòu)施工員跟蹤觀察?；炷翝仓^程中應(yīng)注意成品保護，避免振搗棒碰到預(yù)埋錨桿。

3.3.5 砼的澆筑

澆筑混凝土?xí)r應(yīng)分3 次澆筑，第一次混凝土澆筑至牛腿下部，第二次將牛腿澆筑完成，第三次將整個柱子澆筑完成。每次澆筑完成后，應(yīng)停歇2 h，使其初步沉實，再繼續(xù)澆筑。

振搗棒振搗時應(yīng)做到“快插慢拔”。快插是為了防止先將表面混凝土振實而與下面混凝土發(fā)生分層、離析現(xiàn)象；慢拔是為了使混凝土能填滿振搗棒抽出時所造成的空洞[3]。

每一插點要控制好振搗時間，過短不宜振實，過長可能引起混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象，一般每點振搗時間為20 ～30 s，但要看到混凝土表面呈水平不再顯著下沉，不再出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿。在振搗牛腿時，要在牛腿模板外側(cè)增加振動棒。

為了更好地控制高頻振動器按梅花點位置準(zhǔn)確下振，保證振動均勻，操作人員應(yīng)用拉繩控制振動棒[4]。

混凝土澆筑完畢，終凝前對預(yù)埋板進行復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計規(guī)范的應(yīng)及時進行校正；混凝土終凝后，再對預(yù)埋錨桿進行復(fù)測，并做好測量記錄[5，6]。

4 結(jié)語

體育場的牛腿勁性柱是整個鋼屋架的支撐基礎(chǔ)，而牛腿埋板又是連接整個屋架落地桁架的基礎(chǔ)，承受剪力大，安裝精度高，吊裝難度大，澆筑的質(zhì)量要求高。

通過對鋼筋綁扎、模板支撐等關(guān)鍵施工工序進行模擬研究，有效地解決了施工中存在的問題，保證了混凝土成型質(zhì)量，能夠為類似施工項目提供借鑒。