大截面劲性混凝土柱施工技术.pdf

9 2 2 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 5卷第 l 0期 2 0 1 4年 1 0月 Vo 1 4 5 N o 1 0 Oc t 2 01 4 大截面劲性混凝土柱施工技术 刘汉朝，吴福毅，张 强，陈晓露 ( 北京城建集团有限责任公司， 1 0 0 0 8 8 ， 北京 ) 摘 要 ： 厦门高崎国际机场T 4 航站楼有7 9 根钢管劲性混凝土柱 ， 根据工程特 点， 从劲性 柱的钢筋工程 、 模板 工程 、 混凝土工程和柱 内钢柱脚安装等方面制订施工方案 ， 通过结合现场试验和 电子计算机精确放样 ， 保证了大 直径柱筋顺利安装 。 通过方案对 比对大截面劲性柱钢模板的优化设计 ， 保证了本工程大截面劲性柱顺利施工， 施 工质量好 ， 并保证了施工工期。 关键词 ： 大截面 ； 劲性混凝土柱 ； 钢管柱脚 ； 深化设计 中图分类号 ： T U3 9 8 9 0 4 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 9 2 2 0 4 CoNS T RUCT I oN T ECHNI QU E F OR LARGE S EC TI oN S T EE L REI NFoRCED CoNCRETE CoLUM N L I U H a n - e h a o ，WU F u - y i ，Z HA NG Qi a n g ，CHEN Xi a o l u ( B e ij i n g U r b a n C o n s t r u c t i o n Gr o u p C o ， L t d ，1 0 0 0 8 8 ，B e i j i n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T 4 Te r mi n a l Bu i l d i n g o f Xi a me n Ga o q i I n t e r n a t i o n a l Ai r p o a i s s u p p o se d b y 7 9 p i e c e s o f s t e e l t u b e r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s Co n s i d e r i n g t h e e n g i n e e r i n g c h a r a c t e ris t i c s ，c o n s t r u c t i o n s c h e me s a r e p r e p a r e d o n t h e a s p e c t s o f r e i n f o r c e me n t c o n s t r u c t i o n o f s t e e l r e i n f o r c e d c o l u mn ， f o r mwo r k c o n s t ruc t i o n ， c o n c r e t e c o n s t ruc t i o n ，i n s t a l l a t i o n o f ba s e i n c o l u mn ，e t c ，a n d f i l e d t e s t s a n d c o mp u t e r - a i d e d a c c u r a t e s i mu l a t i o n a r e c a r r i e d o u t t o g u a r a n t e e s uc c e s s f u l i n s t a l l a t i o n o f l a r g e - d i a me t e r c o l u mn r e i n f o r c e me n t Di f f e r e n t s c h e me s a r e c o mp a r e d wi t h e a c h o t h e r t o o p t i mi z e t h e d e s i g n o f s t e e l f o r mwo r k f o r l a r g e s e c t i o n s t e e l r e i n f o r c e d c o l u mn ， p r o v i d i n g g u a r a n t e e f o r s u c c e s s f u l c o n s t ruc t i o n ，r e l i a b l e c o n s t r u c t i o n q u ali t y a n d c o n s t r u c t i o n s c h e d u l e o f l a r g e - s e c t i o n s t e e l r e i n f o r c e d s t e e l c o l u mn Ke y wo r d s： l a r g e s e c t i o n；s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn ；s t e e l t u b e c o l u mn b a s e ；i n - d e p t h d e s i g n 1 工程概 况 厦 门高崎 国际机场T 4 航站楼为 国内第一个T 4 航 收稿 日期： 2 0 1 4 0 6 1 5 作者简介 ： 刘汉 朝 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 甘肃靖远 人 ， 高级 工程师 ， 项 目副总工 程师 ， e m a i h 4 5 7 1 8 1 8 2 q q c o i n 站楼( 图1 ) ， 为福建省重点工程 ， 设计年旅客吞吐量为 2 0 0 0 万人次 。 航站楼外观设计极具闽 南风格 ， 建筑造型 寓意为大鹏展翅。本工程钢柱为锥管柱 ， 共7 9 根 ， 其中 外围柱5 2 根 ， 室内柱2 7 根。外围柱均向室外倾斜 ， 倾斜 角度从2 5 。 2 7 5 。 不等 。 由于航站楼屋面设计为马鞍形 Ij 2 0 ， 中国的水力发电潜力比其他 国家都要大。中国 的光伏市场也在扩大 ， 2 0 0 6 年已达6 5 MW， 其中约有一 半为偏远地区的家庭提供 电力； IJ 2 0 2 0 年 ， 光伏装置有 望生产约1 8 亿W的电力。 在未来的1 5 年 ， 约有4 4 L中国人需要新居 ： 也有许 多新城镇正在规划 ， 2 0 1 0 -2 0 2 5 年 ， 中国每年将需继续 建造1 0 多座新市镇。 把握这一历史性机遇是很重要的， 以尽可能地实现最佳的城市模式( 图2 ) 。这些新市镇 ( 目前正在开发或建设 ) 提供了独特 的机会 ， 来实践试 验性“ 总体城市设计概念” ， 即城市建造要达到最佳的 密度 ， 并且有理想的通风和采光条件 ； 设计是基于结合 高效的公共交通 ( 包括轻轨系统 ) 总体规划 ： 每座城市 建筑充分暴露于阳光之 中， 以利用可再生能源发 电， 配 合西立面 良好的遮阳装置。 若足够用心 ， 中国所有的新 城镇都能够实现上述 目标。 图2 为中国快速城镇化所做的规划 参 考 文献 川 l S t e ff e n L e h m a n n 绿 色城 市法则 ： 向可持续发 展城市转变 M 北 京 电子工业出版社 2 0 1 4 2 刘 抚英 ， 厉天数 ， 赵 军 绿 色建 筑设 计的原 则与 目标 f J 建筑技 术 2 0 1 3 ， 4 4 ( 3 ) ： 2 1 2 2 1 5 囊囊 矗 ? L 刘汉朝， 等： 大截面劲性混凝土柱施工技术 9 2 3 图 1 厦门高崎 国际机场T 4 航站楼 双曲面 ， 致使所有钢柱柱顶标高具有唯一性 ， 因而所有 劲性柱钢柱脚也具有唯一性。 本工程地上2 层 ，首层结构形式为钢筋混凝土结 构 ， 2 层为钢结构 ， 屋盖支撑在7 9 根锥管钢柱上， 钢柱生 根于首层大截面劲性混凝土柱上。首层大截面劲性柱 截面形 式有2 3 0 0 mm 2 3 0 0 mm、 2 2 0 0 m m 2 2 0 0 mm和 0 2 2 0 0 - 种 。所 有劲性 柱 中钢 柱脚均 为梭形 2 3 0 0 mm 2 3 0 0 r i m 柱 中钢 柱 脚 截面 最 大 处 直径 为 1 8 0 0 mm。 生根于3 5 0 0 m标高处 ； 其他劲性柱中梭形钢柱脚截面 最大处直径为1 7 0 0 mm， 生根于3 2 5 0 m 标高处。 劲性柱 主筋直径大 、 数量多， 柱筋直径为4 0 。 2 3 0 0 m m 2 3 0 0 mm的劲性柱中主筋达9 2 根 ， 混凝土强度等级为C 4 0 。 2 钢 筋工程 本工程劲性柱框架节点复杂，节点处框架梁为双 向有粘结预应力梁 。 框架梁截面大 ： 南北向梁截面尺寸 为1 2 0 0 mm l 3 5 0m m ( 劲性柱两侧加腋为l 2 0 0 23 0 0 mm l 3 5 0m m) 、东西 向梁截 面尺 寸 为9 0 0m m 1 1 0 0 mi l l 。梁普 通钢 筋 为 3 6 ， 南北 向梁 上 、 下部 钢 筋 为 1 l 3 6 f H 1 3 6 ， 腰筋为l 2 1 8 ； 东西向梁上、 下部钢筋 为7 3 6 11 1 1 3 6 ， 腰筋为1 0 1 6 。 预应力筋为 l 5 2 ， 南 北向梁预应力筋为三束 ， 每束为l 5 1 5 2 ， 东西向梁预 应力筋为两束 ， 每束为1 5 1 5 2 。 为了实现节点处框架梁普通钢筋和预应力钢筋顺 利穿过钢管钢柱脚 ， 在劲性柱筋插筋前需对梁筋 、 柱筋 位置进行深化设计 ，根据柱筋位置深化图进行柱筋插 筋施 工 。钢 筋位 置深 化 设计 原 则为 ：优 先布 置 粱筋 位 置 ， 根据梁筋位置确定柱筋位置 ； 柱筋按最小 间距单排 布置不下时， 考虑布置双排柱筋 ， 第二排筋尽量布置在 柱 角 。 根据上述原则通过方案对比研究 ，本工程框架梁 普通钢筋采用穿过钢柱脚上预加工的穿筋孔 的设置方 式 ， 穿筋孔间最小净间距不小于6 0m m， 用于梁宽范围 的柱筋通过， 梁宽范围外柱筋等间距布置 ， 柱筋间最小 间距 不小 于4 0 m m 插筋时根据深化设计结果将柱筋位置放样到已安 装完成 的承台钢筋上表面 ， 对柱筋进行第一次定位。 由 于首层层高较高 ( 承台顶距顶板顶9 5 m) 、 4 0 钢筋重 量 大 、钢 柱脚 生根 于柱 中以及柱 混凝 土 须设 置施 工 缝 等原因 ， 施工前经过现场试验最后确定 ， 柱筋安装分三 次完成 ： 第一次为承台混凝土浇筑前插筋 ， 钢筋接头位 置错开5 0 ， 错开距离 l 5 0 0m m， 短筋高出承台顶 1 5 0 0 mm； 第二次为钢柱脚安装 前柱筋接高 ， 钢筋接头利 用 直螺纹套筒连接( 正丝) ； 第三次为钢柱脚安装后 。 封头 钢筋安装 ， 封 头钢筋利用正反丝接头连接( 图2 ) 。由于 钢筋直径粗 、 重量大 ， 柱筋安装时搭设专用操作平 台 ， 多人传接钢筋至作业面。 图2柱筋插筋完成 封头钢筋安装前 ， 需对甩出的钢筋接头逐一测量 、 编号 ， 根据测量结果进行封头钢筋加工 ， 封头钢筋高度 根据框架梁普通钢筋穿筋孔位置确定 。为保证柱筋位 置准确 ，封头钢筋安装前在钢管柱脚上的普通钢筋孔 中穿人 0 短钢筋( 长度大于柱截面尺寸) 模拟框架梁 普通钢筋 ，在预应力孔中穿人同直径波纹管模拟框架 梁预应力钢筋位置 ，封头钢筋安装时根据模拟钢筋二 次校正柱筋位置。封头钢筋弯钩朝向按如下原则布置 ： ( 1 )柱侧为梁或4 0 0 mm 厚挑板时 ，弯钩朝向梁内或板 内； ( 2 ) 柱侧为1 5 0 m m厚顶板或洞口时， 弯钩朝向柱内。 3 钢管柱柱脚 安装 首层劲性柱施工时 ，整个航站楼分3 个区组织施 工， 各区区内流水。劲性柱施工前根据划分的流水段 ， 通过召开进度计划讨论会排出科学 的、可实施的总进 度计划。由于劲性柱施工工序复杂 、钢柱脚加工周期 长 ， 且本工程钢柱脚具有唯一性 、 无通用性 ， 为保证施 工顺利进行 ， 现场施工与工厂加工信息及时沟通 ， 严格 按施 工进度计划 组织钢柱脚厂 内加 工和现场 安装施 工 ， 做到钢柱脚加工满足现场施工安装进度需要 ， 并做 到现 场安装 、 不等待和 不积压 ， 实现 了现 场场地 、 人 9 2 4 建筑技术 第 4 5卷第 1 0期 力 、 机械等资源的最优配置。 钢柱脚施工流程如下 ：第一节柱筋安装一模板支 设一 钢柱脚预埋件 埋设一 柱混凝 土浇筑一 混凝土 养 护一钢柱脚 吊装。 为保证钢柱脚预埋件位置准确 ，预埋件安装施工 在第一节柱柱筋安装及模板安装完成 并报验后进行 。 预埋件平面位置和标高控制利用预埋件加 工时预加工 在预埋件表面 的控制点坐标和标高进行 ，每个预埋件 表面设有3 个控制点 ， 安装时在柱周围不同方向架设全 站仪 ，通过校核控制点的理论坐标和标高完成预埋件 定位。 第一节柱混凝土浇筑拆模后为了给钢柱脚尽早安 装创造条件 ， 实现柱身混凝土强度快速增长 ， 采用柱身 包裹塑料薄膜和无纺布并不定It t 水 ( 根据混凝土表 面 是否湿润决定补水时间) 的养护方法。 并在混凝土拆 模后及时对施工缝混凝土表面进行凿毛处理 ，并在柱 顶覆盖塑料薄膜和无纺布进行养护 。当同条件试件强 度达强度设计值的7 0 后进行钢柱脚吊装 。 钢柱脚吊装采用1 5 0t 履带式起重机进行 ，钢柱脚 吊装前合理安排施工工序 ，保证钢柱脚吊装与其他工 序施工协调进行 ，各柱脚吊装前规划履带式起重机行 走 路线 ， 并 保持 畅 通 。 柱 脚安 装 时柱 脚平面 位 置 和标 高 利 用 设 置 在柱 脚 顶 的 控 制点 坐 标 和 标 高 进 行控 制 控 制方法同预埋件安装。安装定位后及时固定钢柱脚根 部的调节螺栓螺母并用缆风绳 固定柱脚。 柱脚安装 固定后 ，清理施工缝处混凝土表面垃圾 并完成柱脚下灌浆料施工( 图3 ) ， 本工程采用高强无收 缩灌浆料( XH D H 6 0 ) ， 灌浆后采用与柱身混凝土相 同 的养护方法进行养护 。 图3 钢柱脚安装 完成 4模板 工程 本工程劲性 拄截面尺寸之大在 工程中极其少见 ， 且 由于柱中设计有梭形钢柱脚( 钢柱脚外侧有发散布 置的截面为2 2 0 mm x 1 3 0m mx 1 4 m m的剪力板 ) ， 致使普 通竖向结构模板体 系中常用的对拉螺栓无法使用。通 过对劲性柱的设计情况详细分析 ，本工程劲性柱模板 选用无对拉螺栓大钢模板。通过理论计算及A N S YS 仿 真模拟混凝土浇筑过程 ， 最终设计的钢模板体 系为： 面 板为6 m m厚钢板 ， 8 号槽钢竖楞间距2 5 0m m， 双 1 6 号槽 钢横肋间距6 5 0 m m，尺寸为1 0 0 m mx 1 0 0 m mx l 0 mm的 角钢斜拉座 ， M2 4 斜拉 螺栓 ，尺寸为8 0 m mx 8 0 mmx 8 m m的连接角钢 1 2 m i n 厚封边钢板 。非伸缩缝处劲性 柱模板双1 6 号槽钢横肋布置在8 号槽钢竖楞 外侧 8 号 槽钢通长设置。由于伸缩缝处2 3 0 0 min x 2 3 0 0 m m的劲 性混凝土柱与其相邻的普通钢筋混凝土柱 间距仅2 0 0 m m宽 ， 两柱相邻面模板需加工专 用缝隙模板 ， 缝隙模 板1 6 号槽钢横肋通长布置 ， 8 号槽钢竖楞分段布置在横 肋之间， 竖肋与横肋接触面焊缝满焊。 劲性柱非伸缩缝处模板横肋 、 竖肋均通长布置( 图 4 ) ， 结构伸缩缝处劲性柱模板横肋通长布置， 竖肋分段 布置( 图5 ) 。 2420 盏 J 6厚面板 r =r i l 1 2 厚 封 边 钢 板 严 丛 垫 栓 I 23 0 0 1 0号角钢斜拉座 l l ( b ) 图4非伸缩缝 处模板构造示意 ( a ) 剖面 ； ( b ) 立面 板 由于劲性柱混凝土分两次浇筑 ，同一柱模板需支 设两次 ： 第一次模板支设时以承台顶为模板支撑面 ； 第 二次模板支设时利用扣件式钢管紧贴柱表面搭设模板 支撑架 ，支撑架上口用可调顶托支撑截面 为1 0 0 m mx 1 0 0 mm方木作支撑面 ， 方 木上口利用水准仪找平 ， 方 2 0 1 4年 1 0月 刘汉朝， 等： 大截面劲性混凝土柱施工技术 9 2 5 6厚面板 8号槽钢 l 6号槽 钢 1 2厚封边钢板 I l I1 I lII I卜 l I l I l fI 3 6 0 2 5 0 2 5 0 2 5 03 6 0 2 5 0 2 5 0 5 d 2 5 0 ( b) 图5 伸缩缝处模板构造示意 ( a ) 剖面 ； ( b ) 立面 木 上 口在 施 工缝 以 下 1 0 0 mm。 5混 凝 土 工 程 5 1 原 材料选 择 ( 1 )水泥 。本 工程 大 截面 劲 性 柱 混 凝 土选 用 P O 4 2 5 R水泥 ， 该水 泥 质量 稳定 ， 符合 国家标 准 要 求 ， 经验证与外加剂有 良好的相容性 。 ( 2 )掺合料 。 为改善混凝土的和易性 、 可泵性并提 高混凝土的密实度和抗腐蚀性 ，本工程选用 级粉煤 灰 ， 其 各项指标 符合 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 ( GB F F 1 5 9 6 - 2 0 0 5 ) 的要 求 。 ( 3 )外加剂。外加剂是配制预拌混凝土的关键性 材料 ，根据设计要求本工程劲性柱混凝土使用了L Q 一 1 0 0 N U E A 两种外加剂。 外加剂与选用的水泥有良好的 相容性 。 ( 4 )骨料。 考虑到本工程劲性柱配筋率较大 、 钢筋 间距较小 ， 混凝土选用了连续级配 ( 粒径5 2 5 mm) 的 碎石。 砂的细度模数为2 6 2 9 ， 且砂与碎石均符合现行 规范要求。 5 2配合 比 的调整 与选 定 经过多次试配和优选，通过检测混凝土拌合物的 坍落度 、 抗压强度等各种性能 ， 在保证混凝土施工质量 和条件 的情况下，C 4 0 f 凝土最 后选定配 合比如 下： 水泥： 掺 合料： 砂： 碎石： L Q I O 0 ： U E A： 水为 1 ： 0 1 4 7 ： 1 8 4 8 ： 2 6 2： 0 01 2： 0 0 9 2： 0 45 8。 坍落度要求为1 4 0 1 8 0 m m，初凝时间约8 h 。 5 3现场 施工 劲性柱混凝土浇筑分段流水施工 。每次浇筑时流 水段内各柱循环分层下灰 ， 控制浇筑速度 ， 分层厚度控 制在5 0 e m以内， 且浇筑速度控制在 1 n ， 利用标尺杆 控制。混凝土浇筑利用汽车泵输送。 劲性 柱 第二 节柱 混凝 土浇 筑时 ，由于柱 内有钢 柱 脚 且钢 筋 密 集 混 凝 土浇 筑 时利 用0 3 0 高 频 插入 式振 动器 ， 振捣时间不超过2 0 s ， 待表面泛浆 自平 、 气泡溢出 即可 ， 严禁过振。当上层混凝土振捣时 ， 振动器插入下 层 混凝 土 1 0 0 2 0 0 m m( 图6 ) 。 图6劲性柱 施工 完成 6 结束语 本工程7 9 根劲性柱施工完成后 ，经检查柱的垂直 度 、 平整度 、 截面尺寸和观感质量均满足设计及规范要 求( 图6 ) 。 通过结合现场试验和电子计算机精确放样 ，保证 了大直径柱筋顺利安装 。通过方案对比及对大截面劲 性柱钢模板 的优化设计 ，保证了本工程大截面劲性柱 的顺利施工 ， 施工质量好 ， 并保证了施工工期 ， 为今后 大截面劲性柱施工积累了经验。 参考 文 献 1 J G J 1 3 8 -2 0 0 1 ， 型钢混凝土组合结构技术规程 I S 2 齐明 ， 杨海光 张显 来 地 下室钢 一 混凝土组 合结构施工 J 建 筑技 术 2 0 0 5 ， 3 6 ( 8 ) ： 2 7 2 9 3 胡轶敏 ， 尉彤华 ， 徐 少华， 等型钢混凝土梁柱刚性节点构造 J 浙 江 建 筑 2 o 0 7 2 4 ( 7 ) ： 2 7 3 0