勁性鋼柱施工技術在某酒店中的應用

李耀武，崔勝鵬，華國浩，王學斌，李祥龍

（中國建筑第四工程局有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

勁性鋼柱是向鋼筋混凝土中增加型鋼鋼柱而組成共同受力的豎向構件。由于配置了鋼柱，結合型鋼與鋼筋混凝土二者的優點，起到了相輔相成的作用，不僅改善了混凝土本身延性差的缺點，還大幅度提高構件的承載力。勁性鋼柱減小了構件的截面尺寸、節約空間、增加了使用面積。近年來，隨著我國建筑行業的蓬勃發展，勁性鋼柱具有施工方便、節省工期等優點，已被廣泛應用于高層建筑當中，尤其是在人防地下室結構。在勁性鋼柱施工過程中，主要包括加工圖設計、制作、焊接加工、安裝等流程，因此，要嚴格控制其施工質量，否則將直接影響到整個工程的質量及進度。

1 工程概況

本工程為西安高新新羅酒店項目，項目總占地面積約為1.4996hm2，總建筑面積為68939.64m2，其中地上建筑面積44486.74m2，地下建筑面積24452.9 0m2。①酒店，建筑面積28112.93m2，建筑高度78.65m(地下2 層，層高4.55m/5.4m，地上19 層，層高5.4m/4.5m/4.7m/6.1m/3.8m（13）/4.1m/4.35m/4.8m/5.4m)。②商業，建筑面積14470.76m2，建筑高度23.55m(地下2層，層高3.95m/6m，地上5 層，層高5.4m/4.5m/4.55m/3m)。③大堂，建筑面積617.1m2，建筑高度14.45m(地下2層，層高3.95/5.93，地上3 層，層高5.47/4.5/4.45)。④宴會廳，建筑面積1233.95m2，建筑高度10.1m(地下2 層，層高3.95/6，地上1 層，層高6.05/3.95)。⑤地下車庫，建筑面積24452.9m2，(地下2 層，3.95m/6.05m)。部分與梁連接的框架柱為型鋼混凝土柱，共計10 根，鋼柱焊接栓釘，鋼板材質為Q355B。勁性混凝土框架柱參數如表1所示。

表1 勁性混凝土框架柱參數

2 型鋼柱的深化設計與制作

2.1 型鋼柱深化設計

型鋼柱的加工圖設計好壞直接關系到勁性鋼柱的施工質量，因此要采取有效措施嚴控加工圖設計質量。深化設計過程中，每段鋼柱長度要符合車間制作條件和現場吊裝能力，并且要嚴格控制鋼柱標高與安裝標高、梁筋標高的允許偏差。在節點設計時，可采用腹板預留貫穿孔，貫穿面積應小于腹板面積的25%，避免截面損失率過大而造成型鋼無法滿足承載力要求。如遇型鋼截面承載力不足時，可局部加厚達到補強效果。然后通過TEKLA STRUCTURE 軟件建模，確定框架梁柱鋼筋與型鋼柱的位置，確保梁柱接頭部位鋼筋相互之間不發生沖突，最后在模型基礎上導出CAD 施工圖紙。

2.2 型鋼柱制作

鋼柱應委托專業加工廠制作，制作方式為厚鋼板拼焊，鋼板原材料要有質量合格證明書，并且符合《高層建筑結構用鋼板》(YB4104-2000)行業標準[1]。另外，還要對鋼板的外觀進行檢查，平整度和表面質量合格才可以進行加工。為了便于后期鋼柱接長操作，除了第一層鋼柱長度比層高長500mm，其他各層鋼柱長度與層高相同。在每層梁位置的縱橫方向上，有兩根梁縱筋穿過鋼柱，因此，安裝鋼柱前應預留兩個比梁筋直徑大5mm 的鉆孔，兩個孔距錯開一個鋼筋直徑位置。另外，鋼柱四角錨釘也應提前焊接安裝完畢。在鋼柱加工過程中，總包單位、監理單位應設有專業人員按照深化圖紙對制作、焊接進行監控，確保加工質量合格。當鋼柱加工完成一批后，采取總包單位、監理單位及業主聯合驗收的方式，鋼柱的編號、型號、長度、孔位和孔徑與耳板的位置和尺寸符合要求后方可出廠發貨。

3 型鋼柱安裝

3.1 鋼柱柱腳錨栓埋設

本工程鋼柱基礎采用預埋M27 地腳螺栓固定，螺栓直接錨入鋼筋混凝土底板，使柱腳底板與鋼柱基礎節連為一體，螺栓預埋質量直接影響首節鋼柱的安裝[2]。柱腳螺栓之間的距離使用套板控制，并且螺栓的平面位置和標高位置分別使用定位盤和定位架固定，控制螺栓不變形、位置準確。螺栓預埋時，在柱模板頂部劃出十字軸線，使其與定位盤上的十字交叉軸線對正，定位盤下設Φ 18 的鋼筋制作而成定位架，且定位架單獨設置支撐點，避免后面發生軸線、標高偏差[3]。地腳螺栓埋設后,為避免螺牙附著混凝土或者銹蝕，采取黃油外封膠布措施保護。待監理驗收合格后，澆筑C60 無收縮細石混凝土，將支架、套板、螺栓一次澆成為一體，柱腳板底預留50mm 縫隙。型鋼柱柱腳做法如圖1 所示。

圖1 型鋼柱柱腳

3.2 基礎節安裝

調整錨桿、螺母標高位置到柱腳板底標高處。當鋼柱基礎節吊至錨桿上方200mm時，使柱腳底板的栓孔與錨桿對齊，緩慢下降基礎節，待基礎節底板就位后加設錨桿墊板，并使用單螺栓對其進行臨時固定。采用經緯儀對基礎節進行垂直度校正，如發現垂直度有偏差，輕微調整錨桿上的螺母，校正其垂直度和標高，之后采用雙螺帽擰緊預埋螺栓與基礎節的底板，并焊滿錨桿墊板與基礎節底板[4]。

3.3 上部結構鋼柱安裝

鋼柱到達現場后，需進行檢查驗收，待驗收合格后卸至吊裝區。在吊裝前，為了上層鋼柱的安裝與下層鋼柱方便對中，在柱翼緣中心做出標記線。然后將鋼爬梯頂部掛在柱頂，鋼爬梯底部采用綁扎繩索通過卡環連接到耳板上[5]。吊裝時，吊裝短頭掛在處于水平面的兩個吊耳上，鋼柱應橫放在枕木上，起吊鋼柱不得有地面拖拉現象，吊升過程中嚴禁歪拉斜吊，待鋼柱起吊距地面2m 以上時可以回轉。

鋼柱提升就位后，對齊安裝定位線，利用連接板的耳板與螺栓連接起來，稍加擰緊，對鋼柱進行臨時固定。操作人員通過鋼爬梯上至鋼柱頂端脫鉤即可，摘鉤人員安全帶不允許掛在吊鉤上，應掛在鋼柱耳板之上，鋼柱臨時固定節點如圖2所示。

圖2 鋼柱臨時固定節點

3.4 鋼柱校正

①鋼柱初校。為了保證鋼柱的就位尺寸，需要由初校確定其錯位值，然后調整鋼柱就位中心線，以滿足鋼柱接頭的對接尺寸和鋼柱扭曲、垂偏標高等綜合安裝尺寸等需求。②鋼柱垂直度校正。鋼柱調整采用千斤頂調節，借助千斤頂進行推或拉。在鋼柱柱頂鋼柱中心線和柱腳下端的定位軸線相互垂直的兩個方向上，使用經緯儀進行觀測，柱頂中心線投影均與定位軸線重合，鋼柱垂偏數據符合要求[6]。③標高校正。由于鋼柱接頭焊縫存在焊接變形、壓縮變形和基礎沉降等因素，在按設計標高安裝時，需要對每節柱標高進行校正，采用適當加大柱與柱之間接合處間隙的調整方法，所墊鋼板需小于5mm。

3.5 焊接

鋼柱與鋼柱之間采用CO2焊，全熔透的坡口對接方式，坡角45°，焊縫間隙10mm，焊接外觀質量要符合二級焊縫的要求。在焊接過程中，每根鋼柱安排2 名焊工施焊，且焊接速度控制在350～450mm/min，并保持“先翼板后腹板，同時對稱逆向施焊”的原則。開焊時，坡口母材與墊板的連接處應作為第一層焊道，焊完后清理鏟磨，然后逐道逐層至坡口滿焊[7]。在焊接過程中，一個焊縫接口必須連續焊完，特殊情況下，二次施焊需要重新預熱方可進行。當焊接完成時，需要及時敲除焊渣，并對焊縫進行質量檢測和無損探傷隨機抽查，合格后進行下一個工序[8]。

3.6 型鋼柱與鋼筋的綁扎施工

本工程施工過程中，型鋼柱與鋼筋的交叉點多、關系較為復雜、處理難度大。因此，通過仿真技術，預判鋼柱和鋼筋之間的空間關系，理順勁性柱的鋼筋施工順序，簡化施工過程。①框架柱與暗柱主筋穿插。為了不影響梁筋、墻體水平筋與柱箍筋穿過腹板預留孔，在綁扎完框架柱、剪力墻暗柱鋼筋后，設置定位筋，防止鋼筋偏位。②框架柱與暗柱箍筋綁扎。按照常規做法，暗柱箍筋無法穿過型鋼柱腹板的箍筋進行施工。本工程事先在型鋼柱留孔，然后制作出“U”型箍筋，將“U”型箍筋圍繞主筋打彎90°后，將箍筋首尾相連焊接閉合。③梁主筋綁扎。當錨固長度不夠時，遇型鋼腹板應使鋼筋穿過腹板上預留的孔洞進行錨固，如圖3 所示。遇型鋼翼緣應在縱筋標高處焊鋼套筒進行錨固，如圖4所示。④墻體水平筋綁扎。當錨固長度不足時，遇型鋼腹板應在腹板附近垂直向上或向下彎錨15d，遇型鋼翼緣應繞開鋼柱翼緣板后折回。

圖3 梁鋼筋遇型鋼腹板時綁扎

圖4 梁鋼筋遇型鋼翼緣時綁扎

4 結論

通過采取以上技術措施，該項目取得了顯著的施工實效，充分保證了主體結構質量，得到以下結論及建議。①本工程勁性鋼柱施工過程中，嚴格進行過程控制，充分落實各工序質量的層層把關，確保工程實體無質量問題，經后期現場抽樣檢查，“軸線偏移偏差值”和“焊縫外探傷數據結果”均滿足行業標準。②在混凝土框架柱中加入型鋼柱，比常規模板支設、鋼筋綁扎難度加大，因此要重點控制型鋼軸線位置、垂直度、對接焊接質量等，避免鋼柱偏位、梁筋墻筋無法通過等問題發生，導致返工，耽誤施工進度。③在勁性鋼柱施工中，型鋼柱與鋼筋的相交點多，因此，處理型鋼柱與主筋、箍筋的關系成為了本項目的重點工作，利用仿真技術，成功預判了型鋼柱和鋼筋的空間關系，有效降低了施工難度。