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超高层钢管柱新型节点施工质量控制

2019/08/28 阅读:

摘要:以贵阳国际金融中心1#楼为工程背景,介绍了其采用的核心筒加外框柱结构形式,通过钢筋环梁将钢管柱与梁、板等进行连接,使得钢结构与钢筋混凝土结构通过钢管柱节点得以完美结合。与此同时,对该项目的钢管柱安装、钢筋环梁连接、焊缝焊接等关键施工技术及过程中的监控要点进行了梳理,可为今后类似工程提供参考和借鉴。

关键词:高层建筑结构;钢管柱安装;施工质量;钢筋环梁;焊接

1工程概况

贵阳国际金融中心一期商务区(1#、2#楼)项目,总建筑面积约395000m2,其中塔楼1#楼地下5层,地上79层,总建筑高度为401m,塔楼为钢结构框架核心筒结构体系,32根核心筒钢管柱呈矩形镶嵌于混凝土剪力墙内,16根圆管柱呈方形围绕在结构四周(图1)。钢管柱内浇筑C55-C70自密实混凝土,为检测钢管柱内混凝土的密实度情况,钢管柱焊接完成后,混凝土浇筑之前,在钢管柱内安装3根不锈钢超声波探测管,混凝土密实度通过超声波探测管进行逐层检测。钢管柱通过抗剪环与环梁连接,环梁作为连接枢纽连接结构梁,结构梁采用传统的钢筋混凝土梁,相比于大多数钢柱牛腿连接钢梁的形式,贵阳国际金融中心一期商务区(1#、2#楼)项目工程总用钢量大大减少。在保证结构的安全性和使用性的情况下,减少了结构自重,环梁现场进行预制加工,量身定做,减小了误差、缩短了工期。

2钢管柱安装施工控制要点

2.1钢管柱定位安装

本项目钢管柱全部为独立柱,钢管柱上设有钢筋环梁连接节点,钢柱安装的精准度要求非常之高,故分以下3个环节进行循环检测[1-4]。1)安装前复测定位。每节柱安装前应对下一节柱定位进行复测,复测方法:通过楼层上三级控制网放线,进行定位测量;利用水平仪标高复检;利用全站仪测量柱中心控制点,在坐标图中进行比较(可避免钢管加工时上口圆度不足造成的误差)。通过以上方式复检并记录,计算出下节柱在轴线、标高上的安装误差。针对将要进行安装的钢管柱进行调整方案确定(垂直度和标高)。2)安装就位时测量。通过在安装前复测时确定调整方案,对安装的柱子进行垂直度调整,通过轴线方向的垂直度调整,使柱顶中心点在设计位置。但需要注意,单节垂直度必须在规范范围以内;在建筑物内侧采用线锤方式进行测量,作为初控;建筑物外侧利用经纬仪对柱就位时轴线方向进行测量监控,作为精控。3)安装就位后跟踪测量。由于钢柱较长,且每层柱高于混凝土面,无法全部拉设缆风绳,同时钢柱焊接时钢材收缩对柱垂直度影响较大,故在焊接过程中必须跟踪,发现垂直度偏差在3mm以上时,调整焊接位置,在焊接处对面进行焊接,以通过收缩调整垂直度。现场钢结构柱始终比混凝土结构快一节(1层至2层),因此钢柱安装平面控制线测量采用直角坐标法,标高控制线测量采用视线高法。主体塔楼首层传递的控制点位传至钢结构顶层,经过闭合平差,作为顶层钢结构平面定位的基准点,在基准点点位架设高精度全站仪投测地脚螺栓点位及基准轴线,经过闭合丈量准确无误后架设高精度电子经纬仪,运用直角坐标法放出每个钢柱基础的纵横轴线,进行预埋件预埋。浇筑混凝土后,待达到一定要求强度后,进行钢结构的吊装,吊装测量程序如下:钢柱定位固定后进行钢柱垂直度的校正,利用高精度经纬仪后视柱脚下端的定位轴线,然后仰视柱顶钢柱中心线,在互相垂直的2个方向使柱顶中心线投影与定位轴线重合,或误差小于控制要求,然后进行固定。达到一定高度后,使用配有弯管的高精度经纬仪进行塔尖垂直度监测,如偏差超过规范,进行钢柱校正。

2.2高原地区高空焊接

本项目地处贵阳,贵阳当地气候潮湿、多雨,且属于高原地区,常年空气湿度较大。雨水、潮湿的空气都对本项目的焊接施工及焊接质量有着较大的影响,因此,在严格执行焊评所确定的焊接电流、电压及焊接速度的同时,还要做好防水、防潮工作。贵阳空气潮湿,100m以上更是雾气严重,焊缝位置多结水露,因此,焊接施工之前应对焊缝位置进行除水和烘干处理。结合现场实际情况,有针对性地制订了焊枪烘烤等除水及烘干处理措施,并严格执行。雨天、大雾天气焊接施工前搭设防护棚,雨天可防止因雨水浸湿焊缝而造成焊接质量不合格,雾天可以有效地阻止焊缝烘干后水汽再次浸湿焊缝,从而有效地提高焊接质量。本项目钢管柱全部为独立柱,焊接积累变形会导致上部结构出现位置偏差,造成严重的质量事故。根据现场实际情况,经过反复推敲与论证,钢管柱焊接时两人为一组,每组焊接人员以钢管柱中心为分界点对立起焊,同时、同向、分层焊接,焊接过程使用红外测温仪随时监控层间温度,焊接完成后进行自然冷却,充分释放焊接应力,确保焊缝质量,从而减少焊接变形。

3新型环梁节点构造及难点分析

本工程的特别之处在于钢管柱与土建结构的连接节点,本工程放弃了传统的钢结构牛腿节点,而是选用更为简便的钢筋环梁连接节点(图2)。钢管柱与环梁连接位置,在加工制作时已焊接完成3根抗剪环,钢管柱通过抗剪环与钢筋环梁连接,形成统一整体。钢筋环梁根据钢管柱尺寸由熟练工人现场预制,现场预制可以减小构件尺寸上的误差,环梁由塔吊安装于钢管柱上,环梁钢筋与钢管柱抗剪环钢筋通过焊接进行连接(图3),钢筋混凝土结构梁端部钢筋弯锚进环梁内部,环梁作为一个枢纽将钢结构与土建结构进行连接。钢筋环梁相比于传统的钢结构牛腿,灵活性较强,安装时不需要考虑牛腿角度等,钢管柱轴线安装准确,构件抗剪环位置正确即可[5-8]。安装难点:钢管柱就位后,经过现场预拼装,环梁现场绑扎难度较大,且工效极低。环梁加工精度和环梁的主筋焊接以及箍筋设置要求较高,稍有偏差将造成环梁无法套入钢管柱。

4新型环梁节点的制作与安装控制

4.1梁、柱抗剪节点分离优化

通过采用“抗剪钢筋环”节点形式替代传统的上下环板牛腿式、双梁式、梁端局部加宽式、对穿暗牛腿式、穿心钢筋暗牛腿式、暗牛腿-环梁组合等抗剪节点形式,使得钢管柱外立面与环梁内侧钢筋不交叉,形成环梁钢筋可独立绑扎的施工形式,进而提高施工效率(图4)。

4.2环梁钢筋绑扎操作平台制作

环梁支架采用φ48mm×2.6mm钢管进行设计制作。以本项目环梁为例,根据环梁的尺寸(φ2.7m、高1.05m),钢管支架的设计尺寸为:长×宽×高=1113mm×1113mm×1200mm。各节点处控制尺寸确保环梁钢筋穿过。

4.3环梁钢筋预拼装

在环梁钢筋绑扎(图5)操作平台上按照由内至外、由上至下的顺序排放环梁钢筋,根据环梁支架各层之间的布置放置各层面筋与腰筋,就位前应反复核对各排与各层钢筋之间的间距,再将箍筋按照设计间距依次排好。首先绑扎环梁的上排面筋,要求扎丝长度一致,无毛刺。扎丝绑扎时,在钢筋托撑的位置从面筋内环到外环各至少固定4个点,然后从环梁两侧开始对称绑扎。其次,绑扎环梁的下排面筋,要求与绑扎环梁上排面筋一致,注意下排面筋与上排面筋由内到外钢筋位置应一一对应。再次将环梁的腰筋绑扎在一起,并用扎丝临时固定在第2道钢筋托撑上,然后撤掉第3道钢筋托撑,使环梁底筋落到底部。之后绑扎环梁底筋,要求与绑扎环梁面筋一致,同样需注意与面筋由内到外钢筋位置一一对应。再按顺序自上而下、自内向外依次绑扎环梁腰筋,此时应注意控制腰筋之间的间距。腰筋绑扎完成之后,最后绑扎拉筋,拉筋间距为600mm。最终撤掉第1、2道钢筋托撑,等待检查验收。

4.4环梁钢筋验收与调整

环梁模块加工好后核对钢筋绑扎、腰筋的间距、箍筋的间距、钢筋的圆度是否满足设计要求,由施工单位自检合格后请监理单位进行验收(图6),监理单位验收合格后方可吊运至梁、柱节点处。4.5环梁模块吊运就位采用现场塔吊等起重吊装设备吊运环梁模块,吊运设备吊重需满足要求,吊运时吊点数量不少于4个。每个环梁需单独吊运,不得多个同时吊运,且自钢管柱顶套入安装一次就位。就位前木方放在环梁模块底部,将周边梁钢筋与环梁模块顺利连接后,再抽掉垫放的木方,慢慢将环梁模块放置就位,完成安装作业。

5结语

本文介绍了贵阳国际金融中心一期商务区(1#、2#楼)结构核心筒外框钢管柱设计思路,根据现场施工条件进一步展开了施工重、难点分析,最后对施工过程中的主要质量控制要点:钢管柱的安装就位以及在高原地区高空多雨潮湿的气候条件下,对钢管柱焊接质量的管控进行了阐述。通过跟踪整个施工过程,并对每层钢管柱的进场报验、吊装、就位、测量、焊接、复测、焊缝检测、混凝土浇筑、超声波检测等过程进行了全面的检查,并如实记录,确保了施工质量一次性验收合格。由于新型节点的使用,大大减少了结构用钢量和钢结构的安装及焊接的工程量,本项目创造了超高层建筑施工进度标准层5d/层、工程造价1196元/m2的历史性记录,对于进度、投资等指标的控制成效显著。

参考文献

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作者:史清华 温超杰 王亮亮 单位:上海市建设工程监理咨询有限公司

超高层钢管柱新型节点施工质量控制

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