大截面矩形厚板鋼管混凝土柱施工技術(shù)研究

郭斌，尤厚非，趙源

(中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，北京 100089)

1 引言

大截面矩形厚板鋼管混凝土柱在目前超高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]，但其制作需根據(jù)其自身形狀尺寸定制專門的胎架，由于其平面尺寸較大，故其制作完后翻身較為困難，同時在鋼管內(nèi)部綁扎鋼筋也是一項較為復(fù)雜的施工工序[4-5]，筆者根據(jù)大截面矩形厚板鋼管混凝土柱施工的一系列問題[6-8]，查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)目前廣泛采用的各類施工方式均存在一定不足之處，無法從根本上解決大截面矩形厚板鋼管混凝土柱施工過程中產(chǎn)生的各類問題。

鑒于此，針對大截面鋼管柱的制作、安裝、吊裝、內(nèi)鋼筋綁扎、混凝土澆筑等一系列施工問題，亟待發(fā)明一種簡單有效的大截面矩形厚板鋼管混凝土柱施工技術(shù)，來提高鋼柱制作、安裝及混凝土澆筑的施工質(zhì)量和施工效率。

2 工程概況

本工程位于烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)二期延伸區(qū)，玄武湖路以東，岳麓山街以南，天柱山街以北，東臨高鐵片區(qū)衛(wèi)星路。本項目地下室為大底盤，地上兩棟超高層且?guī)в腥狗浚叵率夜灿? 層，建筑面積約29 878.92 m2； 地上建筑面積302 778.04 m2。本項目2-02#公寓塔樓外框結(jié)構(gòu)設(shè)計24 根矩形鋼管混凝土柱，核心筒設(shè)計28 根矩形鋼管混凝土柱。2-03#酒店7 層以下外框設(shè)置26 根矩形鋼管混凝土柱，內(nèi)筒設(shè)置21根矩形鋼管混凝土柱，7 層以上外框設(shè)置40 根矩形鋼管混凝土柱，內(nèi)筒設(shè)置20 根矩形鋼管混凝土。地下室為鋼筋混凝土+鋼管混凝土勁性結(jié)構(gòu)，地上部分為鋼管混凝土框柱-鋼支撐筒體結(jié)構(gòu)+ 鋼筋桁架樓承板結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外又可分為內(nèi)筒和外筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒柱間設(shè)置屈曲約束支撐或箱型鋼支撐，外框G-7F 樓層局部柱間設(shè)置鋼斜撐，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，本工程鋼管混凝土數(shù)量多，施工難度大。

3 關(guān)鍵技術(shù)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

鋼柱制作采用定型化胎架，栓釘焊接采用栓釘群臨時定位裝置，鋼柱翻身采用鋼柱翻身平臺，鋼柱安裝采用定型化防護(hù)操作平臺，鋼柱焊接采用機械手連續(xù)對稱施焊技術(shù)，柱內(nèi)鋼筋安裝采用等強度鋼板代換技術(shù)，混凝土控制澆筑采用專用布料斗。

3.2 創(chuàng)新點

3.2.1 定型化胎架

定型化胎架由胎架橫梁、胎架立柱、胎架斜撐、可更換支撐板固定栓、腹板可旋轉(zhuǎn)斜撐、斜撐旋轉(zhuǎn)固定栓、可更換支撐板、斜撐底板等組成，胎架立柱間設(shè)置胎架斜撐，胎架橫梁上安裝鋼柱下翼緣板，可更換支撐板頂緊鋼箱柱腹板，定型化胎架兩側(cè)的腹板可旋轉(zhuǎn)斜撐可根據(jù)鋼柱尺寸進(jìn)行轉(zhuǎn)動支撐，用斜撐旋轉(zhuǎn)固定栓固定，可更換支撐板形狀根據(jù)鋼柱更換，并通過可更換支撐板固定栓固定，定型化胎架見圖1。

3.2.2 栓釘群臨時定位裝置

栓釘群臨時定位裝置由栓釘群定位架立柱、釘帽嵌槽、栓釘群定位架底板、定位橫梁組成，栓釘群定位架底板置于鋼柱上，定位橫梁上間隔布置釘帽嵌槽，釘帽嵌槽內(nèi)逐個嵌入栓釘，栓釘群臨時定位裝置間圖2。

3.2.3 鋼柱翻身平臺

鋼柱翻身平臺由斜撐、橫梁、撐柱、座梁、橫梁更換段等組成，座梁上對撐設(shè)置斜撐，斜撐頂面設(shè)置橫梁，橫梁上設(shè)置一段橫梁更換段，橫梁更換段與橫梁間設(shè)置連接螺栓，通過變換橫梁更換段的長度滿足不同尺寸的鋼柱施工，鋼柱翻身平臺見圖3。

3.2.4 定型化防護(hù)操作平臺

定型化防護(hù)操作平臺置于施工平臺支撐工字鋼上，施工平臺支撐工字鋼焊接于鋼柱上，定型化防護(hù)操作平臺一側(cè)設(shè)置后接平臺，定型化防護(hù)操作平臺與后接平臺間設(shè)置后接平臺連接板，兩者通過后接平臺連接螺栓固定，鋼柱上設(shè)置抱箍，抱箍由左右兩片組成，兩端分別設(shè)置抱箍耳板，兩抱箍耳板間設(shè)置耳板固定螺栓，抱箍上設(shè)置支撐板，定型化防護(hù)操作平臺見圖4。

3.2.5 布料斗

布料斗的布料斗底座置于鋼柱上，布料斗底座上設(shè)置4 個排氣孔，布料斗頂面設(shè)置吊鉤及布料擋板，布料斗結(jié)構(gòu)見圖5。

4 主要施工步驟

(1）栓釘焊接：在鋼柱下翼緣板上安裝栓釘群臨時定位裝置，然后在釘帽嵌槽內(nèi)逐個嵌入栓釘，然后進(jìn)行栓釘焊接。(2）鋼柱制作：搭設(shè)定型化胎架，根據(jù)鋼柱尺寸安裝合適的可更換支撐板，并用可更換支撐板固定栓固定，隨后安裝鋼柱下翼緣板，然后安裝鋼柱腹板，通過旋轉(zhuǎn)腹板可旋轉(zhuǎn)斜撐將腹板可旋轉(zhuǎn)斜撐調(diào)節(jié)至合適位置，然后擰緊斜撐旋轉(zhuǎn)固定栓固定，最后進(jìn)行鋼柱下翼緣板與鋼柱腹板的焊接。(3）定型化防護(hù)操作平臺安裝： 在鋼柱的施工平臺工字鋼上放置定型化防護(hù)操作平臺，在鋼柱頂面安裝帶支撐板的抱箍，隨后擰緊耳板固定螺栓，通過支撐板及抱箍將定型化防護(hù)操作平臺固定于鋼柱上，隨后安裝后接平臺連接板。(4）鋼柱翻身：制作鋼柱翻身平臺，選擇合適的橫梁更換段與橫梁拼接，將鋼柱置于鋼柱翻身平臺上進(jìn)行翻身。(5）鋼柱內(nèi)鋼筋等強代換：綁扎鋼柱鋼筋，通過同等強度的井字型鋼板代換井字型拉筋。(6）鋼柱焊接：吊裝上一節(jié)鋼柱后，對鋼柱進(jìn)行焊接，在定型化防護(hù)操作平臺上安裝機械手，焊接前在鋼柱焊縫周圍施工一道焊接保護(hù)材料，焊接完成拆除定型化防護(hù)操作平臺。(7）混凝土澆筑：在鋼柱耳板上安裝土建施工平臺，隨后通過布料斗上的吊鉤將布料斗安裝于鋼柱，最后澆筑混凝土，鋼柱氣通過排氣孔排出。

5 結(jié)論

(1）鋼柱制作采用定型化胎架，該定型化胎架可適用于一定尺寸范圍內(nèi)的鋼柱制作，能提高鋼柱制作的施工質(zhì)量和施工效率。(2）栓釘焊接采用栓釘群臨時定位裝置，可保證栓釘安裝定位的準(zhǔn)確性，同時采用該裝置避免了人工手扶栓釘焊接，可提高焊縫質(zhì)量。(3）鋼柱翻身采用鋼柱翻身平臺，鋼柱安裝采用定型化防護(hù)操作平臺，鋼柱焊接采用機械手連續(xù)對稱施焊技術(shù)，可提高鋼柱吊裝、拼接的施工質(zhì)量和施工效率。(4）柱內(nèi)鋼筋安裝采用等強度鋼板代換技術(shù)，可大幅減少鋼柱內(nèi)鋼筋綁扎的作業(yè)時間，從而提高施工效率。