分散式钢棒混凝土柱施工技术研究*

罗 杰，张 逸，罗宗礼，陈学朋，张 健，肖建春

(1.中建四局第六建设有限公司, 安徽 合肥 230011；2.贵州大学空间结构研究中心, 贵州 贵阳 550003)

1 工程概况

贵阳世界贸易中心项目位于贵阳市云岩区，为拥有5栋超高层的建筑项目。建筑最高高度为381m。工程采用框筒结构，外框架柱下部约2/3高度采用分散式钢棒混凝土柱，其余部分采用钢筋混凝土柱。

分散式钢棒混凝土柱是基于核心区内钢骨含钢量相同的原则，在柱内采用分散布置的钢棒替代传统实腹式型钢的一种新型结构柱[1]。该结构柱是为了解决实腹式型钢混凝土柱箍筋和梁纵筋的布置较困难问题而发明的。分散式钢棒混凝土柱可减小轴压比，改善受压构件的工作条件，并能减小柱的截面尺寸，增加建筑使用面积[2-3]。

贵阳世界贸易中心分散式钢棒混凝土柱施工在国内基本无施工经验可供参考。该工程经过大量探索形成了一套完整的施工技术，具有施工速度较快、施工质量较好、施工成本较低等优点。

2 钢棒连接方式

节点采用螺栓连接，由上下圆钢棒、上下耳板、连接板和M16螺栓组成。耳板和连接板尺寸分别为60×100×18，50×400×16。在上部和下部圆钢棒上焊接耳板，并采用连接板和M16螺栓连接上、下耳板。圆钢棒上有3个连接节点且连接角度为120°，如图1所示。上、下实心圆钢棒刨平抵死。上部螺栓开孔为竖向长圆孔，可允许连接板固定处进行一定范围的移动。

图1 钢棒连接节点

研究表明，钢棒只承受竖向轴力，不受剪力[1]。因此，采用螺栓连接的节点合理。该装配连接节点可解决实心圆钢棒内侧无法进行焊接的问题，避免产生残余应力的同时可加快施工速度、降低成本。

3 施工准备

3.1 钢棒进场准备

1)钢棒在工厂内加工制作，单根钢棒长度为2层高度。为了使钢棒的对接质量好，对上、下面进行打磨处理。

2)柱内含钢棒数量较多，采用栓钉常规做法会出现浪费钢材、箍筋布置困难等情况。因此，采用钢棒上焊接环箍的办法来增强钢棒和混凝土的组合连接作用。环箍采用φ6@500钢筋满焊。

3)钢棒堆放应整齐规则，将底层钢棒放置在槽钢上。钢棒堆放采用木方进行隔离，木方高度应大于连接节点处耳板的高度。槽钢和木方的放置间距为2m。为保障安全，堆放高度≤1.5m。地面叠放构件应全面检查，为防止倾倒翻落可进行局部固定。

4)进场后采用直角钢尺对钢棒的2个面进行平整度检查。

3.2 吊装准备

3.2.1BIM技术应用

1)利用Revit软件对分散式钢棒混凝土柱进行节点精确建模，利用测绘仪器确定柱模板和钢棒的准确位置(见图2)。该做法可有效提高施工质量，避免施工现场吊装后反复调准。

图2 BIM坐标定位

2)根据模型检测柱内钢筋、箍筋和钢棒碰撞情况，预先调整钢筋、箍筋和钢棒位置；利用BIM信息化三维建模技术的优势[4-5]，从空间与信息2个方面准确确定模板大小和空间位置。

3)对钢棒的施工进行模拟，分析安装过程中的难点，如图3所示。对施工队伍进行技术交底。

图3 钢棒施工模拟

3.2.2塔式起重机布置

在吊装区域布置塔式起重机，保证塔式起重机覆盖范围和吊装荷载满足要求。塔式起重机现场布置分为2个阶段：①阶段1 布置2台外爬式塔式起重机(分散式钢棒混凝土柱施工阶段)，钢棒安装位置在2台塔式起重机吊装范围内；②阶段2 核心筒内布置1台内爬式塔式起重机(钢筋混凝土柱施工阶段，分散式钢棒混凝土柱施工已结束)，如图4所示。

图4 塔式起重机布置

3.2.3钢操作平台制作

操作平台可辅助现场人员进行施工，可提高钢棒定位、安装的精确度和施工工作效率。根据分散式钢棒混凝土柱尺寸和钢棒安装高度确定平台尺寸。考虑施工荷载和2根钢棒的质量对操作平台进行结构设计。平台斜腹杆采用∟50×5，立杆和直腹杆采用[10。操作平台如图5所示。该操作平台制作简便且安全性好，可移动和重复利用。

图5 搭设操作平台

4 钢棒吊装

4.1 错层吊装

钢棒长度为2个标准层高度，采用2层一吊的方式会影响施工进度和成本。根据设计分节要求、原材生产长度和塔式起重机工况，为使钢棒吊装时不影响其他分项工程，采用错层分节吊装。错层分节吊装为1层1吊，即采用A塔式起重机将某一标准层沿对角线划分后范围内(A塔式起重机范围内)的钢棒吊装，采用B塔式起重机进行该标准层上一层沿对角线划分后范围内(B塔式起重机范围内)的钢棒吊装。每层只动用1台塔式起重机进行吊装。吊装完成和混凝土浇筑后，钢棒错层立面如图6所示。

图6 钢棒错层立面

4.2 吊装和测量复核

1) 钢棒吊装前采用线垂对垂直度进行复测。

2) 采用塔式起重机进行吊装，单次吊装钢棒数量为2根。结合吊装次数、吊装根数、施工成本、施工进度和安全质量等方面进行综合分析，得出单次吊装钢棒数量为2根时施工效率最高且能保证施工质量和安全。2位操作人员在操作平台上进行扶持和指挥，直至2根钢棒安装完毕后才可解除扶持工作并进行塔式起重机松钩。

3)进行水平对口初步固定。2位操作人员分别将2根钢棒下光滑面对准下一层钢棒上光滑面，将2个端面水平对口抵死。

4)进行3个耳板的螺栓连接。通过微调耳板螺栓调整垂直度，待垂直度校准完成后将螺栓拧紧。

5)采用线垂和钢尺分别进行垂直度和间距复核。单节钢棒的垂直度偏差控制在5mm以内。

6) 在操作平台上，操作人员采用φ20钢筋将所有钢棒焊接为整体，焊接位置为钢棒顶部以下500mm处，目的就是将钢棒群连接成整体，确保其垂直度。

5 钢筋绑扎、支模和混凝土浇筑

钢筋绑扎、模板安装和混凝土浇筑均采用传统工艺[6-7]。

1) 根据验收规范[8]及要求，对钢棒垂直度、钢棒间距、钢筋间距和钢棒外侧至竖向钢筋的距离等进行检查验收。

2)支模 木模龙骨采用φ48×3钢管，间距为200mm。采用双[10固定木模龙骨，间距为450mm，用M14对拉螺栓对槽钢进行加固。边角处采用木板条找补，接缝处贴封口胶。

3)混凝土浇筑 钢棒混凝土柱浇筑时应注意振捣，确保密实度。混凝土振捣应快插慢拔，避免撬振钢棒、钢筋和模板。每一振点的振捣延续时间应使混凝土表面呈现浮浆和不再沉落，应避免过振产生离析。

6 安全、质量措施

工程施工应执行现行标准、规范和规程[7-12]，另需满足以下要求。

1)堆放场地下方为中风化泥灰岩，上方应浇筑150mm厚混凝土，满足构件堆放荷载要求。

2)构件堆场区域应设置警戒区和明显的警示标志，安排专人监护，严禁无关人员进入。

3)构件卸车和倒运的起重指挥人员必须持有效操作证上岗，应熟悉吊、卸区的作业环境和起重机械性能，并合理选用与钢构件相匹配的起吊索具。

4)构件到场准备卸车时，应先检查构件是否有倾斜和挤压。应先用汽车式起重机将构件扶正后再解开绳索，防止出现构件散落和倒塌伤人事故；若构件相互挤压，应先用小撬棍将挤压构件撬松，然后再卸运构件。

5)在倒运构件时，构件装车后应用钢丝绳和倒链捆绑固定，防止构件在运输过程中滑落而发生意外，卸车时防止构件自行滑落。

6)构件卸车和倒运作业时，如遇6级以上大风或大雨、大雾等恶劣天气，应立即停止吊装作业(另有规定除外)；若遇起重机突然发生故障而导致构件悬空不能就位时，应指派专人监护现场。

7)吊装前要对起吊索具进行检验，检查钢丝绳、起吊索具是否符合要求。

8)构件起吊前须计算重心位置，检查钢丝绳长度、夹角、直径是否满足安全要求。钢棒在吊装前应检查卡环是否牢固，了解构件的长度、质量和安装位置，选择合适的吊绳、卡环。构件吊点应焊接牢固可靠。

9)构件起吊时应保证水平均匀离开平板车或地面，起吊后构件不得前后、左右摆动，钢丝绳应受力均匀，施工人员不得站在起吊构件上、构件运动方向或扒杆垂直下方，吊装区域严禁无关人员进入。

10)夜间吊装须保证足够的照明，构件不得悬空过夜，特殊情况时应采取可靠的安全防范措施。

11)对进场构件进行严格的检查验收，特别是钢棒垂直度、外形尺寸、连接耳板等。对超过设计及有关规范的构件必须处理后再予安装。

12)按分节原则吊装，分节长度在满足设计要求的条件下，保证所有构件吊装质量在塔式起重机工况范围内。

13)首节基础位置安装完成后，分节设计要求分节节点需在梁上、下1m范围外，且楼层之间最多设2个接头。

7 结语

该施工工艺解决了当前分散式钢棒混凝土柱施工无经验参考的难题，提供了一套专业、系统的分散式钢棒混凝土柱施工工艺和质量控制标准。该工艺在贵阳世界贸易中心工程中的应用，实现了“降本增效”目标，满足可持续发展需求。

该施工工艺一定程度上缩短了工期，减小了结构施工难度，减少了钢材用量，有效提高了结构的质量和安全，可为类似工程施工提供宝贵经验与参考。