烧结机冷却室厂房劲性钢骨混凝土柱施工技术

李兴华

1 工程概况

烧结机冷却室厂房位于太钢不锈钢有限公司厂区内,是一座大型的、现代化的工业厂房,主要用于烧结矿的生产,即制铁炼钢系统节能减排优化配置技术改造工程(烧结机)。

工程按结构一类建筑设计,抗震设防烈度为8度。烧结机冷却室长157 m,宽20.5 m,建筑总高度48.4 m,建筑面积13 075 m2,下部为钢骨混凝土框架结构,上部为排架结构。该楼主体结构共有21根劲性钢骨混凝土柱,标高为-6.70 m～46.10 m。实腹式劲性钢骨混凝土柱尺寸为1 100 mm×1 300 mm,其中钢骨规格(腹板高度×翼缘板宽度×腹板厚度×翼缘板厚度)为:GHB900×700×20×36;钢牛腿规格为:1 850×500×20×25,1 000×400×20×25,800×350×20×25等。

2 钢骨混凝土框架结构的施工特点及难点

1)工程质量要求高,工期紧,场地狭窄。本工程确定为“确保省优工程”,工程地处太钢不锈钢有限公司厂区内。施工受到的限制多,柱钢骨全部厂外制作并分段分层运输到施工现场。

2)工程体量大,施工难度大。工程体量大(最大单层建筑面积3 602 m2),最大跨度 29.5 m,最大层高14.1 m。使用荷载大而且分布不均匀。建筑物体形复杂且超长(156 m)、宽(20.5 m);45.5 m高劲性柱共21根、用钢量1 100 t。柱垂直度偏差、制作安装精度要求高,柱与梁节点构造复杂,构件不得现场二次加工;跨度达25.2 m的主厂房,施工荷载大,局部模板支撑高度达13.8 m。

3 劲性钢骨柱的制作验收与劲性钢骨柱的安装

3.1 制作

本工程劲性钢骨柱加工制作要求十分严格,在专业加工厂制作,钢骨柱在出库前,制作者应根据钢结构制作标准和有关规范,以及设计图的要求进行半成品的检测,并提供材质保证书、复检报告、探伤报告、自检表、分项评定表及焊工合格证等资料。

钢骨柱进场后,在指定位置按顺序堆放整齐,并及时验收。验收内容包括与安装质量有关的数据,即:外形几何尺寸、钢筋孔洞大小和间距、焊接坡口、附件数量规格、构件安装中心线等,如与设计要求不符,或因运输造成变形,应据此采取相应措施在地面修整,以保证后续安装工作顺利进行。

3.2 安装

3.2.1 地脚螺栓预埋

固定劲性钢骨柱的84颗M36地脚螺栓的预埋,采用专用螺栓固定架以固定螺栓下部,并用九层板按钢柱的底座形状制模开孔来固定螺栓上部。在模板安装时及混凝土浇筑的全过程,用经纬仪和水平仪随时检查校正螺栓的偏差,确保了螺栓安装精度。

3.2.2 劲性钢骨柱吊装

本工程钢骨柱的高度比较高,根据实际情况进行分段施工,即与主体结构楼层同步施工,柱钢骨分段安装就位。“起重吊装专项施工技术方案”经甲方监理审批后实施,采用“分段一次吊装滑移就位法”。吊装时,钢构件运输至现场指定位置,吊起时连接板用螺栓固定和缆绳临时固定,钢骨柱吊装后滑移一次到位。

1)使用全站仪或经纬仪对柱内型钢进行精确定位(偏差不超过±1 mm);2)按柱型钢编号吊装就位。下部的钢骨柱利用型钢上的加宽翼缘作型钢的起吊点,使型钢底部的螺栓孔对准预埋螺栓,并用小块钢板沿型钢四周4个角垫起约30 mm;3)吊装大致就位后,即在柱型钢的上部4个方向用缆风绳一头栓在型钢的加宽翼缘上,一头拴在地锚上,移开汽车起重机臂;4)通过调节缆风绳上的花篮螺栓调整型钢的垂直度(使用线坠检查)。用两台成90°布置的经纬仪进行观测。在校正过程中不断调整柱底板下螺母,校毕将柱底板上面的2个螺母拧上,缆风绳松开,使柱身呈自由状态,再用经纬仪复核。如有小偏差,微调下螺母,无误后将上螺母拧紧,中、上部钢骨柱段安装调整检查同上方法。

3.2.3 钢骨焊接

1)确定工艺参数。选择具有代表性的接头形式进行焊接方法的工艺试验,焊后经外观检查及超声波检测符合要求,据此确定的焊接工艺参数为CO2焊。焊机KR500型,焊丝JM-56,焊丝直径1.2 mm,电流 250A～300A,电压29 V～34 V,焊速350 mm/min～450 mm/min,层间温度50℃～80℃,焊丝伸出长度20 mm,气体流量40 L/min～60 L/min。2)焊接程序。焊前检查→预热→焊垫板及引弧板→测温再预热→焊接→保温或后热→检验→填写作业记录表。全过程实行工艺卡传递制,不符合要求者详细记录,且工艺卡不得流向下一道工序。3)施焊。第一层的焊缝应封住坡口内母材与垫板之间连接处,然后逐道逐层累焊至满坡口,每焊一道焊缝均应清理铲磨,出现焊接缺陷应及时磨去并修补。每道焊接层间温度控制在50℃～80℃,温度太低时重新预热,太高时应暂停焊接。一个接口连接焊完,必须中途停焊时,再焊前重新预热。4)质量控制要求。焊接环境温度不宜低于5℃,环境湿度不宜高于80%。露天焊接应有防风、防雨措施。组装、焊接前必须把待焊区域及两侧30 mm～50 mm范围内铁锈、氧皮、油污、水分等除去,露出金属光泽。

4 钢筋工程

4.1 钢骨混凝土柱的钢筋绑扎

为便于型钢施工,应将柱钢筋的绑扎控制在型钢施工后。柱型钢与柱主筋间采用拉钩连接。先在型钢腹板上画出拉钩位置线,拉钩带拐头(长度为5倍钢筋直径)双面焊接在型钢腹板上。拉钩焊接后,绑扎柱箍筋。为保证柱箍形状和尺寸准确,柱箍筋加工时先在钢板上放出柱箍大样,焊接短钢筋头制作柱箍加工胎具。

钢骨混凝土柱内主筋头采用等强机械连接,接头位置按50%错开35d设置,为方便钢骨安装和焊接,钢骨柱接头所在楼层,主筋接头分别设在楼面以上500 mm和1 500 mm处。

柱内型钢与梁的纵向钢筋相交时,相互穿插复杂,同时也是结构的重要位置,须按设计和规范要求精心施工。型钢柱由工厂运至现场,经检验合格后,配筋复杂的柱应进行穿插预演,就是在钢柱吊装前,用短筋模拟穿设与其相交叉的梁钢筋。进行穿筋预演就能将型钢柱安装完毕后穿筋过程中存在的问题及早暴露,并将其解决在型钢柱吊装之前。

梁纵筋与型钢混凝土柱内的型钢正交时,可在型钢上现场开孔,严格保证开孔直径只大于钢筋直径2 mm。梁主筋穿过型钢后,重新焊接洞口封闭,焊接时不得损害梁主筋,以保证梁、柱受力不削弱。如腹板上开孔的大小和位置不合适时,需征得设计单位的同意后,再用电钻补孔或用绞刀扩孔,不得用气割开孔。

在梁柱节点部位,柱的箍筋要在梁型钢腹板上已留好的孔中穿过,由于整根箍筋无法穿过,只能将箍筋分段,再用电弧焊焊接。不宜将箍筋焊在梁的腹板上,因为节点处受力较复杂。

4.2 钢骨混凝土梁内钢筋的施工

钢骨混凝土梁内主筋穿过钢骨柱的腹板,孔径为1.5d(d为梁主筋直径)。钢骨柱上钻孔在工厂制作好,定钻孔位置要考虑钢筋穿插,在钢骨柱腹板上钻孔的标高两个方向是不同的。梁内主筋穿过钢骨柱腹板后,两面塞焊。

在主梁和次梁交接部位,考虑到次梁端部有负弯矩存在,当次梁主筋受主梁型钢腹板阻隔时,宜于主梁型钢腹板上开孔,次梁上部钢筋穿孔贯通,次梁下部钢筋伸至主梁型钢腹板边缘后沿腹板往上锚固在主梁内。

5 混凝土工程

采用劲性钢骨柱梁混凝土并对混凝土浇灌施工方案进行反复研究筛选,严格按确定审批的施工专项方案组织实施。

采用在钢骨四面均匀下料法,φ30 mm振捣棒进行振捣,间隙狭小处采用钢筋钎人工插捣,确保混凝土的密实。

为保证梁内型钢骨架的变形对称,梁板混凝土宜由中心部位往四周辐射浇筑。

在梁的型钢翼缘下部和梁柱接头处,由于浇筑混凝土时有部分空气不易排出或因梁的型钢翼缘过宽妨碍浇筑混凝土,为此在适当部位预留空气排出孔和混凝土浇筑孔。拆模后混凝土无气泡、收缩分离和裂纹,质量达到GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范的规定。

6 结语

本工程钢骨柱梁的高度和跨度之最,结构复杂,承受荷载大,质量要求高,结合本工程的需要,通过QC小组组织技术质量攻关,最终钢骨混凝土组合结构达到了施工规范要求。

[1]周松盛,周 露,陆 震.混凝土结构设计与施工手册[M].合肥:安徽科学技术出版社,2007.

[2]刘津明.混凝土结构施工技术[M].北京:机械工业出版社,2006.