型钢混凝土组合结构空间分叉柱（撑）施工技术.pdf

第 4 4卷第 1 期 2 0 1 3年 1 月 V0 1 4 4 No 1 J a n2 0 1 3 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 41 型钢混凝土组合结构空间分叉柱( 撑 ) 施工技术 原 波 ，洪 彪 ，胡 旭 ，马 超 ( 北京建工集 团有限责任公司总承包部 ， 1 0 0 0 5 5， 北京 ) 摘要： 于家堡金融区起步区项 目0 3 1 5 地块工程附楼存在大量型钢混凝土组合结构空间分叉柱 ( 撑 ) 形式。 施工 中， 对该结构进行 了合理分段 ， 采用计算机辅助设计软件进行了深化设计 ， 以及在 测量 、 钢筋 、 模板 、 混凝土 等关键工序运用了科学的施工技术 ， 保证了施 工质量与安全 ， 达 到了设计预期 目的。 关键词： 型钢混凝土组合结构； 空间分叉柱( 撑) ； 空间段 戈 0 分； 深化设计； 节点 中图分类号 ： T U3 9 8 9 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 4 1 - 0 4 C o N S T R U C T I o N T E C HN I QU E F oR S P A T I A L B I F U R C AT E C O L U MN ( B R A C E )OF P R oF I L E S TEEL REI NFoRCED CoNCRETE COM PoSI TE S TRUCTURE YUAN Bo， HONG Bi a o， HU Xu， MA Ch a o ( G e n e r a l C o n t r a c t D e p a r t m e n t o f B e i j i n g C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p ，1 0 0 0 5 5 ，B e i j i n g ，C h i n a ) A b s t r a c t ：I n p r o j e c t o f p l o t s 0 3 1 5 i n t h e s t a r t i n g a r e a o f Y u j i a p u F i n a n c i a l D i s t r i c t ，m a n y s p a t i a l b i f u r c a t e d c o l u m n s ( s u p p o rt s )a r e u s e d i n t h e p r o fi l e 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 m p o s i t e s t r u c t u r e o f a f fi l i a t e d b u i l d i n g Du r i n g c o n s t ru c t i o n ， t h e s t ru c t u r e i s r e a s o n a b l y d i v i d e d i n t o s e v e r a l s e g me n t s a n d c o mp u t e r - a i d e d d e s i g n s o f t wa r e i s u s e d f o r i n - d e p t h d e s i g n a n d s c i e n t i f i c c o n s t ruc t i o n t e c h n i q u e s are u s e d a t k e y c o n s t r u c t i o n p o i n t s ，s u c h a s me a s u r e me n t ，s t e e l b ar,f o r mwo r k a n d c o n c r e t e ，t o s u c c e s s f u l l y g u a r a n t e e t h e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y a n d s a f e t y a n dl l t 0 r e a l i z e t h e e x p e c t e d d e s i g n e f f e c t s Ke y w o r d s ：p r o f i l e s t e e l r e i nf o r c e d c o n c r e t e c o m p o s i t e s t ruc t u r e ；s p a t i a l b i f u r c a t e d c o l u m n ( b r a c e ) ； s p a t i a l s e g me n t ；d i v i s i o n ；i n - d e p t h d e s i g n ；n o d e 型钢混凝土组合结构 ( 又称劲性混凝土结构 ) 以其 优良的性能已被广泛应用于工程中， 随着人们对空间美 感的追求不断提高， 应运而生的型钢混凝土组合结构空 间分叉柱 ( 撑或斜柱) 结构形式势必也会成为该领域一 个不可或缺的部分。在于家堡金融区起步区项 目0 3 1 5 地块工程附楼施工过程中对型钢混凝土组合结构进行 了深入探索和总结， 在深化设计 、 工艺方法、 质量与安全 等方面运用了科学有效的施工技术。 该工程的成功实践 对今后类似工程施工具有良好的借鉴意义。 1工程概 况 于家堡金融区起步0 3 - 1 5 地块 工程位于天津市 滨海新区 ， 其附楼地上共7 层 ， 有型钢混凝土组合结构 空间分叉柱 ( 撑 ) 9 处 ， 其中空间三分叉点2 处 ， 空间四分 叉点1 处 ， 空间三分叉交汇点 ( 空间倒分叉) 6 处 ， 枝杈空 间最大夹角4 6 o 。 从分叉点到交汇点最大距离2 2 6 m， 根 部分叉段最大构件截面轮廓尺寸3 1 1 mx 3 1 1 m，中间 段截面最大尺寸1 1 0 m x 1 1 0 m。此类空间多分叉结构 相对于传统 的斜柱与立柱仅在单一平面内交汇结构形 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 0 1 作 者简介 ： 原波 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 山东招 远人 ， 高级 工程师， 常务 副经理 ， e ma i h y ua n b o 0 9 0 s i n a c o m 式 ， 无论在深化设计上还是施工方法上都有很大差异 ， 其应用尚属国内首次 ( 图1 ) 。 。 2 型钢构 件空间段划分 2 1划 分原则 因为型钢混凝土组合结构分叉柱 ( 撑) 在竖 向、 斜 i ( b ) ( c ) 图1 型钢混凝土多分叉结构 ( a ) 整体外观 ； ( b ) 分 叉部位 ； ( c ) 倒分叉部位 4 2 建筑技术 第 4 4卷第 1期 向 、 水平向均存在枝权 ， 且各枝杈角度 、 截面尺寸也不 尽相同， 具有非对称性 ， 所以在型钢构件( 又称钢骨 ) 的 初步深化设计阶段应首先考虑保留原设计 的三维整体 特性 。以利于后续深化设计阶段乃至整个施工阶段的 测量作业 、 钢筋工程 、 模板工程可采取相应技术措施 ， 采用 “ 三维整体切割三段划分原则” 可有效解决上述 问题 。 “ 三维整体切割三段划分原则”基本原理是将整 个空间构件整体通盘考虑 从尊重原结构设计空间要 求角度出发进行深化设计。 首先 ， 以各分叉点为核心确 定该点所连接的构件数量 、 倾角 、 截面尺寸 、 空间距离 等参数 ， 并进行建模准备 ； 然后 ， 根据绘制 出的三维模 型初步将构件划分为三段 ： 根部分又段 、 中间段 、 顶部 交汇段， 其中根部分叉段、 顶部交汇段仍保持原有三维 整体特性 ， 要求同一枝权两端的空间位置 、 倾角保持对 应 枝杈的长短则依据施工采用的吊装机械 、 临时支撑 稳固措施和最终枝权连接方法等相关因素综合确定 ； 中间段可依具体情况按普通构件划分为多段。此空间 段划分原则可充分发挥型钢构件工厂预制精度高 、 质 量保证率高的特点，避免现场进行空间拼接而影响质 量和工期。 2 2 划分技术要点 ( 1 )型钢构件根部分叉段、顶部交汇段存在的各 枝权应满足原设计所需空间布局和倾角 ，且应将整段 全部连接件在工厂焊接或锻造预制完成 ，质量验收合 格后方可出厂。 ( 2 )空间段划分应满足从工厂到现场的运输工具 要求 ， 枝权不能过散 、 过长、 过高( 超过运输道路的通过 限制) 。 ( 3 )空间段划分应满足现场平面布置 、吊装机械 要求 ， 应使吊装机械够得着 、 吊得起 。 一( 4 )空间段划分应避免构件整体偏心严重而使安 装 、 就位困难 ； 应满足现场使用缆风绳 、 支撑脚手架等 临时固定措施的要求。 ( 5 )型钢构件根部分叉段和顶部交汇段 的各枝权 不能过短 ，造成各枝权空间狭小而无法满足临时固定 连接夹板的螺栓紧固或各段连接施焊作业，以及后续 模板支设作业所需空间要求；枝权也不宜过长而造成 后续钢筋、 模板 、 混凝土工程施工困难 ： 应采用枝权长 短交错 、 基本对称 的分段方式。 3 型钢构件深化设计 3 1 深 化设 计方 法 型钢混凝土组合结构空间分叉柱 ( 撑) 的特点是存 在多个方向构件汇集 ， 整段构件数量 多、 重量大 、 节点 部位复杂 ， 且需综合考虑构件安装以及钢筋 、 模板 、 混 凝 土等 相 关 因 素 ， 由此 深 化 设 计 主 要 采 用 T e k l a S t r u c t u r e s 和C AD 计算机辅助设计软件进行 ，以方便计 算出各分段构件尺寸、 重量和空间位置关系 结合工程 实际情况便于调整修改以切合施工需要。 3 2 深化 设计 技术要 点 ( 1 )充分考虑型钢构件根部分叉段 、 中间段 ( 图2 ) 、 顶部交汇段( 图3 ) 的相互拼接方式以及临时固定措施 ， 如设置焊接衬板 、 临时固定连接夹板等。 图 根 部 圣 、 ，间 段 节 点 闰 3顶 部 交 汇 段 工 程 实 例 深 化 设 计 示 意 ( 2 )空间段重量较大 ， 存在偏心、 ， 多段连接时通常 需合理设置吊耳、 吊装孔的位置； 斜向吊装连接可先计 算好吊点位置 ，采用经计算的不同长度的吊索进行吊 装固定 ， 以保证安装倾角。 ( 3 )一般情况下型钢构件连接采用焊接形式或高 强螺栓连接 ， 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 )型钢构件各段 、各节点部位深化设计时应充 分考虑与钢筋、 模板 、 混凝土等后续 【程施工方法相适 应。如采用焊筋板 、 连接器 、 穿筋孔的形式与钢筋工程 适应 ； 采取预设螺栓孔以利于模板加 固螺栓通过 ； 型钢 构件截面大小 、截面形式选择应充分考虑混凝土骨料 粒径等。 4 钢筋 工程深化设计 4 1 深 化设计 方 法 原设计结构图中钢结构部分与钢筋工程通常分开 进行， 原结构设计很难充分考虑两者交叉矛盾之处， 施 工单位则应采用T e k l a S t r u c t u r e s 和C A D等计 算机辅助 设计软件将型钢构件、 主筋绘制在同一张图纸中， 集中 2 0 1 3 年 1 月 原波 ， 等 ： 型钢混凝 土组合结构空间分又柱 ( 撑) 施 工技术 4 3 亨 间 交 叉 位 置 关 系 ， 根 据 具 体 情 况 制 订 有 5 现 场 施 工 技 术 措 施 及 操 作 要 点 效 的 技 术 措 施 。 钢筋工程对应的深化设计主要任务是明确钢筋与 型钢构件之间关系 ，在满足原设计配筋要求情况下可 适当选择 、 调整主筋走 向和位置 ， 箍筋截面大小 、 数量 和箍筋形式等；相应深化设计型钢构件上的构造措施 以满足钢筋穿过或与之连接( 图4 ) 。 各型钢枝杈交汇部 位的钢筋生根 、 通过 、 收头为此类工程 的关键点所在 ， 设置方法可总结为穿 、 绕 、 焊 、 连四种方式完成 ， 箍筋则 须通 过细部深化 ， 必要情况需计算更改 、 代换完成 ， 遇 到特殊部位的变换处理应征得设计方确认。 过 图4 根 部分叉段钢 筋设计 ( a ) I程示意 ； ( b ) 实景 ( b) 4 2 深化设计技术要点 ( 1 )当梁 、 斜柱 ( 撑 ) 主筋遇到型钢构件时或各枝 权主筋位置发生冲突时， 优先考虑调整主筋位置 ， 积极 与原结构设计沟通 ， 考虑适当调整钢筋排布 ； 在满足设 计要求情况下重新排布 的钢筋应满足生根 、收头所需 的锚固长度 ， 锚 固起始位置应由原结构设计人确定 。 ( 2 )当主筋遇到型钢构件腹板时 ，则在满足腹板 开孔率条件下优先采用开孔措施穿过 须满足型钢构 件开孔率要求 。 ( 3 )当主筋垂直方 向遇到型钢构件翼缘板或 自翼 缘板生根 、 收头时 ， 因翼缘板禁止开孔而需采用材质与 型钢构件相匹配的套筒焊接于附加连接板 ，其连接强 度需保证 ； 或可采用其他形式钢筋连接器。 ( 4 )当主筋水平方向遇到型钢构件翼缘板或 自翼 缘板生根 、 收头时 ， 可直接焊接于翼缘板上 ； 多排钢 筋 或单排钢筋单片焊接板面积不够时可增设焊接板。 ( 5 )箍筋设计可采取增大箍筋直径而减少箍筋数 量 。用U形箍筋对抱焊接形成矩形封 闭箍筋代替原整 体箍筋 ； 采用拉钩形式箍筋或进行计算代换。 5 1测量 工 程 ( 1 )测量方法。型钢混凝土组合结构空间分叉柱 ( 撑 ) 的测量主要采用水平投影法 ， 以型钢构件进场复 测空间位置 、 尺寸合格为前提 ， 必要时可根据构件误差 情况进行计算机软件二次放样 ，以确保获取测量内业 计算资料的准确。内业计算主要工作是将空间三维构 件边缘控 制线或中心线进行： 平投影转换为平面二维 控制线 ；现场测量作业则主要在楼面上放出构件水平 投影线 ， 采用吊线法或经纬仪施测， 使安装过程中各枝 权构件中心控制线与水平投影线重叠 。该法的恰当应 用可使现场空间测量相对便捷 、 简单( 图5 ) 。 构 图5 根部分叉段测量示意 ( 2 )测量流程 。 C A D 放样一确定根部分叉段竖直 、 分叉构件 的水平投影点及高程一 采用倾角计算法进行 核算 利用已建立控制网现场放线 ，放出各构件水平 投影控制点 、控制线 吊装根部分叉段 对竖直段投 影点进行对正，垂直度调整一 对竖直段设计标高控制 线采用经纬仪进行校核一对各分叉段水平投影采用线 坠或经纬仪进行校核一根部分叉段稳固一复测及数据 整理一构件偏差修正。 ( 3 )操作要点 。根部分叉段可采用水平尺对竖向 型钢柱垂直度进行测量调整 ，然后用两台经纬仪从构 件的两个侧面同时观测 ，依靠千斤顶及缆风绳进行调 整和稳固。中间段可充分利用各分叉问的水平联系梁 来控制安装倾角 ， 以减小测量工作量和安装误差。 顶部 交汇段则考虑利用坡 口调节量或高强螺栓孔预留量来 消化前期安装偏差 ， 以满足施工质量要求。 安装过程 中 各段标高偏差可通过相邻段型钢构件焊接坡 口焊缝宽 度调整。 5 2脚 手 架工 程 施工操作脚手架可采用普通钢管扣件 式脚手架 ， 考虑测量人员、 焊接人员、 安装就位时人员的操作空间 4 J 4 建筑技术 第 4 4卷第 1 期 和站人需要 ； 施工承重 、 支撑脚手架应通过计算确定搭 设方案 以满足承受构件的临时固定荷载需要。 应充分 考虑其空间不对称性和构件的偏心性 。对脚手架的稳 定性进行全面核算。 5 3 钢 筋工 程 钢筋翻样人员、 钢结构深化人 员、 现场钢筋工长 应 密切配合 对每个节点深化成果和技术要点进行充分 理解 必要时可进行样板制作以便于指导施工。 钢筋工 程施工前应对操作工人按钢筋深化 设计要求进行 下 料 、 成型、 绑扎顺序等各环节详细交底 ； 现场施工应严 格按深化设计要求尺寸 、 位置 、 生根方法、 连接形式 、 穿 绕方式等进行作业。 5 4 模 板工 程 根部分叉段应作为一个独立模板 、混凝土施工段 进行， 且其模板支撑不应在整层施工完毕前拆除 。 模板 加固体系可根据节点造型，预制半拼装式型钢定型套 箍 ， 上下各设置一道 。 中间段模板工程的控制要点是确保各枝杈模板与 内部型钢的斜率一致 ，应采用与型钢构件测量相同的 测量控制网及测量方法进行模板工程的测控作业。 因型钢混凝土组合结构空间分叉柱 ( 撑 ) 三维非 对称性 各枝权模板体 系应保持其相对独 立性且模 板支撑 不应相互影响 ，以免因混凝土 浇筑等施 工荷 载不均匀而发 生连锁效应 ， 造成枝权模板的变形 、 偏 移 。斜柱 ( 撑 ) 应既将其视为水平构件 ， 又视为竖直构 件。一般认为斜柱( 撑 ) 的模板底部可按照水平构件支 撑加 固， 其底模需待混凝土强度达到1 0 0 以上时方可 拆除 ； 而侧模与顶模可按照竖向 ( 柱 ) 构件进行支撑及 拆除 。 5 5混凝 土工 程 该结构节点部位钢 筋密集造成混凝土下落及振 捣困难 ， 且斜柱 ( 撑 ) 底面混凝土在向下输送过程 中， 拌合物 中的骨料易 被箍筋挂住 而影响砂浆 流动 ， 致 使斜柱底部混凝土缺 少砂浆 。解决上述 问题的操作 要点为 ： 控制混凝 土骨料最大粒径 。 采用大坍落度混 凝 土 ( 坍 落度以2 1 0 2 3 0m m为宜) ； 采取将 胶管和振 捣棒事先设置在斜柱 中的振捣方法 ，随浇筑随提升 振捣棒和胶管 ， 每根枝权通过此法辅助振捣一次 ， 效 果 良好 。 空 间枝 权部 位 混凝 土 浇筑 应结 合模 板 支撑 方 案 制订 合理 的 浇筑流 程和 控制 措施 ，避 免因 混凝 土施工荷 载不均而 引起施 工质量 、 安全问题 。施工 中严格按 既 定方 案控 制混 凝土 浇筑顺 序 、浇 筑速 度和 浇筑 高度 。 6 质量及安全控制要点 6 1 质 量控 制要点 由于此类结构 目前尚无相应的质量验收标准 ， 根 据设计要求 ， 参考有关规范和标准 ， 结合工程实际制订 质量验收标准( 表1 ) 。 表1 型钢混凝土组合结构空间分叉柱 ( 撑 ) 质量验收标准 项 次 项 目 允许偏 差 检查方法 1 轴线位移 8 mm 线坠 、 尺量 2 标高 5 mm 水准仪 、 尺量 3 全高 + 3 0m m 水准仪 、 尺量 4 截面尺寸 3 m m 尺量 5 表面平整 3 fi l m 靠尺 、 楔形塞尺 6 每楼层倾斜度 + 2 0 。 全站仪或拉线尺量 6 2安全控制要点 ( 1 ) 型钢构件分段 、深化设计工作应考虑相应安 全因素， 尤其是多分叉构件的吊装应设计科学合理的 吊点、 吊耳或吊装孔 ， 应经过计算确定。 ( 2 ) 型钢构件底部分叉段 、顶部交汇段的安装就 位应考虑偏心造成的安装稳定性问题 ， 设置合理 、 可靠 的支撑 ， 防止产生滑移 、 倾倒。 ( 3 )操作脚手架 、 操作平 台、 安全防护应充分考虑 空间构件的相互影响， 做到各枝权部分相对独立、 可靠。 ( 4 )型钢混凝土组合结构空间分叉柱( 撑 ) 各构件 混凝土拆模强度应根据试件试验确定 ，各项卸荷工作 应制订技术方案 ， 经许可后进行。 ( 5 )各枝杈构件混凝土浇筑完成后 ，若存在上部 结构未 交汇或水平联系构件尚未达到设计要 求的情 况 ，严禁利用枝杈构件作为承重结构搭设卸料平 台或 进行各种荷载较大的拉结作业。 7结 语 于家堡金融区起步区0 3 1 5 地块工程附楼于2 0 1 1 年l 0 月封顶 ， 通过整体复测 ， 型钢混凝土组合结构空间 分叉柱 ( 撑 ) 各成品构件倾角 、 截面尺寸 、 钢筋位置 、 保 护层厚度、 混凝土强度等检测项目合格， 混凝土外观良 好 ， 总体工程质量满足相关规范标准 ， 符合设计要求。 该工程的建设为型钢混凝土组合结构施工由传统二维 平面向三维空间领域拓展打 下了良好基础 。 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【 S 】 2 梁威， 王吴 我国型钢混凝土梁柱节点构造综述 J 】 结构工程师， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 9 8 1 0 4 3 牛 志平 型钢混凝 土组合 结构梁柱节 点深化 设计 研 究【 J 】 建 筑技 术 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 5 0 1 5 1