钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架体系安装研究

王志强，尹华松，郭 斌

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030000）

0 引言

近年来，随着建筑业的高速发展，高层建筑快速崛起。在高层建筑中，通常会设有若干道伸臂桁架[1-6]。伸臂桁架具有尺寸大、节点构造复杂、内外筒间沉降压缩变形值存在差异等特点。因此，伸臂桁架的安装难度较大[7]。

钢管混凝土外框-钢支撑筒体结构钢柱上设有大量的支撑牛腿，具有构件复杂、制作安装精度要求远远高于一般高层建筑等特点[8-9]。因此，亟须一种安装精度高、施工效率高的筒体桁架体系安装施工方法，以此来保证钢管混凝土外框-钢支撑筒体结构体系的制作、安装精度问题[10-12]。

本文以新疆宝能城二期二标段公寓、酒店、商业主体工程实际背景为依托，对传统筒体桁架体系制作、安装施工存在的诸多问题进行技术创新，采用桁架厂内预拼装技术、钢管柱附牛腿桁架安装支架体系、桁架单元式整体吊装安装技术、伸臂桁架腹杆后装技术、无线监测技术等。形成了一整套“钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架体系安装技术”。

1 工程概况

新疆宝能城二期二标段公寓、酒店、商业主体工程位于乌鲁木齐市经济开发区玄武湖路666号，北临万寿山街，东临卫星路，南临南站前路。宝能城二标段2-02#服务型公寓17.15万m2（地下0.98万m2、地上16.17万m2），2-03#商业楼16.12万m2（地下2.01万m2、地上14.11万m2）。塔楼施工阶段，先进行核心筒部位钢柱、钢梁安装，待核心筒钢结构全部校正完毕，并焊接完成形成稳定的框架后再施工外框架部位钢结构。核心筒钢结构与外框钢结构施工层差不超过3层，且现场防腐应及时与安装作业同步。各层楼承板、二次结构、ALC轻质隔墙板等适时插入，由下至上逐层组织施工。

2 技术原理

根据工程所出现的问题，翻阅相关文献提出了钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架体系安装技术，主要包括：桁架厂内预拼装采用复杂节点卡具定位预拼装胎架，钢管混凝土柱牛腿连接的快速装拆抱箍柱临时支架体系，钢柱附牛腿桁架安装支架体系，桁架单元式整体吊装安装技术（设计位置辅助专向与临时固定调整装置、桁架节点单侧可调式后紧固连接技术），桁架安装定型化操作架采用抱箍固定于钢管柱技术，水平杆精确安装技术采用固定于钢管柱临时定位调整装置，伸臂桁架腹杆后装技术采用固定于钢柱与水平杆操作平台，无线监测技术采用多维度机器人监控桁架合龙时机精确确定。钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架层断面结构如图1所示、多维度机器人监控如图2所示。

图1 钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架层断面结构

图2 多维度机器人监控

3 工艺流程与操作要点

3.1 工艺流程

钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架体系安装施工工艺流程如图3所示。

图3 钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架体系安装施工工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 钢管混凝土外框施工

（1）在方钢管柱内设有加劲板，柱在与梁翼缘对应位置设置的内隔板，内隔板四角应设透气孔，孔径为25mm，水平隔板下方柱身上应留置20mm透气孔。

（2）利用内爬式布料机，采取串筒浇筑自密实混凝土辅助机械振捣的方法进行施工。对加劲板处混凝土加强振捣，保证混凝土的密实度。

（3）钢管柱浇筑顶部时离柱子顶部下料50cm处停止浇筑，后续留置毛面、剔凿浮浆在进行焊接上一节钢柱和混凝土浇筑[13]。

（4）当留施工缝时，每次浇筑混凝土前应先浇一层厚度50～100mm的与混凝土强度等级相同的水泥砂浆。

（5）在钢管内浇注混凝土，应切实采取措施，保证混凝土的密实度和强度。

3.2.2 预埋件安装

（1）在混凝土浇筑前应再次复核埋件位置，复核无误后方可进行混凝土浇筑。

（2）安装完成后经检验合格后，在锚栓丝扣表面涂黄油保护，并用油纸包裹好，防止浇筑混凝土过程中污染和碰伤螺纹。

3.2.3 钢柱安装

根据钢构件的重量及吊点设置情况，准备足够不同长度、不同规格的钢丝绳和卡环，并准备好倒链、爬梯、工具包等机具，在柱身上绑好爬梯，并焊接好安全环，确保钢柱安装质量及安全。

3.2.4 钢梁安装

（1）次梁与小梁的吊装采用串吊来减少吊次，加快安装速度[14]。

（2）型钢梁采用钢丝绳捆扎时须采用护角器作保护以防止钢丝绳割伤。

（3）钢梁安装前应对钢柱上的连接件或混凝土核心筒壁上的埋件进行预检。

（4）钢梁起吊前，在沿钢梁通常梁面安装扶手杆及安全绳，将腹板的连接板用两颗普通螺栓连接在腹板相应的位置，并与梁齐平不能伸出梁端[15-16]。

（5）就位时严禁与已安装好的钢柱发生碰撞。钢梁安装就位如图4所示。

图4 钢梁安装就位

3.2.5 钢结构焊接

（1）H型钢与H型钢栓焊对接，焊接结束，待翼缘板焊缝冷却之后，再对腹板高强螺栓进行终拧，焊接过程采用多层多道焊。H型钢栓焊连接坡口形式如图5所示。

图5 H型钢栓焊连接坡口形式

（2）箱型、矩形柱梁对接。根据工程结构特点，焊接时采取组合式焊接方式，焊接过程中要始终进行结构标高、水平度、垂直度的监控[17-19]。

3.2.6 高强螺栓安装

（1）对每一接头，采用临时螺栓冲钉定位，严禁把高强螺栓作为临时螺栓使用。

（2）严禁强行穿入螺栓，若不能自由穿入，可用绞刀进行修整。

（3）螺栓孔连接面应平整，不得有污物及不需要的涂料，摩擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷变形等现象，要考虑摩擦面的处理及污染保护。

（4）高强螺栓的紧固。

①扭剪型高强螺栓施工。

施工扭矩值和检查扭矩值的确定。初拧：初拧扭矩值应在400～600N·m（根据复验所得数据计算）。终拧：扭剪型终拧以拧掉螺栓尾部的梅花头为准。

②大六角高强螺栓施工。

初拧：初拧扭矩值应在200～300N·m（一般使连接板缝密贴为准）。初拧检查：用敲击法，即用小锤敲击逐个检查，防止螺栓漏拧。划线：初拧后对螺栓逐个进行划线。终拧：用专用扳手使螺母再旋转一个额定角度，紧固顺序同初拧。

4 优势及特点

（1）钢支撑筒体桁架采用桁架厂内预拼装技术，利用复杂节点卡具定位预拼装胎架，有效提高钢支撑筒体桁架的厂内拼装效率。

（2）本研究采用钢管柱附牛腿桁架安装支架体系，现场钢支撑筒体桁架安装充分利用钢管柱牛腿支架辅助安装。

（3）本研究采用桁架单元式整体吊装安装技术，在设计位置辅助专向并设置临时固定调整装置，桁架节点单侧可调式后紧固连接，有效保证桁架单元式整体吊装的安全、高效。

（4）本研究采用伸臂桁架腹杆后装技术，利用固定于钢柱与水平杆的操作平台，保证伸臂桁架腹杆安装质量。

（5）本研究采用无线监测技术，通过多维度机器人监控钢支撑筒体桁架，确定合拢时机，保证钢支撑筒体桁架的精确安装。

5 结语

本文结合新疆宝能城二期二标段公寓、酒店、商业主体工程，提出的钢管混凝土外框-钢支撑筒体桁架体系安装施工技术，有效保证了钢支撑筒体桁架的安装施工质量，提高了钢管混凝土柱及钢支撑筒体桁架施工效率，降低了钢支撑筒体桁架安装风险，提高了桁架安装精度。本技术能充分发挥技术应用优势，对类似工程具有很好的推广应用前景。