钢骨柱施工中的难点和要点

李兴华

2008年下半年～2009年,本人参与了世界最大的烧结工程——太钢660 m2烧结项目的施工。在烧结机主厂房的施工中,首次接触并应用型钢混凝土组合结构中的钢骨柱。

钢骨柱具有钢结构和混凝土结构的双重优点：型钢刚度大,承载力高;型钢混凝土柱结构的延展性高,具有优良的抗震性能。

钢骨柱施工时,钢筋安装需在钢柱施工完毕后进行,钢筋密集,钢柱表面布满剪力钉,钢柱上安装有钢牛腿,因此钢筋安装非常困难,同时也加大了混凝土的施工难度。

下面结合本人的工作实践,对钢骨柱施工中存在的难点、要点在此做简单的记录和分析,希望对今后的施工有所帮助。

1 工程概况

烧结主厂房共22个轴线,分别在①轴、③轴设钢骨柱4个,柱截面为1 100 mm×1 100 mm,柱高46.1 m;在⑧轴,⑨轴,○17轴～○21轴线设钢骨柱 17个,柱截面为 1 000 mm×1 200 mm,柱高39.6 m。钢骨柱主筋为Φ28钢筋,箍筋为 Φ 14钢筋,钢骨及锚栓材质为Q345-B。

2 施工中的难点、要点

2.1 柱插筋及地脚螺栓的预埋

本工程钢骨柱所在承台高 2 900 mm,分两步,第一步高1 100 mm,第二步高1 800 mm,钢柱底埋入承台 1 950 mm,因此承台混凝土需分两次施工完成。第一次施工至钢柱底以下50 mm,待型钢柱安装固定,柱脚 C40细石混凝土浇筑完后,再进行第二次混凝土浇筑。

第一次混凝土施工前,就需将承台钢筋全部绑扎完成,并对柱插筋及型钢柱地脚螺栓进行准确预埋。

预埋螺栓的安装精度对整个工程钢骨柱的安装起着至关重要的作用,柱插筋的预留必须与钢牛腿预打孔相对应,因此柱插筋及柱脚螺栓预埋必须精确。

要想保证预埋准确,首先要保证承台定位准确,承台钢筋绑扎完成后,先进行柱插筋的施工,最后进行地脚螺栓的预埋。

1)柱插筋预留。

柱插筋施工时要特别注意柱主筋间距一定要准确。以往施工中,柱插筋主要检查轴线位置及保护层,往往对主筋间距要求不是很严格,但钢骨柱施工中,有部分柱主筋需穿过钢牛腿中预留孔洞,因此必须保证柱插筋位置准确,尤其是钢牛腿部分的柱插筋。

施工中,土建与钢结构双方技术人员要对双方图纸进行仔细研究,确定柱插筋预留位置及钢牛腿打孔位置,以尽量满足柱插筋间距均匀分布及牛腿上尽量少开孔为原则。

柱插筋定位后,应加固牢固,防止混凝土浇筑过程中移位。

还有一点需特别注意,规范中规定,基础柱插筋高度不得低于柱净高的1/3。如满足规范要求,本工程中柱插筋高度需超出承台上面2 m～3 m,而焊接基础梁钢筋用钢牛腿标高与承台上面基本平齐,且每根钢柱有2个～4个牛腿,每个牛腿上有2个～3个柱主筋预打孔。

第一批钢骨柱施工时,所有柱插筋均按规范要求预留。型钢柱采用吊车吊装,在吊装第一根钢柱过程中,经过多次努力发现,要想在空中将柱预留插筋全部穿过钢牛腿预打孔中几乎是不可能的。最后现场临时决定,先将牛腿部分柱插筋用水焊割至钢牛腿底标高以下300 mm处,再进行型钢柱安装,待钢柱准确就位并加固后,从牛腿上部插入柱主筋,与柱插筋对接后进行帮条焊连接。虽然问题得到解决,但造成了一些经济损失,包括人工、机械、钢筋的浪费等。在不适合焊接的部位进行焊接以及由于操作空间狭小,而造成焊接困难等。

通过对型钢柱第一次吊装出现的问题进行分析研究,我们在余下的钢骨柱插筋施工中,将钢牛腿部分柱插筋标高改为牛腿底标高以下300 mm,并采用直螺纹接头的连接方式进行柱主筋连接,这样既满足了规范要求,保证了施工质量,又加快了施工进度,降低了施工难度。

2)柱脚螺栓预埋。

柱脚螺栓定位时,先用水准仪测出螺栓顶标高,再在此标高上划出螺栓十字交叉线,对螺栓进行精确定位。

螺栓定位校正后必须在四个方向进行加固,固定完成后在型钢柱之间拉通线对柱脚螺栓间距及轴线进行复测,确保万无一失。

螺栓调整验收后,在螺栓丝头部位涂上黄油并包上塑料薄膜进行保护。

混凝土施工时应特别注意不得触碰螺栓及其加固件,并派专人在纵横两个方向用经纬仪看护,避免位移。

2.2 钢筋绑扎

型钢柱安装固定后,即进行柱钢筋绑扎。柱主筋直径全部为28,采用直螺纹连接;箍筋为Φ 14,由巨型箍、八角箍及拉筋组成(见图1)。

钢骨柱主筋的安装与普通柱钢筋工程基本相同,但柱主筋遇到有钢牛腿时,应尽量避开。如避不开的,应提前进行牛腿开孔位置设计,保证柱主筋与牛腿开孔位置一致。

本工程中各个柱主筋根数、牛腿宽度种类各不相同,设计时要针对每一种规格组合的钢骨柱进行放样,确保钢牛腿开孔位置准确。

钢骨柱钢筋施工最大的困难是箍筋安装。钢骨柱上焊有钢牛腿,箍筋无法从顶部顺序下放,绑扎时需将箍筋开口,穿进主筋进行绑扎,开口时应注意不要开口过大,以免将箍筋弯成死弯,无法恢复原状。

柱箍筋需穿钢柱及钢牛腿位置,钢柱预制时应提前在钢柱及钢牛腿相应位置打孔,打孔位置应符合箍筋支数及间距,保证箍筋穿过孔洞后保持顺直(见图2)。

牛腿范围内箍筋,因牛腿阻挡,单个箍筋无法穿入,所以需做成两个半箍,从两个方向穿入牛腿后采用搭接焊将箍筋封闭,绑扎时应注意错开焊接接头。

柱钢筋施工时还应注意做好防雷接地,因本工程柱主筋采用直螺纹连接,为保证接地连接质量,作为防雷引下线的柱主筋在直螺纹连接处应采用搭桥焊将上下主筋连接。

2.3 钢牛腿施工

钢牛腿施工中对牛腿的标高、宽度及截面尺寸要求精确设计。

因规范要求钢柱翼缘板不准打孔,部分梁主筋无法伸入柱内锚固,所以采用在翼缘板上加钢牛腿用来焊接梁主筋。

钢牛腿施工时,首先要保证标高精确。因钢骨柱在制作、安装过程中,高度会出现误差,所以在每制作上一层钢骨柱前,应对已安装好的钢柱标高进行复核,并确定牛腿的相对标高,以避免累计误差。

钢牛腿设计时应考虑牛腿与梁主筋的相对位置,保证牛腿及梁主筋的保护层厚度。因牛腿范围梁箍筋正常设置,如牛腿过宽,会造成梁箍筋无法绑扎或绑扎后紧贴模板,所以钢牛腿宽度最好不要出现正公差。

2.4 混凝土施工

本工程混凝土浇筑主要采用42 m汽车泵泵送。高度超过36 m后,配合溜槽及塔吊施工。

支模前将柱接槎处表面浮浆及焊渣等杂物清理干净。混凝土浇筑前应对模板及接槎部位进行浇水湿润。

柱混凝土浇筑时,先浇筑50 mm厚同标号水泥砂浆,以免发生烂根现象。

混凝土浇筑时应分层浇筑,分层厚度不大于400 mm。

混凝土自由下落高度不大于2 m,超过时应设置溜槽,保证混凝土在浇筑过程中不出现离析现象。

混凝土下料时,不得直冲钢骨、模板及钢筋骨架。

因钢骨柱中型钢柱为十字交叉,混凝土浇筑后流动性较差,所以下料时应在柱四个角均匀下料。混凝土浇筑时,应采用多个柱子进行循环下料,并严格控制下料速度,防止下料过于集中、下料速度过快造成胀模现象。

由于钢骨柱钢筋及钢骨较密集,如振捣不充分,很容易造成蜂窝麻面现象。因此,钢骨柱混凝土施工时,应在柱四角进行插棒振捣。施工时设两个振捣手,在柱两侧同时振捣,必须保证混凝土振捣充分,不得过振、漏振。

3 结语

通过此项新技术在本工程中的实践,显著提高了型钢混凝土组合结构的施工技术水平,加快了施工进度,减轻了劳动强度,保证了工程质量,为公司取得了良好的经济效益和社会效益。

型钢混凝土结构在我国应用较少,但此项新技术以其显著的经济效益和社会效益得到了迅速的发展,在我国有很大的发展空间。

[1] JGJ 138-2001,型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[2] 03G101,混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图[S].