倒錐體鋼框架—混凝土核心筒混合結構施工技術

劉 建 青

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

?

倒錐體鋼框架—混凝土核心筒混合結構施工技術

劉 建 青

(山西八建集團有限公司，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構施工進行了研究，介紹了混凝土核心筒與鋼結構施工方法和質量控制措施，分析了倒錐體斜向鋼結構的施工特點和難點，并詳細介紹了測量放線的方法，以保證建筑的精準度。

倒錐體，核心筒，鋼結構，施工技術

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構組成的混合結構，其具有較好的結構抗震性能及節約成本的特點，鋼結構在異形建筑中適應性好，易于施工建造，縮短工期，工業化、機械化施工程度高。

本文以太原博物館工程為例，針對施工特點、難點進行分析，采取具體的控制措施，保證施工質量和施工安全，同時加快施工進度，為指導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，外圍鋼框架結構。

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埋件連接，鋼梁上設鋼筋桁架模板—現澆鋼筋混凝土樓板。

工程鋼柱和鋼梁材質主要為Q345B鋼，部分用Q345BGJC-Z15鋼，鋼構件共計6 300 t。

外框箱柱和底板用地腳螺栓固定，分節箱柱用斜橫焊連接，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埋件鉸接連接，次梁和主梁用鉸接連接。高強螺栓設計為TS10.9級M24扭剪型高強螺栓。樓層鋼梁上鋪鋼筋桁架模板，鋼梁設φ19剪力栓釘。

2 施工順序

總體施工順序是先核心筒結構，后安裝鋼結構。

混凝土結構：測量放線→剪力墻筋綁扎、預留預埋→隱蔽驗收→墻模支設→梁頂板模支設→梁板鋼筋綁扎→管線預留預埋→隱蔽驗收→混凝土澆筑→混凝土養護→拆模。

鋼結構：鋼結構深化設計→鋼材定貨→鋼結構制作→測量放線、預埋件復核→鋼結構安裝、檢測→樓承板安裝→樓板鋼筋綁扎→樓板混凝土澆筑→混凝土養護→鋼結構涂裝。

3 測量放線

工程測量放線的關鍵點及難點是弧形軸線測設和斜向結構三維定位，采用計算機輔助設計結合全站儀進行測設，利用CAD軟件計算機繪圖，確定不同高度位置弧形軸線及柱軸外側控制點的坐標數據，輸入全站儀進行精準定位、測設。

在1層混凝土核心筒體內外設標高基準點和線，采用水準儀和鋼尺進行標高投測。

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

4 鋼筋混凝土核心筒施工

鋼筋混凝土核心筒呈不規則多邊形，為剪力墻結構，墻體厚500 mm，鋼筋連接采用鐓粗直螺紋機械連接，梁鋼筋端頭錨固采用錨固板。墻體鋼筋綁扎完成后安裝預埋件，通過計算機輔助設計，精確確定預埋件位置，現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，模板采用計算機排版設計，工廠化加工定制，保證轉角角度的準確。

剪力墻模板支設完成后，對預埋件位置進行復核，符合要求后再進行澆筑剪力墻混凝土。混凝土振搗作業時，要設專人看護，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，需提交設計人員進行復核。對埋件位置尺寸準確測量后，繪制埋件尺寸偏差表，根據表格數據對與埋件相連接的連接板加工尺寸進行適當調整，以保證鋼梁與核心筒的順利連接。

5 鋼結構制作

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、構件平面圖和構件規格進行計算機三維建模，并對構件各連接節點按要求連接設置，對鋼柱按兩層一節，設定分節位置，鋼梁與柱的連接面位置按設計要求設置。經對三維模圖審核無誤后，提取構件，對每一構件提取板材加工圖，并出具構件加工圖。

鋼結構建模時，同時對建筑內安裝管線進行建模，以確定鋼結構梁構件上的預留洞位置及尺寸準確，無遺漏。

構件加工圖完成后，進行鋼構件加工制作。構件各端部大都為異形，角度多，鋼板下料采用數控機床進行準確切割，以保證角度準確。鋼板焊接采用機械焊接，保證焊縫焊接質量可靠、穩定。

制作流程：排版→材料驗收→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 鋼結構安裝

6.1 安裝準備

鋼結構安裝前，先確定安裝順序，并按構件編號進行分區排序，以便于構件按序進場存放。每個筒體分左右兩個核心筒，核心筒與核心筒之間的鋼構件先行安裝，中間部位鋼結構安裝完成后安裝外圍橢圓部分鋼構件，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區塊，剩余兩側各為一區塊。安裝順序及編號確定后，對安裝人員及制作廠進行交底和說明，使生產和安裝能有序進行(見圖1)。

6.2 安裝順序

核心筒中心構件自下而上先安裝→安裝第一節柱及梁→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→安裝第二節柱→相連的下層梁→上層梁→安裝標高相應樓層鋼筋桁架板,焊栓釘,綁分布鋼筋,澆筑樓板混凝土,先上層后下層，依次進行。

6.3 鋼結構安裝測量

6.3.1 測量前技術準備

檢查鋼結構深化設計圖與原設計藍圖之間的位置尺寸，間距，夾角是否吻合；標高尺寸是否有誤。

利用AutoCAD軟件結合鋼結構定位圖紙以及建筑物控制網，分析柱頂中心線坐標。

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

同相關的技術人員、安裝人員對測量數據仔細進行檢查，復核無誤方可實施。

6.3.2 測量方法及要求

筒體內部垂直鋼柱測量時，首先設置鋼柱定位軸線的基準線，把測量的基準點設在建筑物控制軸線的延伸線上。每一節柱子的定位軸線都由兩條基線從地面引上來，作為上一節柱安裝時的基準線。

筒體外圍斜柱測量采用全站儀三維定位測量，測量前，根據每節斜向鋼柱頂部高度位置，繪制鋼柱特征點位坐標控制圖，確定坐標值。在每一節斜柱安裝時，在設定的鋼柱特征點位粘貼反光片，在斜柱吊裝時，用全站儀測量斜向鋼柱特征點位的坐標值，并進行鋼柱校正，當實測值與理論值相符時，即可進行斜向鋼柱固定。

6.4 鋼構件連接

6.4.1 編制鋼結構連接順序

鋼柱每兩層為一節，對接節點位于層間梁頂以上1.5 m處，每個筒體兩核心筒之間中部垂直柱及柱間梁先行安裝，且為一個安裝區段。每一筒體外圍斜向鋼柱與輻射狀鋼梁部分分為四個連接區段，每一區段內又以從中心向兩側擴展的原則進行焊接，以減少焊接收縮變形和殘余應力。

6.4.2 鋼結構安裝、焊接方法

1)斜向鋼柱安裝時，柱底部與下柱或基礎所放位置線對正，頂部根據全站儀三維測量定位，測量數據符合要求后，對鋼柱進行臨時固定，臨時固定采用鋼柱上的臨時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螺栓連接，鋼柱與鋼柱、鋼柱牛腿與鋼梁翼緣板進行焊接。

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

3)一節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行100%超聲波探傷檢測。

5)焊接工藝采用氣體保護焊，鋼結構焊接工作開始前進行焊工考試和焊接工藝試驗，工藝試驗的項目有柱—柱接頭焊接工藝試驗，柱—梁接頭焊接工藝試驗。焊接工藝試驗：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焊工在對面同時進行對稱施焊。

7)冬期厚鋼板施焊前要預熱到36 ℃。焊后后熱并保溫。

8)柱牛腿與鋼梁的焊縫翼緣板焊接時，先焊下翼緣焊縫，再焊上翼緣焊縫。

9)焊接完成后24 h進行超聲波探傷檢測。

7 桁架樓層板安裝

桁架樓層板在鋼結構安裝完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焊固定，板厚120 mm。樓層板尺寸按鋼結構梁間尺寸進行排版設計后加工制作。樓層板按編號鋪設就位后，進行栓釘焊接，檢測合格后綁扎樓板橫向筋及安裝預埋管線。鋼筋驗收合格后澆筑樓板混凝土。

8 結語

倒錐筒體結構混凝土核心筒呈不規則多邊形，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，給構件測量定位帶來很大困難，借助計算機輔助制圖及建模軟件進行深化設計，采用全站儀進行三維立體定位測量，解決了特殊異形建筑的施工難點，保證了結構的精準建造。

通過計算機三維建模，準確設計異形結構構件的尺寸和角度，通過軟件提取構件尺寸，構件端部截面尺寸和角度，使復雜結構及構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，考慮了鋼結構焊接變形及累積誤差，通過采取分區、分段、對稱安裝、焊接的方法，保證了安裝精度和安裝質量。

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

A