论文部分内容阅读
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
摘要: 高层民用建筑采用型钢砼组合结构, 可缩小结构构件截面尺寸, 增大使用空间, 但对型钢构件的制作、安装以及与钢筋工程的配合提出了更高的要求。本文介绍了复杂型钢混凝土组合结构施工的施工工艺和技术控制措施, 以及施工中应解决的有关关键技术问题。
关键词: 型钢制作; 安装技术; 控制措施
某工程总建筑面积22万m2, 地上由8栋21层塔楼和4栋群楼呈两排加两点分布, 高空钢结构连廊将塔楼连为一体, 地下由中央地下车库连为一体, 属超限结构。结构体系为型钢混凝土框架—筒体结构, 型钢混凝土框架由型钢柱、型钢梁、型钢斜撑( 位于相邻两型钢柱之间的斜向连接)组成。筒体结构由钢筋混凝土剪力墙和型钢混凝土剪力墙组成, 劲性结构型钢总用量约1 800 t。型钢的断面型式有工字形、H形、丁字形、箱形。型钢柱、型钢梁从基础底板到顶层结构均有设置, 且每层分布不一致。
1 工艺流程
绑扎底板( 楼板) 钢筋→安装、校核、固定型钢柱柱脚预埋螺栓→浇筑基础底板( 楼板) 混凝土→第一节型钢柱的安装→校正型钢柱的垂直度、位移、型钢梁牛腿的标高→固定柱脚、灌注高强无收缩灌浆料→型钢梁的安装→型钢斜撑的安装→型钢混凝土柱钢筋的安装→型钢混凝土柱模板安装→型钢混凝土柱混凝土的浇筑→模板拆除→支设顶板、梁模板→梁板钢筋的安装→梁板混凝土的浇筑→安装下一节型钢柱→安装型钢梁→安装斜撑。
2 型鋼构件施工
型钢柱、型钢梁、型钢斜撑、柱底座埋件的制作加工需按钢结构的要求在专业钢结构加工厂制作。
2.1 型钢柱底座埋件安装
在浇筑基础底板或楼板混凝土前, 依据柱两个方向的轴线和标高控制点, 将型钢柱底座钢板及预埋地脚螺栓埋入, 并固定牢固。要求位置准确, 钢板上表面水平标高准确, 并将底座板以上的螺栓外表面涂上黄油包上油纸再用胶带缠绕进行保护, 防止混凝土浇筑时污染。在混凝土浇筑过程中, 要有专人看护。混凝土沿埋件两侧同时浇筑, 同时振捣, 防止埋件产生位移。混凝土浇筑完成之后, 初凝之前进行二次复核, 确保埋件位置准确。
2.2 型钢柱首节安装
2.2.1 测量放线
清除柱底座钢板上的水泥浆和预埋件的保护材料等影响焊接质量的杂物, 依据设计图纸, 在柱底座钢板上弹出型钢柱的纵横安装中心控制线和标高控制线,并绘制测量成果记录, 交付验收。
2.2.2 钢柱验收
钢柱进场对构件的质量进行检查验收, 除对钢柱的长度、断面以及挠曲、牛腿位置、穿筋孔位置间距等进行检查, 还需对构件纵横两个方向的安装中心线进行验收, 对中心线不清晰的要重新弹上安装线。
2.2.3 钢柱起吊
钢柱平运时采用两点水平起吊, 安装时采用两点立吊, 单机回转法起吊。吊点利用耳板螺栓孔, 起吊时钢柱的根部要垫实, 保证根部在不离地的情况下, 通过吊钓的起升, 变幅和吊臂的回转, 逐步将钢柱扶直, 等钢柱停止晃动后再继续提升, 严禁柱端部在地面上拖拉。
2.2.4 钢柱就位
当吊运钢柱的塔臂回转到其相应安装位置的上方时, 钢柱逐渐下落距底座200mm左右时, 停机稳定后,在基本对准安装轴线后, 缓慢下落, 轻触底板, 调整到完全对准轴线后, 用钢楔垫起, 点焊定位, 拉紧柱上端的3根缆风绳, 做临时固定。
2.2.5 垂直度的校核
用两台经纬仪测定垂直度, 借助缆风绳将钢柱垂直度调整到符合要求, 首节柱位置精确、垂直度无偏差是十分重要的, 对其上柱、梁的安装质量发挥巨大作用。
2.2.6 柱脚灌浆料的施工
柱底座板与柱脚间的空隙用GGM高强无收缩灌浆料填充, 从一侧灌入, 至另一侧溢出并明显高于下表面为止, 无需振捣, 连续进行。
2.3 型钢梁的安装
2.3.1 型钢梁吊运
钢梁吊装用专用扁担, 采用两点吊, 吊点位置距离钢梁端为梁长的1 /4, 吊点的构造形式采用在梁上用钢丝绳和吊环捆死, 再连到吊索上。
2.3.2 钢梁的安装
钢梁就位前对应的钢柱必须校正完毕( 包括标高、位移和垂直度) , 钢梁吊装就位后, 在每个节点上用两只过镗冲对齐节点板上的左右螺孔。
2.4 斜撑的安装
钢梁安装完成后, 进行钢柱之间的斜撑安装。安装方法同型钢梁一样。
2.5 上一节钢柱安装
2.5.1 上下柱的临时连接
钢柱上弹纵横中心线和标高控制线, 起吊钢柱就位后, 用4组16 mm厚的钢夹板, 将上下节柱的耳板用24个M24螺栓连接在一起, 待柱焊接完成后, 卸下夹板, 将超出混凝土截面和影响钢筋安装的耳板的部分裁割去。
2.5.2 垂直度调整
用两台经纬仪测定垂直度, 借助临时缆风绳将柱顶轴线偏移控制到零, 最后拧紧临时连接板的大六角头高强度螺栓至额定扭矩。
2.5.3 垂直度监测
同一列钢柱的钢梁应先从中间跨开始对称向两端扩展, 安装钢梁时, 由于钢梁的制作误差可能引起钢柱垂直度的变化, 采用3台经纬仪对钢柱及钢梁安装进行跟踪监测, 确保各项技术质量指标符合有关规范要求。
2.6 钢构件安装的校正
本工程上下柱连接采用全熔透对接焊缝, 校正工艺为一校柱口, 二校柱顶位移、垂直度, 三校安装连接板焊接后的框架尺寸。考虑焊缝收缩变形, 每条焊缝的横向收缩值都有2 mm左右, 因此, 必须采用一定的措施来控制变形, 在进行钢柱的校正的同时, 对每个柱预留反变形量, 以抵消焊缝收缩的影响。
2.7 钢构件安装的测量
钢构件安装测量控制网应与结构施工采用同一控制网。钢柱安装时沿钢柱轴线的两个垂直方向架设经纬仪, 分别测出各钢柱的安装轴线和基准点。安装时应按先调整钢构件的标高, 再调整钢构件的位移, 最后调整垂直偏差的顺序。缆风绳并加支顶校正时, 必须以松开揽风绳或支顶的测量值为最终验收结果。
2.8 高强螺栓连接
2.8.1 安装前的检查
高强螺栓安装前必须再次检查和处理摩擦面的浮锈及污物杂质等, 确保螺栓自由穿入。
2.8.2 对孔及穿孔
钢构件吊装就位后每个节点用两只过镗冲对齐节点板上的上下螺栓孔, 使螺栓能从孔内自由穿入, 对余下的螺栓孔直接安装高强螺栓, 用手动扳手拧紧后, 拔出过镗冲, 再进行该处的高强螺栓的安装。如不能自由穿入高强螺栓时, 则采用调节方法, 通过调整构件之间的间距, 其调整的原则是必须保证钢构件的安装误差在允许偏差的范围内, 若无法保证, 则进行扩孔或更换连接板。扩孔后的最大孔径应小于1.2倍螺栓直径。
2.8.3 拧紧高强螺栓
高强螺栓拧紧分为初拧、终拧。初拧扭矩为施工扭矩的50%, 扭剪型高强度螺栓终拧结束后, 以目测尾部梅花头拧掉为合格。
2.9 安装柱、梁钢筋
柱、梁钢筋安装与普通钢筋混凝土结构工程基本相同。需在钢构件安装检测完成之后开始施工。但柱主筋的分布要考虑钢梁翼缘宽度的影响, 本工程钢梁翼缘宽度为160 mm, 设计不允许在翼缘开穿筋孔, 所以要对各种类型的柱主筋的分布进行翻样。确定柱主筋的相对位置, 当上层结构无型钢梁时, 将因有型钢梁导致的不均匀分布的柱主筋在钢梁的上皮进行1∶6打弯进行调整。对于工字型钢柱和工字型钢梁同时存在时,梁中间的主筋不允许在翼缘上开穿筋孔, 在梁柱节点处绕行或采取其他措施解决。
2.10 浇筑混凝土
型钢柱、型钢梁、型钢斜撑部位钢筋密集, 钢筋安装完成后, 组织相应的混凝土班组, 逐一了解现场实际情况, 确定振捣器的位置。对于复杂情况需做出明显标记。型钢的存在影响振捣器振捣产生力的传递, 故必须在柱的四个角、梁的两侧分别设置振捣点, 振捣点的间距不宜大于300mm。其他要求同普通钢筋混凝土施工工艺。
3 关键控制措施
3.1 型钢混凝土梁柱节点处梁纵向钢筋的处理
本工程的框架梁框架柱截面同宽, 柱截面尺寸为400mm×800mm。梁截面尺寸为400mm×730mm, 加之型钢柱翼缘与型钢梁翼缘同宽, 两翼缘板宽度方向相连接, 设计不允许在翼緣上开空穿筋, 故梁钢筋在节点区域必须采用可靠得技术措施加以保证。
( 1) 当梁主筋进入柱内距型钢柱翼缘水平段不足0.4laE时且纵向钢筋多于4根时, 在型钢柱梁柱节点区域相应位置焊接H型钢牛腿。梁的上下主筋与牛腿平面焊接连接, 焊接长度为10倍钢筋直径, 焊缝高度为0.6倍钢筋直径。
( 2) 当梁主筋进入柱内距型钢柱翼缘水平段不足0.4laE时且纵向钢筋少于或等于4根时, 梁纵向钢筋绕过型钢柱翼缘穿行。
3.2 型钢混凝土梁柱节点柱纵向钢筋的处理
由于受型钢梁的影响, 柱主筋均匀分布将无法在型钢梁处通过, 为此, 对每一个梁柱节点进行钢筋的排列进行详细的计算, 通过调整柱内箍筋的尺寸, 使柱的主筋非均匀分布, 确保从型钢梁的翼缘边通过, 当上层无型钢梁时, 按1∶6将主筋煨弯, 再使其成均匀分布。
3.3 与型钢柱腹板垂直梁主筋的处理
施工时, 尽量将梁主筋避开型钢, 或者采取绕行措施。当无法避开时, 采用钢筋穿孔, 开孔位于型钢的腹板, 孔径比钢筋直径大6 mm, 开孔应在工厂采用相应的机床或专用设备钻孔, 禁止现场开孔。因受开孔影响, 要确保型钢腹板截面损失率小于腹板面积25%。
3.4 型钢柱的调整措施
柱的安装先调整标高, 再调整位移, 最后调整垂直偏差, 并应重复上述步骤, 直到柱的标高、位移、垂直偏差符合要求。由于有箍筋穿过柱型钢的腹板, 在模板施工时, 校正模板有可能使柱的垂直柱受影响, 因此, 在模板校正加固完成后, 要再次校正柱的垂直度。
3.5 控制焊接变形措施
合理确定焊接工艺顺序和方法、焊接温度的控制。为防止产生整体焊接变形和减少焊接残余应力, 施工中按以下原则实施焊接: 先焊基准点处焊缝, 再焊周边焊缝; 先焊收缩量大的焊缝, 后焊收缩量小的焊缝; 焊接应尽可能考虑结构对称、节点对称、型材翼缘对称均衡对称施焊。型钢柱与型钢柱的焊接, 由两名焊工同时对称焊接两翼缘, 遇耳板的限制必须停弧时, 接头在上下层间要相互错开, 最后由一名焊工焊接腹板焊缝, 直至完成。对于栓焊混接节点中, 腹板连接应先栓后焊, 以便对准栓孔和贴紧摩擦面, 确保栓接质量。型钢梁的焊接应先焊下翼缘, 后焊上翼缘, 以减少角变形。
摘要: 高层民用建筑采用型钢砼组合结构, 可缩小结构构件截面尺寸, 增大使用空间, 但对型钢构件的制作、安装以及与钢筋工程的配合提出了更高的要求。本文介绍了复杂型钢混凝土组合结构施工的施工工艺和技术控制措施, 以及施工中应解决的有关关键技术问题。
关键词: 型钢制作; 安装技术; 控制措施
某工程总建筑面积22万m2, 地上由8栋21层塔楼和4栋群楼呈两排加两点分布, 高空钢结构连廊将塔楼连为一体, 地下由中央地下车库连为一体, 属超限结构。结构体系为型钢混凝土框架—筒体结构, 型钢混凝土框架由型钢柱、型钢梁、型钢斜撑( 位于相邻两型钢柱之间的斜向连接)组成。筒体结构由钢筋混凝土剪力墙和型钢混凝土剪力墙组成, 劲性结构型钢总用量约1 800 t。型钢的断面型式有工字形、H形、丁字形、箱形。型钢柱、型钢梁从基础底板到顶层结构均有设置, 且每层分布不一致。
1 工艺流程
绑扎底板( 楼板) 钢筋→安装、校核、固定型钢柱柱脚预埋螺栓→浇筑基础底板( 楼板) 混凝土→第一节型钢柱的安装→校正型钢柱的垂直度、位移、型钢梁牛腿的标高→固定柱脚、灌注高强无收缩灌浆料→型钢梁的安装→型钢斜撑的安装→型钢混凝土柱钢筋的安装→型钢混凝土柱模板安装→型钢混凝土柱混凝土的浇筑→模板拆除→支设顶板、梁模板→梁板钢筋的安装→梁板混凝土的浇筑→安装下一节型钢柱→安装型钢梁→安装斜撑。
2 型鋼构件施工
型钢柱、型钢梁、型钢斜撑、柱底座埋件的制作加工需按钢结构的要求在专业钢结构加工厂制作。
2.1 型钢柱底座埋件安装
在浇筑基础底板或楼板混凝土前, 依据柱两个方向的轴线和标高控制点, 将型钢柱底座钢板及预埋地脚螺栓埋入, 并固定牢固。要求位置准确, 钢板上表面水平标高准确, 并将底座板以上的螺栓外表面涂上黄油包上油纸再用胶带缠绕进行保护, 防止混凝土浇筑时污染。在混凝土浇筑过程中, 要有专人看护。混凝土沿埋件两侧同时浇筑, 同时振捣, 防止埋件产生位移。混凝土浇筑完成之后, 初凝之前进行二次复核, 确保埋件位置准确。
2.2 型钢柱首节安装
2.2.1 测量放线
清除柱底座钢板上的水泥浆和预埋件的保护材料等影响焊接质量的杂物, 依据设计图纸, 在柱底座钢板上弹出型钢柱的纵横安装中心控制线和标高控制线,并绘制测量成果记录, 交付验收。
2.2.2 钢柱验收
钢柱进场对构件的质量进行检查验收, 除对钢柱的长度、断面以及挠曲、牛腿位置、穿筋孔位置间距等进行检查, 还需对构件纵横两个方向的安装中心线进行验收, 对中心线不清晰的要重新弹上安装线。
2.2.3 钢柱起吊
钢柱平运时采用两点水平起吊, 安装时采用两点立吊, 单机回转法起吊。吊点利用耳板螺栓孔, 起吊时钢柱的根部要垫实, 保证根部在不离地的情况下, 通过吊钓的起升, 变幅和吊臂的回转, 逐步将钢柱扶直, 等钢柱停止晃动后再继续提升, 严禁柱端部在地面上拖拉。
2.2.4 钢柱就位
当吊运钢柱的塔臂回转到其相应安装位置的上方时, 钢柱逐渐下落距底座200mm左右时, 停机稳定后,在基本对准安装轴线后, 缓慢下落, 轻触底板, 调整到完全对准轴线后, 用钢楔垫起, 点焊定位, 拉紧柱上端的3根缆风绳, 做临时固定。
2.2.5 垂直度的校核
用两台经纬仪测定垂直度, 借助缆风绳将钢柱垂直度调整到符合要求, 首节柱位置精确、垂直度无偏差是十分重要的, 对其上柱、梁的安装质量发挥巨大作用。
2.2.6 柱脚灌浆料的施工
柱底座板与柱脚间的空隙用GGM高强无收缩灌浆料填充, 从一侧灌入, 至另一侧溢出并明显高于下表面为止, 无需振捣, 连续进行。
2.3 型钢梁的安装
2.3.1 型钢梁吊运
钢梁吊装用专用扁担, 采用两点吊, 吊点位置距离钢梁端为梁长的1 /4, 吊点的构造形式采用在梁上用钢丝绳和吊环捆死, 再连到吊索上。
2.3.2 钢梁的安装
钢梁就位前对应的钢柱必须校正完毕( 包括标高、位移和垂直度) , 钢梁吊装就位后, 在每个节点上用两只过镗冲对齐节点板上的左右螺孔。
2.4 斜撑的安装
钢梁安装完成后, 进行钢柱之间的斜撑安装。安装方法同型钢梁一样。
2.5 上一节钢柱安装
2.5.1 上下柱的临时连接
钢柱上弹纵横中心线和标高控制线, 起吊钢柱就位后, 用4组16 mm厚的钢夹板, 将上下节柱的耳板用24个M24螺栓连接在一起, 待柱焊接完成后, 卸下夹板, 将超出混凝土截面和影响钢筋安装的耳板的部分裁割去。
2.5.2 垂直度调整
用两台经纬仪测定垂直度, 借助临时缆风绳将柱顶轴线偏移控制到零, 最后拧紧临时连接板的大六角头高强度螺栓至额定扭矩。
2.5.3 垂直度监测
同一列钢柱的钢梁应先从中间跨开始对称向两端扩展, 安装钢梁时, 由于钢梁的制作误差可能引起钢柱垂直度的变化, 采用3台经纬仪对钢柱及钢梁安装进行跟踪监测, 确保各项技术质量指标符合有关规范要求。
2.6 钢构件安装的校正
本工程上下柱连接采用全熔透对接焊缝, 校正工艺为一校柱口, 二校柱顶位移、垂直度, 三校安装连接板焊接后的框架尺寸。考虑焊缝收缩变形, 每条焊缝的横向收缩值都有2 mm左右, 因此, 必须采用一定的措施来控制变形, 在进行钢柱的校正的同时, 对每个柱预留反变形量, 以抵消焊缝收缩的影响。
2.7 钢构件安装的测量
钢构件安装测量控制网应与结构施工采用同一控制网。钢柱安装时沿钢柱轴线的两个垂直方向架设经纬仪, 分别测出各钢柱的安装轴线和基准点。安装时应按先调整钢构件的标高, 再调整钢构件的位移, 最后调整垂直偏差的顺序。缆风绳并加支顶校正时, 必须以松开揽风绳或支顶的测量值为最终验收结果。
2.8 高强螺栓连接
2.8.1 安装前的检查
高强螺栓安装前必须再次检查和处理摩擦面的浮锈及污物杂质等, 确保螺栓自由穿入。
2.8.2 对孔及穿孔
钢构件吊装就位后每个节点用两只过镗冲对齐节点板上的上下螺栓孔, 使螺栓能从孔内自由穿入, 对余下的螺栓孔直接安装高强螺栓, 用手动扳手拧紧后, 拔出过镗冲, 再进行该处的高强螺栓的安装。如不能自由穿入高强螺栓时, 则采用调节方法, 通过调整构件之间的间距, 其调整的原则是必须保证钢构件的安装误差在允许偏差的范围内, 若无法保证, 则进行扩孔或更换连接板。扩孔后的最大孔径应小于1.2倍螺栓直径。
2.8.3 拧紧高强螺栓
高强螺栓拧紧分为初拧、终拧。初拧扭矩为施工扭矩的50%, 扭剪型高强度螺栓终拧结束后, 以目测尾部梅花头拧掉为合格。
2.9 安装柱、梁钢筋
柱、梁钢筋安装与普通钢筋混凝土结构工程基本相同。需在钢构件安装检测完成之后开始施工。但柱主筋的分布要考虑钢梁翼缘宽度的影响, 本工程钢梁翼缘宽度为160 mm, 设计不允许在翼缘开穿筋孔, 所以要对各种类型的柱主筋的分布进行翻样。确定柱主筋的相对位置, 当上层结构无型钢梁时, 将因有型钢梁导致的不均匀分布的柱主筋在钢梁的上皮进行1∶6打弯进行调整。对于工字型钢柱和工字型钢梁同时存在时,梁中间的主筋不允许在翼缘上开穿筋孔, 在梁柱节点处绕行或采取其他措施解决。
2.10 浇筑混凝土
型钢柱、型钢梁、型钢斜撑部位钢筋密集, 钢筋安装完成后, 组织相应的混凝土班组, 逐一了解现场实际情况, 确定振捣器的位置。对于复杂情况需做出明显标记。型钢的存在影响振捣器振捣产生力的传递, 故必须在柱的四个角、梁的两侧分别设置振捣点, 振捣点的间距不宜大于300mm。其他要求同普通钢筋混凝土施工工艺。
3 关键控制措施
3.1 型钢混凝土梁柱节点处梁纵向钢筋的处理
本工程的框架梁框架柱截面同宽, 柱截面尺寸为400mm×800mm。梁截面尺寸为400mm×730mm, 加之型钢柱翼缘与型钢梁翼缘同宽, 两翼缘板宽度方向相连接, 设计不允许在翼緣上开空穿筋, 故梁钢筋在节点区域必须采用可靠得技术措施加以保证。
( 1) 当梁主筋进入柱内距型钢柱翼缘水平段不足0.4laE时且纵向钢筋多于4根时, 在型钢柱梁柱节点区域相应位置焊接H型钢牛腿。梁的上下主筋与牛腿平面焊接连接, 焊接长度为10倍钢筋直径, 焊缝高度为0.6倍钢筋直径。
( 2) 当梁主筋进入柱内距型钢柱翼缘水平段不足0.4laE时且纵向钢筋少于或等于4根时, 梁纵向钢筋绕过型钢柱翼缘穿行。
3.2 型钢混凝土梁柱节点柱纵向钢筋的处理
由于受型钢梁的影响, 柱主筋均匀分布将无法在型钢梁处通过, 为此, 对每一个梁柱节点进行钢筋的排列进行详细的计算, 通过调整柱内箍筋的尺寸, 使柱的主筋非均匀分布, 确保从型钢梁的翼缘边通过, 当上层无型钢梁时, 按1∶6将主筋煨弯, 再使其成均匀分布。
3.3 与型钢柱腹板垂直梁主筋的处理
施工时, 尽量将梁主筋避开型钢, 或者采取绕行措施。当无法避开时, 采用钢筋穿孔, 开孔位于型钢的腹板, 孔径比钢筋直径大6 mm, 开孔应在工厂采用相应的机床或专用设备钻孔, 禁止现场开孔。因受开孔影响, 要确保型钢腹板截面损失率小于腹板面积25%。
3.4 型钢柱的调整措施
柱的安装先调整标高, 再调整位移, 最后调整垂直偏差, 并应重复上述步骤, 直到柱的标高、位移、垂直偏差符合要求。由于有箍筋穿过柱型钢的腹板, 在模板施工时, 校正模板有可能使柱的垂直柱受影响, 因此, 在模板校正加固完成后, 要再次校正柱的垂直度。
3.5 控制焊接变形措施
合理确定焊接工艺顺序和方法、焊接温度的控制。为防止产生整体焊接变形和减少焊接残余应力, 施工中按以下原则实施焊接: 先焊基准点处焊缝, 再焊周边焊缝; 先焊收缩量大的焊缝, 后焊收缩量小的焊缝; 焊接应尽可能考虑结构对称、节点对称、型材翼缘对称均衡对称施焊。型钢柱与型钢柱的焊接, 由两名焊工同时对称焊接两翼缘, 遇耳板的限制必须停弧时, 接头在上下层间要相互错开, 最后由一名焊工焊接腹板焊缝, 直至完成。对于栓焊混接节点中, 腹板连接应先栓后焊, 以便对准栓孔和贴紧摩擦面, 确保栓接质量。型钢梁的焊接应先焊下翼缘, 后焊上翼缘, 以减少角变形。