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超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法
1.前言
超高层建筑越来越多地采用了型钢混凝土组合构造，为了满足建筑型体变化、内部高大空间和构造转换需要，设计往往采用斜向型钢混凝土组合柱，但与普通垂直型钢混凝土组合柱相比，斜向型钢柱和斜向柱模板轴线、标高控制定位和厚钢板上开斜向孔是斜向型钢混凝土组合柱施工中需解决特殊技术课题。
江苏省华建建设股份有限公司组织技术攻关，研制了“超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法”，对斜向型钢混凝土组合柱施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了综合研究，重点攻克了超高层建筑中斜向型钢柱和斜向型钢混凝土组合柱轴线标高控制和测量定位及厚钢板上开斜向孔、半装配式箍筋安装等核心技术，总结出超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工技术，可指引工程建设工程中斜向型钢混凝土组合柱施工。
2.工法特点
2.1针对斜向型钢混凝土组合柱借位测量和预留变形量技术、钢板开斜向孔以及半装配式箍筋安装等工艺研究，解决了斜向型钢混凝土组合柱施工难题，使钢柱定位、混凝土构导致型后轴线位置、柱高、斜向角度等达到设计规定，保证了构造受力精确传递。
2.2采用专用夹具法在原钢板上开斜向孔技术，保证了开孔位置，角度精确，保证了梁纵向受力筋能精确、顺利穿过型钢柱，避免了现场纠偏、补开孔工作量，保证了质量和施工进度。
2.3采用了半装配式箍筋安装工艺，使箍筋安装速度与老式逐根套装办法相比提高了一倍以上，节约了人工，缩短了施工周期。
2.4其她如型钢柱制作安装、钢筋制作绑扎、模板制作安装、混凝土浇筑等工序工艺，与直立型钢混凝土组合柱相似，本工法不再赘述。
3.合用范畴
合用于超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工。
4.工艺原理
4.1依照斜柱在三维空间变化形态，研究制定借位测量办法，将三维构件精准投影至二维平面，通过竖向投点控制网闭合、测量、排尺、放线，快捷、精确地完毕斜柱构件空间定位； 依照工程实践，针对斜向型钢柱在施工及自重荷载下变形影响和楼面混凝土收缩对斜向型钢柱位置影响，采用了预留变形量办法，保证了型钢混凝土组合柱斜度，位置精确。
4.2设计采用专用夹具进行钢板开斜向孔，使钻头在专用夹具卡位和夹持下精准定位和保持钻进角度，满足了开孔精度规定，解决了斜柱钢骨斜向开孔、水平穿筋难题。
4.3依照构造特点和设计规定，对柱各类箍筋进行统筹安排，将柱半数箍筋套入下段伸出楼面型钢柱，另半数箍筋在每根型钢柱吊装前套入型钢柱，随柱吊装，待型钢柱焊接就位后，再逐个就位箍筋。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
5.1.1总体施工工艺流程：原则柱竖向投点控制网闭合，测量，排尺，放线→柱顶标高测量,定相对标高控制值→拟定柱顶位移值→超偏解决→抄平成果与下节柱预检数据综合解决→钢柱就位，拟定借位值进行粗校→分析测量数据→钢柱重校正→会审安装测量记录，指定施焊顺序，拟定特殊部位解决方案→施焊，测量跟踪观测柱→焊接检查→验收→原则柱竖向投点控制闭合→提供下节钢柱预控数据图→柱模板定位→柱模板安装→验收→浇筑混凝土。
5.1.2钢柱斜向开孔工艺流程：将柱体固定在胎架上→在柱体上画出标高线和定位轴线→标出所有钢筋孔位置→依照不同方向斜孔制作暂时支架→固定磁力钻开孔→清除暂时支架。
胎架示意图
5.1.3半装配式箍筋安装工艺流程为：套装1.5m柱高箍筋→在加工场预先套装一半箍筋在钢骨上→吊装已套箍筋钢骨→钢骨焊接、探伤→连接竖向钢筋→1.5m柱高堆积箍筋上提绑扎→钢骨预装箍筋套装绑扎→剩余少量箍筋套装绑扎。操作要点如下：
5.2操作要点
5.2.1垂直控制网布设：地下室工程结束后，用LEICA-ZL天顶垂准仪将地下室控制点投测至首层楼面，建立矩形控制网，作为主楼施工过程竖直控制和施工放样根据。矩形四边为控1、控2、控3、控4分别与柱列线平行。
5.2.2垂直控制网转换：由于首层转换起始点向上开始逐级内收（外扩），为提高工效和防止误差累积，顾及仪器性能条件和消弱施工环境影响，各层单独控制同步，实行分段控制。普通一层为一种施工段，当本段施工完毕，将此段四个控制点精准投至上一段起始楼层，进行矩形控制网检测及核正，确认控制点精确后，重新埋点。
5.2.3外立面斜率及钢柱测量控制
1、由点控制面,控制好外围每一根柱斜率，则这一列斜柱形成外立面斜率就得到了控制，混凝土柱中暗含钢柱，施工测量中需两次进行斜率及定位控制。
2、钢柱测量控制
1）始斜端测量定位
在楼面混凝土浇筑完毕后，对钢柱始斜端位置、标高进行逐个测量，记录钢柱在Ｘ、Ｙ方向上和设计偏差、和标高偏差，拟定偏移值，为超偏解决提供数据。
2）始端中线定位
在安装完毕始斜端柱头定位其各个面几何中心线，即型钢柱各个平面中心线。拟定相对标高控制线，做好明显标志。
3）安装段中线定位
斜钢柱在工厂加工、检查、检测完毕后，亦定位其各个面几何中心线和相对标高控制线，做好明显标志，作为和现场安装完毕钢柱对接控制线。如图5.2.3(a)：
(a) (b) (c)
图5.2.3 钢柱定位安装图（以工字型钢箍骨为例）
4）现场平面定位
依照设定好相对标高线和楼层混凝土面实际标高，将上段柱相对标高控制线处斜钢柱截面投影到楼层混凝土面上，并找出各个面几何中心点，作为斜柱安装控制点。见图5.2.3(b)
5）现场吊装就位
以上准备工作完毕后，将斜钢柱吊装就位，用相对标高作为其粗略控制线，用连接耳板和螺栓暂时连接、并系好揽风钢丝绳。如图5.2.3(c)：
6）纠正偏移
一方面纠正标高偏差，标高偏差是通过上下段柱坡口焊缝宽度来调节，标高调节到位后用铁削子暂时固定焊缝。然后是X或Y轴位置调节，办法是用经纬仪或线垂将相对标高控制线和各个面几何中心线交点与它们在楼层混凝土面上投影点对齐。X和Y方向纠偏重要是通过千斤顶和揽风钢丝绳进行。
5.2.4柱模板斜率控制
1、为了保证混凝土柱与箱形钢柱斜率一致性，采用同一平面控制网，进行测量控制。
2、运用投影法控制柱模斜率，在楼面柱模定位放线中，弹出倾斜后柱模顶端及中部每个边在楼面上投影线。柱模就位时，用线锤分别测出柱顶及中部投影与否与投影线一致，这样一根柱通过三点(柱顶，柱中，柱根)控制其斜率。
3、每次柱位放线后，用15KG线锤测出每两层柱模投影线差值。通过外控办法检查每次放线精确性，如实测值不不大于±2mm，则必要重新放线。
5.2.5预留变形量
1、受建筑物变形影响，普通网点和钢柱在混凝土浇筑后会向中部收缩，因此在校正柱斜率时，设立一定外伸量（1-3mm），用以抵消这某些收缩值。
2、由于斜向型钢柱是向内或向外倾斜一定角度，纠偏以及焊接完毕后施工过程如柱钢筋绑扎、混凝土浇筑中不可避免地有竖向荷载施加在斜向型钢柱上，有加大其倾斜趋势，而此时钢柱已经没有任何拉接加固办法，通过斜柱起始层斜柱施工、综合楼面始斜端测量成果，并结合型钢柱在此类荷载下变形计算，在后续层斜柱施工过程中对钢柱顶端位置进行了微调，通过后续楼层施工，纠偏效果良好。
5.2.6钢柱斜向开孔（缺开孔时图片）
依照型钢柱截面形式，钢柱倾斜角度，定制专用夹具。
5.2.7半装配式箍筋安装
1、套装1.5m柱高箍筋。在上下层柱主筋进行直螺纹连接之前，先将某些箍筋套入，堆积到1.5m高度，待钢骨柱安装完毕、柱主筋连接好后，把堆积箍筋上提绑扎。这样能解决柱下部箍筋套箍困难问题。
2、钢骨预套箍筋。在加工场地先将钢骨柱水平放置，并用木方垫高，将一半箍筋套装在钢骨上半段，运用钢骨穿筋孔，设立Φ32插销暂时固定箍筋，将箍筋和钢骨同步吊装（见图5.2.7），由于某些箍筋在加工场地套箍容易，吊装后不受钢骨焊接、主筋连接影响，操作简便，质量可靠。 图5.2.7 半装配式箍筋吊装
3、钢骨吊装焊接。钢柱吊装可运用连接板上螺栓孔，为了便于吊装和防止起吊时连接板变形，应采用专用吊具，吊具用高强度螺栓与连接板连接。安装时应采用暂时固定办法，并进行垂直度观测，防止钢骨偏位。
4、柱主筋连接。直螺纹连接过程中随时调节柱筋，防止钢筋安装偏斜或骨架扭曲。
5、1.5m柱高堆积箍筋上提绑扎。将此某些箍筋按规定间距逐根上提到位进行绑扎，注意控制钢筋骨架垂直度。
6、钢骨预装箍筋套装绑扎。将钢骨上预套箍筋按规定间距逐根下套绑扎。
7、补充套装余下箍筋，检查箍筋间距、水平度、保护层，并调较钢筋骨架。
5.2.8柱混凝土浇筑
由于劲性柱中钢骨将柱身提成几种某些，因而在浇筑混凝土时必要分层下料，同步振捣时必要对称振捣，以防钢柱受扭。由于劲性柱身中有隔板，特别是梁柱节点处钢筋很密，因而，规定混凝土坍落度较大。坍落度16～18cm为宜。
6.材料与设备
6.1材料
6.2机具
机具设备表
序号
机械或
设备名称
型号
规格
数量
国别
产地
制造
年份
额定功率(KW)
功能
1
钢板预解决线
XQ6940
1
无锡
720
钢板除锈
2
数控气割机
GSⅡ-8500D
6
德国
15
切割
3
数控直条
气割机
GS/2-4000BA
5
无锡
3
切割
4
鼬鼠式坡口
切割机
GS-150
26
大连
0.3
切割
5
钢板矫平机
W43Q-80×1500
4
湖北
40
矫平
6
1250T油压机
1250t
1
湖州
100
压头
7
1500T油压机
1500T
1
湖州
160
压头
8
自动埋弧焊机
AC1200/DC1000
20
美国林肯
45
焊接
9
筒体自动焊接中心设备
LB-3
16
国产
45
焊接
10
栓钉焊机
RSN
3
上海
100
焊接
11
砂带打磨机
/
10
国产
30
打磨
12
远红外
电加热板
200×400
1200
扬中发电设备厂
4.5
焊前预热
13
端面铣
1
2
无锡洲翔
/
端面加工
14
电加热数字
温控箱
LWK-9B
16
吴江温控设备厂
90
加热温
度控制
15
超声波探伤仪
EPOCH-Ⅲ2300
10
美国
/
无损检测
16
超声波探伤仪
CTS-
8
进口德国
/
无损检测
17
磁粉探伤仪
B301S
6
美国
0.32
无损检测
18
X射线探伤仪
XXG-3005
4
日本
/
无损检测
19
超声波测厚仪
LA-10
4
北京
/
钢板检测
20
数字式测温仪
HY-302
12
进口日本
1999
/
温度测量
21
液压万能
实验机
WE-100
4
天水红山
/
理化实验
22
摆锤式冲击
实验机
JB300B
2
济南
/
理化实验
23
高频红外碳硫分析仪
CS-902G
2
北京万联
/
理化实验
24
直读光谱仪
ARLMA3460
1
进口瑞士
/
理化实验
25
低温槽
CDC
2
大连
/
理化实验
26
冲击试样缺口投影仪
CTS-C
2
大连
/
理化实验
27
布氏硬度计
HB3000
2
山东
/
理化实验
28
多功能里氏
硬度计
HLN-11D
2
山东
/
理化实验
29
电光分析天平
TG328A
2
上海
/
理化实验
30
可见分光
光度计
722N
2
上海
/
理化实验
31
维氏硬度计
EV-3000A
2
上海
/
理化实验
32
金相显微镜
4XC
2
上海
/
理化实验
33
金相试样
抛光机
PG-1
2
上海
/
理化实验
34
箱式电阻炉
4-10
2
南京
/
理化实验
35
恒温干燥箱
101A-1
2
上海
/
理化实验
36
电热蒸馏水器
5L/时
2
上海
/
理化实验
37
高档电子
晒相机
JDY001
2
缙云红日
/
理化实验
38
上光机
12”
2
缙云红日
/
理化实验
39
磁力钻
JC49A
1
扬州金力
/
最大钻孔48mm
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
塔吊
2
混凝土输送泵
7.质量控制
7.1工程质量原则
本工法须执行GB50300-《建筑工程施工质量验收统一原则》，GB50204-《混凝土构造工程施工质量验收规范》，JGJ138-《型钢混凝土组合构造技术规程》及GB50205-《钢构造工程施工质量验收规范》。
7.2质量保证办法
7.2.1从钢柱制作加工、安装办法及质量规定，在每一工序施工前均由技术人员进行详细交底及现场指引。对于复杂节点解决先做样板组织现场操作人员现场学习，同步加强质检力量。将质量检查工作贯穿于施工全过程，并严格执行质量奖罚制度，使施工工序质量达到内控规定。
7.2.2防止斜钢骨、柱主筋偏位。在钢骨安装、柱主筋连接时要对钢骨和连接好柱筋进行暂时固定，防止偏位或扭曲后无法套箍。对个别偏位柱筋要在箍筋绑扎迈进行调较。
8．安全办法
8.1 施工中应严格按国家、地方有关安全操作规定进行操作。贯彻执行“安全第一、防止为主”方针。
8.2 建立健全项目经理等各级人员安全生产责任制，责任明确并贯彻到人。项目经理部建立定期安全检查制度，配备一名专职安全员，负责施工现场寻常安全管理工作和巡回监督检查工作，负责提出安全防止办法强化安全生产管理，加强安全生产意识教诲，切实贯彻安全技术办法。
8.3 施工现场全体人员必要遵守劳动纪律和安全生产制度，上班前禁止喝酒，作业现场不准吸烟且不得动用明火。
8.4 加强机械设备安全管理，防止机械带病运转。各种电动工具要定期检查、维修，防止漏电事故。施工现场施工用电，应按施工用电方案进行统一布置，消除乱拖乱拉现象。现场供电采用“三相五线制”，并装好触电保安器，用电设备应按关于规定实行一机一闸一漏电保护，并有安全可靠接地。
8.5模板支撑排架搭设和拆除施工中，施工和监理单位，应贯彻自检、自查，强化验收、加强监护，过程控制，应严格按专项方案施工，保证安全生产。
9.环保办法
9.1成立相应施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发关于环保法律、法规和规章。
9.2将施工场地和作业限制在工程建设容许范畴内，合理布置、规范畴挡，做到标牌清晰、齐全，各种标记醒目，施工场地整洁文明。
10．效益分析
11. 应用实例
11.1深圳江胜大厦
深圳江胜大厦工程地下3层，地上某些建筑面积105213平方米，由A、B二栋塔楼构成。A栋写字楼39层，建筑高度178.55m，框架-筒体构造；B栋酒店30层，建筑高度116.15m，框架-剪力墙构造。工程被建设部立项为全国第六批新技术应用示范工程，质量目的为“鲁班奖”。
江胜大厦主体构造平面图
A栋一层为大堂和商业展示厅，七层、十七层、三十层为避难层兼设备层，别的层为办公，首层层高为10.0m、二层为6.0m、原则层为4.2m、避难层为6.0m，构造形式为框架-核心筒构造，周边框架柱地下二层～十一层为型钢混凝土柱，由于外墙立面变化，周边型钢混凝土柱从四层楼面标高开始逐级向外倾斜，到七层楼面标高恢复直立状态，斜柱顶端最大位移1605㎜，向外倾斜7度。平面变化如下图：
三层柱定位图 七层柱定位图
斜向钢柱施工现场图 斜向型钢混凝土柱外观图
11.2 深圳国际商会中心
深圳国际商会中心工程地下3层，地上55层，建筑面积134081平方米，高度214.5米。构造型式上，主楼为内筒外框型钢混凝土组合构造，内筒及外柱内共有62根H型、十字型钢柱，从地下1层始终到主体19层。在D轴和K轴从1层至6层设斜柱分别延伸到E轴和J轴。
原则层型钢混凝土组合构造平面布置图 斜柱外观
11.3深圳世贸中心大厦（招商银行总部大楼）
深圳世贸中心大厦（现“招商银行大厦”）是一幢超高层商业金融建筑，该工程建筑面积119000平方米，地下室3层，地上53层，裙楼5层，建筑高度237.2米。大厦立面设计独特，由塔楼六层正四边形平面四边四角逐渐向内收缩至49层为正八边形平面，立面四边倾斜角度1.498°，呈梯形，四角倾斜角度4.666°，呈倒三角形，从51层向上至屋面又从正八边形恢复成与六层平面相似正四边形平面。塔楼某些1至7层由20根外围柱构成一种边长为44. 5m正四边形平面，外形立面规则，从8层向上，外围16根边柱以104.6mm/4m斜率沿X方向或Y方向向内倾斜。4根角柱则以173.2mm/4m斜率向中心倾斜。由一种正方形柱(1500*1500)演变成一种复合巨形柱，在15层开始分叉成两个异形角柱，倾斜并向上延伸至49层。最后形成8个倾斜平面构成世贸中心大厦重要外形。
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