多分支大截面型鋼混凝土結構施工

□文/張威 畢江寰

多分支大截面型鋼混凝土結構施工

□文/張威 畢江寰

結合實際工程，介紹多分支大截面型鋼混凝土結構的施工技術。采用預分支連接技術及針對于該技術的鋼結構深化設計、鋼筋排布和連接、混凝土定位振搗的綜合技術措施，降低了現場工人拼裝焊接作業勞動強度，降低了安裝、測量控制手段和施工管理難度，提高了結構質量，其經濟效益顯著。

型鋼；混凝土；多分支；大截面

1　工程概況

1.1建筑概況

某工程用地面積32 921.8 m2；總面積66 637.0 m2，其中地下17381m2，地上49256m2。

地上總共有20層，1～2層為裙房，3～14層分為東西兩個塔樓（左側為西塔），塔樓部分東西長122 m。南北寬25 m，東西兩個塔樓于15～20層連接為一個整體；裙房2層；地下1層。

建筑地上功能以辦公為主。建筑在18、19層設置兩層通高小型報告廳，20層設大型會議室。建筑頂層局部設置屋頂花園。

地下部分為整體地下室，主要功能為地下車庫，設備用房及廚房功能。地下室東西向長182 m，南北寬107m。

地下一層層高為5.0 m；塔樓首層層高5.40 m，標準層層高4.50 m，頂層層高8.6 m。主樓96.05 m；幕墻最高點100.1m，見圖1。

圖1　建筑立面

1.2結構概況

為實現東西兩個塔樓15～20層的連體部分，采用內筒外框結構并在框架部分采用勁性混凝土結構以及部分型鋼結構的十字抗剪撐。特別是西塔樓與連體部分連接的一側邊跨框架柱為外傾柱子，外傾斜角度5.72°。框架柱截面1 100 mm×1 100 mm、1 200 mm× 1 100 mm，框架梁截面700 mm×1 350 mm、500 mm×1 000 mm。框架柱混凝土強度為C60。勁性鋼結構總量3356.212t，見表1。

表1　勁性柱統計

表1中的數量一欄的數量是單層的數量，見圖2-圖5。

圖2　XGZ1

圖3　XGZ2

圖4　KZ 3

圖5　YDZ1、YDZ2

2　技術要點與難點分析

1）型鋼混凝土預分支結構型鋼構件深化設計難度大。抗剪撐、鋼梁的預連接段與型鋼柱匯集的節點較多，除了柱子本身，預連接段分支最多為8分支，特別是西塔樓的外傾柱子，外傾斜角度5.72°，完全是空間結構體系，無規律可循，也無先例參考。通過探索、研究出以預分支連接技術為核心的空間施工方法，充分考慮節點部位存在多個方向構件匯集，構件數量多、重量大、造型復雜的特點。此法可有效發揮工廠預制型鋼構件精度高，加工速度快的特點，避免零散件在施工現場拼接而影響質量和工期；加工完成的型鋼段尺寸、預分支空間位置、傾角準確又為下一步安裝就位和采用平面投影法測量控制工作提供了前提；也為預分支型鋼構件發揮自身剛度、強度潛力為后續相鄰構件連接打下了基礎。

型鋼構件深化設計主要是利用TeklaStructures、AutoCAD計算機輔助設計軟件進行，充分考慮各構件重量、形心、重心等幾何參數滿足后續施工吊運、支撐要求；各預分支的長短、各預分支間的角度滿足設計要求和施工便捷性；考慮鋼筋工程的通過性、生根與收頭要求及設置必要的模板加固、混凝土澆筑所需預留開孔等。

2）型鋼混凝土預分支結構鋼筋工程深化設計難度大。鋼筋工程深化設計主要是結合型鋼構件深化設計的高科技手段和傳統鋼筋翻樣相結合，集中放樣找出型鋼構件與鋼筋之間的位置關系并根據具體情況制定有效措施。鋼筋工程對應的深化設計主要任務是根據根部預分支、頂部交匯段型鋼構件的截面尺寸和空間位置，適當調整相應柱（撐、斜柱）主筋位置和箍筋截面大小、數量或箍筋形式使鋼筋設置符合設計要求，總結出了“穿、繞、織、接”四種方式，其中“織”是重點，需要由深化設計人員詳細對鋼筋錨固、彎起位置和鋼筋綁扎順序進行確定；“接”的方法包括焊接連接、設置鋼筋連接器、設置附加焊筋板等。

3）西塔樓外傾型鋼柱子構件空間段安裝測量、控制方法難度大。型鋼構件空間段安裝測量、控制方法主要是利用TeklaStructures、CAD計算機輔助設計軟件，結合設計圖紙和構件安裝位置將空間三維構件邊緣控制線或中心線進行水平投影即將空間三維轉換為平面二維，現場測控作業則是在樓面上放出構件水平投影線，采用吊線法、經緯儀施測法與水平投影線重疊并在豎向輔助以標高進行校核保證構件安裝標高符合工程垂直控制網測控要求。采用水平投影即將空間三維轉換為平面二維，降低了測控難度，提高了施測效率，確保了施工質量。

4）模板工程支撐體系復雜，模板節點部位加固難度大。型鋼混凝土空間分叉結構有關臨時支撐、鋼筋工程、模板工程、混凝土工程施工方案選擇則是以計算機輔助設計與預分支連接技術有機結合，精確獲取空間三維構件的幾何參數（幾何尺寸、幾何型心、中心線）、質量參數（重量、重心）等各項施工技術所需數據為基礎，進行科學有效的分析、計算和選擇。

3　工程實施

3.1工藝流程

型鋼混凝土組合結構空間分段→深化設計（型鋼構件、鋼筋工程）→型鋼構件加工制造→臨時支撐系統搭設→根部分叉段型鋼構件就位、測控、安裝→根部分叉段鋼筋綁扎→模板支撐系統搭設→根部分叉段支設模板→根部分叉段混凝土澆筑→中間段型鋼構件就位、測控、安裝→頂部交匯段型鋼構件就位、測控、安裝→中間段、頂部交匯段鋼筋、模板、混凝土工程依次按序施工。

3.2型鋼混凝土預分支結構型鋼構件施工

1）預分支連接技術原理。將各桿件匯集的節點及豎向構件（以下簡稱“預分支構件”）作為一個整體空間構件，在工廠內預先制作出來，運至現場進行組裝。除節點構件外，也為預分支型鋼構件發揮自身剛度、強度潛力為后續相鄰構件連接打下了基礎。

2）預分支連接技術”施工要點。充分考慮預分支節點部位存在多個方向的預分支，構件數量多、重量大、造型復雜的特點，應滿足從工廠到現場的運輸工具要求和運輸道路的通過限制；滿足現場平面布置、吊裝機械要求，使吊裝機械夠得著、吊得起；避免構件因各預分支長短、重量相差過大而造成構件整體偏心嚴重至現場臨時存放、施工安裝、就位困難；根部預分支段和頂部交匯段的預分支應具有足夠的長度，以確保預分支間有臨時固定或連接施焊、螺栓緊固等作業所需空間。

3）勁性鋼結構構件吊裝。東西塔樓-1～20層通高分布有20根鋼骨混凝土勁性柱；其中西塔樓東側由-1～15層分布有4根斜柱，斜柱的定位與模板支設為本工程的一個難點，見圖6。

圖6　塔吊布置

總體施工順序為柱、梁系統→支撐系統且先安裝樣板區再依次安裝各系統構件。

（1）進行初校，確定錯位值。鋼柱的初校是對鋼柱的就位中心線的控制和調整。

（2）鋼柱重校，調整垂偏。鋼柱初校后吊裝鋼梁、緊固安裝螺栓，使鋼結構具有初步的剛度和一定的空間尺寸后，對柱、梁中的水平度，鋼柱的垂直度進行全面的重新校正。

（3）為保證梁柱節點處軸線位移準確，隨時用經緯儀跟蹤測量，用倒鏈調整。

3.3型鋼深化設計

1）充分考慮預分支構件、中間段的拼接方式，設置適合的焊接坡口及臨時耳板等。

2）預分支構件重量較大，存在偏心，多段連接時通常需要合理設置吊耳、吊裝孔的位置，尤其是斜向吊裝連接，需要首先計算好吊點位置采用不同長度的吊索進行吊裝固定。

3）一般情況下型鋼構件的連接采用焊接形式，相互連接段應充分考慮預留誤差調節量，如施焊坡口預留量或高強螺栓連接孔預留量。

4）與鋼筋工程的密切配合協調、縝密設計是型鋼混凝土空間預分支構件結構深化設計、施工的難點所在。需要鋼筋翻樣和深化設計人員密切配合，并與結構設計人員積極溝通。一般需要設置穿筋孔、焊筋板、鋼筋連接器等。

5）考慮設置模板加固對拉螺栓孔，混凝土澆筑孔、振搗孔，見圖7。

圖7　節點穿筋深化設計

3.4型鋼混凝土預分支結構鋼筋工程施工

鋼筋工程深化設計主要是結合型鋼構件深化設計的高科技手段和傳統鋼筋翻樣相結合，集中放樣找出型鋼構件與鋼筋之間的位置關系并根據具體情況制定有效措施。

3.5模板工程

框架柱采用覆膜多層板配模。覆膜多層板12 mm厚，模板按照四面加工制作，每面覆膜多層板用木方連成整體固定，施工時連接組裝4個單面的多層板即可。

梁柱接頭模板采用12 mm厚多層板制作，每邊做成兩塊，模板背40mm×60 mm方通間距140 mm，柱箍用16 mm對拉螺栓加雙方通，同時，梁模板壓柱頭模板并用釘子連接。

3.6混凝土澆筑

由于鋼骨混凝土柱、梁混凝土施工與鋼結構安裝施工互相穿插，混凝土強度較高，因此施工中應針對鋼構混凝土的特點，在施工階段采取適當措施來控制高強混凝土的裂縫、加強對鋼構混凝土節點配筋密集區的混凝土下料及振搗，保證柱體混凝土成型質量以及控制鋼結構不發生偏移等。

1）混凝土澆筑前的準備。在混凝土澆筑前，鋼結構必須做好埋件定位、現場對接焊、吊裝等工作，在混凝土施工過程中，要對鋼結構定位進行精確控制。

2）混凝土澆筑。鋼柱、鋼梁及密集鋼筋限制了混凝土的流動且箍筋、拉筋密集，為保證混凝土澆筑的質量，采用鋼結構四面均勻多點布料法，每個下料點時間適當，對于鋼筋配制特別密集的區域可采用同強度等級的細石澆筑。

采取分層澆筑、分層振搗，每層厚度≯40 cm（用標尺桿并輔以高能電筒照明隨時檢查混凝土高度及振搗情況），振搗上層時，應插入下層5cm。

混凝土澆筑完畢后，用木抹子按標高線將柱上表面混凝土找平，澆筑面應高出標高線10～20 mm。高出部分作為施工縫的處理余量。由于部分型鋼柱加勁板高出當層板頂標高，此部位混凝土澆筑時應高出加勁板50mm以保證加勁板下混凝土的密實性。

澆筑混凝土的過程中應派專人看護模板，發現模板有變形、位移時立即停止澆筑并在已澆筑的混凝土終凝前修整完好，再繼續澆筑。振搗時須保證混凝土填滿填實。

3）混凝土振搗。用4個φ30mm振搗棒同時進行振搗并始終保持振搗區域內的混凝土厚度，及時添加新混凝土，使混凝土從鋼柱四側逐漸向周圍延伸，同時也可把氣泡從中排出。若采用上述方法仍然難以振搗密實，可在模板外輔以附著式振搗器振搗。在間隙狹小處利用鋼釬等在下層混凝土初凝之前將上層混凝土搗下去，避免出現施工冷縫。振搗器振搗時不得與鋼結構靠的太近或接觸，混凝土不得直接由泵管或布料管直接下料入模，避免沖擊鋼結構，見圖8。

圖8　振搗孔

鋼梁下翼緣板以下從鋼梁一側下料，用振搗器在型鋼鋼梁一側振搗，將混凝土從鋼梁底擠向另一側，待混凝土高度超過鋼梁下翼緣板100 mm以上時改為兩側兩人對稱振搗，以確保鋼梁底部混凝土密實。待澆至上翼緣板150 mm時，再從梁跨中開始下料澆筑并從梁的中部開始振搗，逐漸向兩端延伸，至上翼緣板下的全部氣泡從鋼梁兩端及梁柱節點位置穿鋼筋的孔中排出為止。

4　質量保證措施

1）柱頭采取二次振搗。在梁柱相交處鋼筋粗而密，振搗器改用HZ-30，同時在混凝土初凝前采取二次振搗，可保證柱頭處混凝土的密實。

2）澆筑厚度控制措施。在豎向結構澆筑混凝土時每次澆筑高度不超過400 mm，用鋼筋或鋼管做一測桿，按400mm格劃線，測量時直立在混凝土上表面上，以外露測桿的長度來檢驗分層厚度并配備照明燈具。

3）混凝土表面處理措施。當混凝土振搗完畢后，用4、2 m長的木刮杠按設計標高進行找平隨刮隨拍打使混凝土密實。然后用木抹子再反復搓抹，提漿找平，使混凝土面層進一步的密實，最后在混凝土終凝前再抹壓收漿一遍，可避免因混凝土收縮而出現裂縫。

4）施工縫處理措施。在澆筑豎向結構的混凝土前，對上次施工的混凝土結構表面浮漿進行剔除，直到露出密實表面，鋼筋表面水泥漿用鋼絲刷徹底刷于凈；澆筑混凝土前必須先澆一層與混凝土配合比相同的水泥砂漿50～100mm結合層，從而增強結構的整體性。

5）施工縫處理措施。混凝土澆筑的同時要預防下雨時的雨水對混凝土的影響，混凝土澆筑過程中若下雨，已澆筑完成的混凝土表面用塑料布覆蓋，以防雨水將混凝土表面沖成麻面，影響混凝土觀感質量。

5　結語

以預分支連接技術為核心的空間施工方法提高了復雜勁性鋼結構施工技術與管理的科學性、綜合性，保證了工程質量，施工安全可靠，節省工期。運用該成果施工減少了大型施工機械臺班數量。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.005

□畢江寰/天津一建建筑工程有限公司。

□TU375

□C

□1008-3197（2015）02-12-04

□2014-12-31

□張威/男，1959年出生，工程師，天津一建建筑工程有限公司，從事工程技術管理工作。