多分支大截面型钢混凝土结构施工

□文/张威 毕江寰

多分支大截面型钢混凝土结构施工

□文/张威 毕江寰

结合实际工程，介绍多分支大截面型钢混凝土结构的施工技术。采用预分支连接技术及针对于该技术的钢结构深化设计、钢筋排布和连接、混凝土定位振捣的综合技术措施，降低了现场工人拼装焊接作业劳动强度，降低了安装、测量控制手段和施工管理难度，提高了结构质量，其经济效益显著。

型钢；混凝土；多分支；大截面

1　工程概况

1.1建筑概况

某工程用地面积32 921.8 m2；总面积66 637.0 m2，其中地下17381m2，地上49256m2。

地上总共有20层，1～2层为裙房，3～14层分为东西两个塔楼（左侧为西塔），塔楼部分东西长122 m。南北宽25 m，东西两个塔楼于15～20层连接为一个整体；裙房2层；地下1层。

建筑地上功能以办公为主。建筑在18、19层设置两层通高小型报告厅，20层设大型会议室。建筑顶层局部设置屋顶花园。

地下部分为整体地下室，主要功能为地下车库，设备用房及厨房功能。地下室东西向长182 m，南北宽107m。

地下一层层高为5.0 m；塔楼首层层高5.40 m，标准层层高4.50 m，顶层层高8.6 m。主楼96.05 m；幕墙最高点100.1m，见图1。

图1　建筑立面

1.2结构概况

为实现东西两个塔楼15～20层的连体部分，采用内筒外框结构并在框架部分采用劲性混凝土结构以及部分型钢结构的十字抗剪撑。特别是西塔楼与连体部分连接的一侧边跨框架柱为外倾柱子，外倾斜角度5.72°。框架柱截面1 100 mm×1 100 mm、1 200 mm× 1 100 mm，框架梁截面700 mm×1 350 mm、500 mm×1 000 mm。框架柱混凝土强度为C60。劲性钢结构总量3356.212t，见表1。

表1　劲性柱统计

表1中的数量一栏的数量是单层的数量，见图2-图5。

图2　XGZ1

图3　XGZ2

图4　KZ 3

图5　YDZ1、YDZ2

2　技术要点与难点分析

1）型钢混凝土预分支结构型钢构件深化设计难度大。抗剪撑、钢梁的预连接段与型钢柱汇集的节点较多，除了柱子本身，预连接段分支最多为8分支，特别是西塔楼的外倾柱子，外倾斜角度5.72°，完全是空间结构体系，无规律可循，也无先例参考。通过探索、研究出以预分支连接技术为核心的空间施工方法，充分考虑节点部位存在多个方向构件汇集，构件数量多、重量大、造型复杂的特点。此法可有效发挥工厂预制型钢构件精度高，加工速度快的特点，避免零散件在施工现场拼接而影响质量和工期；加工完成的型钢段尺寸、预分支空间位置、倾角准确又为下一步安装就位和采用平面投影法测量控制工作提供了前提；也为预分支型钢构件发挥自身刚度、强度潜力为后续相邻构件连接打下了基础。

型钢构件深化设计主要是利用TeklaStructures、AutoCAD计算机辅助设计软件进行，充分考虑各构件重量、形心、重心等几何参数满足后续施工吊运、支撑要求；各预分支的长短、各预分支间的角度满足设计要求和施工便捷性；考虑钢筋工程的通过性、生根与收头要求及设置必要的模板加固、混凝土浇筑所需预留开孔等。

2）型钢混凝土预分支结构钢筋工程深化设计难度大。钢筋工程深化设计主要是结合型钢构件深化设计的高科技手段和传统钢筋翻样相结合，集中放样找出型钢构件与钢筋之间的位置关系并根据具体情况制定有效措施。钢筋工程对应的深化设计主要任务是根据根部预分支、顶部交汇段型钢构件的截面尺寸和空间位置，适当调整相应柱（撑、斜柱）主筋位置和箍筋截面大小、数量或箍筋形式使钢筋设置符合设计要求，总结出了“穿、绕、织、接”四种方式，其中“织”是重点，需要由深化设计人员详细对钢筋锚固、弯起位置和钢筋绑扎顺序进行确定；“接”的方法包括焊接连接、设置钢筋连接器、设置附加焊筋板等。

3）西塔楼外倾型钢柱子构件空间段安装测量、控制方法难度大。型钢构件空间段安装测量、控制方法主要是利用TeklaStructures、CAD计算机辅助设计软件，结合设计图纸和构件安装位置将空间三维构件边缘控制线或中心线进行水平投影即将空间三维转换为平面二维，现场测控作业则是在楼面上放出构件水平投影线，采用吊线法、经纬仪施测法与水平投影线重叠并在竖向辅助以标高进行校核保证构件安装标高符合工程垂直控制网测控要求。采用水平投影即将空间三维转换为平面二维，降低了测控难度，提高了施测效率，确保了施工质量。

4）模板工程支撑体系复杂，模板节点部位加固难度大。型钢混凝土空间分叉结构有关临时支撑、钢筋工程、模板工程、混凝土工程施工方案选择则是以计算机辅助设计与预分支连接技术有机结合，精确获取空间三维构件的几何参数（几何尺寸、几何型心、中心线）、质量参数（重量、重心）等各项施工技术所需数据为基础，进行科学有效的分析、计算和选择。

3　工程实施

3.1工艺流程

型钢混凝土组合结构空间分段→深化设计（型钢构件、钢筋工程）→型钢构件加工制造→临时支撑系统搭设→根部分叉段型钢构件就位、测控、安装→根部分叉段钢筋绑扎→模板支撑系统搭设→根部分叉段支设模板→根部分叉段混凝土浇筑→中间段型钢构件就位、测控、安装→顶部交汇段型钢构件就位、测控、安装→中间段、顶部交汇段钢筋、模板、混凝土工程依次按序施工。

3.2型钢混凝土预分支结构型钢构件施工

1）预分支连接技术原理。将各杆件汇集的节点及竖向构件（以下简称“预分支构件”）作为一个整体空间构件，在工厂内预先制作出来，运至现场进行组装。除节点构件外，也为预分支型钢构件发挥自身刚度、强度潜力为后续相邻构件连接打下了基础。

2）预分支连接技术”施工要点。充分考虑预分支节点部位存在多个方向的预分支，构件数量多、重量大、造型复杂的特点，应满足从工厂到现场的运输工具要求和运输道路的通过限制；满足现场平面布置、吊装机械要求，使吊装机械够得着、吊得起；避免构件因各预分支长短、重量相差过大而造成构件整体偏心严重至现场临时存放、施工安装、就位困难；根部预分支段和顶部交汇段的预分支应具有足够的长度，以确保预分支间有临时固定或连接施焊、螺栓紧固等作业所需空间。

3）劲性钢结构构件吊装。东西塔楼-1～20层通高分布有20根钢骨混凝土劲性柱；其中西塔楼东侧由-1～15层分布有4根斜柱，斜柱的定位与模板支设为本工程的一个难点，见图6。

图6　塔吊布置

总体施工顺序为柱、梁系统→支撑系统且先安装样板区再依次安装各系统构件。

（1）进行初校，确定错位值。钢柱的初校是对钢柱的就位中心线的控制和调整。

（2）钢柱重校，调整垂偏。钢柱初校后吊装钢梁、紧固安装螺栓，使钢结构具有初步的刚度和一定的空间尺寸后，对柱、梁中的水平度，钢柱的垂直度进行全面的重新校正。

（3）为保证梁柱节点处轴线位移准确，随时用经纬仪跟踪测量，用倒链调整。

3.3型钢深化设计

1）充分考虑预分支构件、中间段的拼接方式，设置适合的焊接坡口及临时耳板等。

2）预分支构件重量较大，存在偏心，多段连接时通常需要合理设置吊耳、吊装孔的位置，尤其是斜向吊装连接，需要首先计算好吊点位置采用不同长度的吊索进行吊装固定。

3）一般情况下型钢构件的连接采用焊接形式，相互连接段应充分考虑预留误差调节量，如施焊坡口预留量或高强螺栓连接孔预留量。

4）与钢筋工程的密切配合协调、缜密设计是型钢混凝土空间预分支构件结构深化设计、施工的难点所在。需要钢筋翻样和深化设计人员密切配合，并与结构设计人员积极沟通。一般需要设置穿筋孔、焊筋板、钢筋连接器等。

5）考虑设置模板加固对拉螺栓孔，混凝土浇筑孔、振捣孔，见图7。

图7　节点穿筋深化设计

3.4型钢混凝土预分支结构钢筋工程施工

钢筋工程深化设计主要是结合型钢构件深化设计的高科技手段和传统钢筋翻样相结合，集中放样找出型钢构件与钢筋之间的位置关系并根据具体情况制定有效措施。

3.5模板工程

框架柱采用覆膜多层板配模。覆膜多层板12 mm厚，模板按照四面加工制作，每面覆膜多层板用木方连成整体固定，施工时连接组装4个单面的多层板即可。

梁柱接头模板采用12 mm厚多层板制作，每边做成两块，模板背40mm×60 mm方通间距140 mm，柱箍用16 mm对拉螺栓加双方通，同时，梁模板压柱头模板并用钉子连接。

3.6混凝土浇筑

由于钢骨混凝土柱、梁混凝土施工与钢结构安装施工互相穿插，混凝土强度较高，因此施工中应针对钢构混凝土的特点，在施工阶段采取适当措施来控制高强混凝土的裂缝、加强对钢构混凝土节点配筋密集区的混凝土下料及振捣，保证柱体混凝土成型质量以及控制钢结构不发生偏移等。

1）混凝土浇筑前的准备。在混凝土浇筑前，钢结构必须做好埋件定位、现场对接焊、吊装等工作，在混凝土施工过程中，要对钢结构定位进行精确控制。

2）混凝土浇筑。钢柱、钢梁及密集钢筋限制了混凝土的流动且箍筋、拉筋密集，为保证混凝土浇筑的质量，采用钢结构四面均匀多点布料法，每个下料点时间适当，对于钢筋配制特别密集的区域可采用同强度等级的细石浇筑。

采取分层浇筑、分层振捣，每层厚度≯40 cm（用标尺杆并辅以高能电筒照明随时检查混凝土高度及振捣情况），振捣上层时，应插入下层5cm。

混凝土浇筑完毕后，用木抹子按标高线将柱上表面混凝土找平，浇筑面应高出标高线10～20 mm。高出部分作为施工缝的处理余量。由于部分型钢柱加劲板高出当层板顶标高，此部位混凝土浇筑时应高出加劲板50mm以保证加劲板下混凝土的密实性。

浇筑混凝土的过程中应派专人看护模板，发现模板有变形、位移时立即停止浇筑并在已浇筑的混凝土终凝前修整完好，再继续浇筑。振捣时须保证混凝土填满填实。

3）混凝土振捣。用4个φ30mm振捣棒同时进行振捣并始终保持振捣区域内的混凝土厚度，及时添加新混凝土，使混凝土从钢柱四侧逐渐向周围延伸，同时也可把气泡从中排出。若采用上述方法仍然难以振捣密实，可在模板外辅以附着式振捣器振捣。在间隙狭小处利用钢钎等在下层混凝土初凝之前将上层混凝土捣下去，避免出现施工冷缝。振捣器振捣时不得与钢结构靠的太近或接触，混凝土不得直接由泵管或布料管直接下料入模，避免冲击钢结构，见图8。

图8　振捣孔

钢梁下翼缘板以下从钢梁一侧下料，用振捣器在型钢钢梁一侧振捣，将混凝土从钢梁底挤向另一侧，待混凝土高度超过钢梁下翼缘板100 mm以上时改为两侧两人对称振捣，以确保钢梁底部混凝土密实。待浇至上翼缘板150 mm时，再从梁跨中开始下料浇筑并从梁的中部开始振捣，逐渐向两端延伸，至上翼缘板下的全部气泡从钢梁两端及梁柱节点位置穿钢筋的孔中排出为止。

4　质量保证措施

1）柱头采取二次振捣。在梁柱相交处钢筋粗而密，振捣器改用HZ-30，同时在混凝土初凝前采取二次振捣，可保证柱头处混凝土的密实。

2）浇筑厚度控制措施。在竖向结构浇筑混凝土时每次浇筑高度不超过400 mm，用钢筋或钢管做一测杆，按400mm格划线，测量时直立在混凝土上表面上，以外露测杆的长度来检验分层厚度并配备照明灯具。

3）混凝土表面处理措施。当混凝土振捣完毕后，用4、2 m长的木刮杠按设计标高进行找平随刮随拍打使混凝土密实。然后用木抹子再反复搓抹，提浆找平，使混凝土面层进一步的密实，最后在混凝土终凝前再抹压收浆一遍，可避免因混凝土收缩而出现裂缝。

4）施工缝处理措施。在浇筑竖向结构的混凝土前，对上次施工的混凝土结构表面浮浆进行剔除，直到露出密实表面，钢筋表面水泥浆用钢丝刷彻底刷于净；浇筑混凝土前必须先浇一层与混凝土配合比相同的水泥砂浆50～100mm结合层，从而增强结构的整体性。

5）施工缝处理措施。混凝土浇筑的同时要预防下雨时的雨水对混凝土的影响，混凝土浇筑过程中若下雨，已浇筑完成的混凝土表面用塑料布覆盖，以防雨水将混凝土表面冲成麻面，影响混凝土观感质量。

5　结语

以预分支连接技术为核心的空间施工方法提高了复杂劲性钢结构施工技术与管理的科学性、综合性，保证了工程质量，施工安全可靠，节省工期。运用该成果施工减少了大型施工机械台班数量。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.005

□毕江寰/天津一建建筑工程有限公司。

□TU375

□C

□1008-3197（2015）02-12-04

□2014-12-31

□张威/男，1959年出生，工程师，天津一建建筑工程有限公司，从事工程技术管理工作。