劲性钢骨砼柱梁施工技术.doc

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翠湖宾馆商务综合楼劲性钢骨砼柱梁施工技术
作者：李贞燕(云南建工第六建筑工程有限公司)
　　[摘  要] 本文介绍了钢骨砼结构中钢柱、钢梁的制作、吊装、焊接，以及钢筋、模板和砼的施工。                                
　　[关键词] 钢骨砼结构  钢柱、钢梁的制作 吊装 钢筋 模板 砼施工
　　一、工程概况
　　昆明翠湖宾馆商务综合楼位于昆明市翠湖南路6号，与翠湖公园毗邻。是一座集会议、餐饮、娱乐、休闲等多功能于一体，功能齐全、设施完善、造型美观、装饰豪华的现代化智能建筑。
　　工程按高层一类建筑设计，抗震设防烈度为八度。建筑面积23179m2，建筑总高度24m，钢骨混凝土框架结构，地下一层，地上四层。
　　本工程钢骨混凝土框架结构的设计及施工，在云南省同类建筑中具有领先水平，钢骨柱、钢骨梁构件钢材选用Q345GJ-C低合金钢，要求热轧或正火状态交货，其碳当量ceg≦0.42，焊接裂纹敏感性系数Pcm≦0.29。底脚螺栓、柱基底板、钢骨柱底板、[32a、[40a及连接角钢和钢板均采用Q345B低合金钢。
　　二、钢骨混凝土框架结构的施工特点及难点
　　1、工程质量要求高，工期紧，场地狭窄
本工程确定“确保省优一等奖，争创‘鲁班奖’的工程质量目标。合同工期142天。工程地处市区翠湖公园及“卢汉公馆”文物保护建筑旁。施工受到的限制多，又要确保原有建筑的正常使用。

　　2、工程体量大，施工难度大
　　工程体量大（最大单层建筑面积7802m2），最大跨度25.2m，最大层高１２ｍ。使用荷载大而且分布不均匀。建筑物体形复杂且超长（93m）、超宽（82.8m）；29．8m高劲性柱共21根、25.2m跨劲性梁，共20榀，用钢量530吨。    
　　柱垂直度偏差、制作安装精度要求高，梁柱节点构造复杂、构件不得现场二次加工；跨度达25.2m的会议大厅，施工荷载大，模板支撑高度达12m。
　　三、劲性钢骨梁、柱的制作与验收
　　本工程劲性钢骨柱、梁加工制作要求十分严格，故委托专业加工厂制作，采用工厂化制作。分别采用除锈抛丸处理—保证了钢结构除锈质量；焊接预热分段对称施焊—保证了焊接件不变形；下料数控切割—保证了钢构件制定精度；自动埋弧焊—保证了焊缝质量。
　　钢柱、梁在出库前，制作者应根据钢结构制作标准和有关规范，以及设计图的要求进行半成品的检测，并提供材质保证书、复检报告、探伤报告、自检表、分项评定表及焊工合格证等资料。
　　钢柱、梁进场后，在指定位置按顺序堆放整齐，并及时验收。验收内容包括与安装质量有关的数据，即：外形几何尺寸、钢筋孔洞大小和间距、焊接坡口、附件数量规格、构件安装中心线等，如与设计要求不符，或因运输造成变形，应据此采取相应措施在地面修整，以保证后续安装工作顺利进行。
　　四、劲性钢骨梁、柱的安装
　　1、地脚螺栓预埋
　　固定劲性钢骨柱的80颗M30地脚螺栓的预埋，采用专用螺栓固定架以固定螺栓下部，并用九层板按钢柱的底座形状制模开孔来固定螺栓上部。在模板安装时及混凝土浇筑的全过程，用经伟仪和水平仪随时检查校正螺栓的偏差，确保了螺栓安装精度。
　　2、劲性钢骨梁、柱吊装
　　本工程钢骨柱梁的高度和跨度为云南之最，要求整体一次安装到位。“起重吊装专项施工技术方案”经专家论证，采用“整体吊装滑移就位法”。吊装时，钢构件地面组对，缆绳临时固定，钢柱吊装后滑移一次到位。
  （1）使用全站仪对柱内型钢进行精确定位（偏差不超过±1mm）；
  （2）按柱型钢编号吊装就位。利用型钢上的加宽翼缘作型钢的起吊点，使型钢底部的螺栓孔对准预埋螺栓，并用小块钢板沿型钢四周4个角垫起约30mm；
  （3）吊装大致就位后即在柱型钢的上部4个方向，用缆风绳一头栓在型钢的加宽翼缘上，一头拴在地锚上，移开塔式起重机臂；
  （4）通过调节缆风绳上的花篮螺栓调整型钢的垂直度（使用线坠检查）。用两台呈90∘布置的经纬仪进行观测。在校正过程中不断调整柱底板下螺母，校毕将柱底板上面的2个螺母拧上，缆风松开，使柱身呈自由状态，再用经伟仪复核。如有小偏差，微调下螺母，无误后将上螺母拧紧。
   3、钢骨混凝土梁、柱节点连接钢骨砼梁、柱内的钢骨连接和纲结构梁、柱节点连接的要点基本相同。
　　（1）钢骨混凝土中钢骨的拼接方法，钢骨梁中的腹板一般采用高强螺栓连接，叶板一般为焊接连接；钢骨柱中的腹板两面坡口对称施焊，叶板一般为单面坡口两叶板对称施焊；钢骨砼柱脚一般采用埋入式。
　　钢梁的接头采用在钢柱柱身外伸短钢梁连接，垫板Ⅱ-20mm厚钢板长度200mm，宽度按下叶板宽每边出50mm，垫板作为安装时临时支承，先焊腹板主缝再焊上叶板，最后焊下叶板。
　　（2）梁中主钢不应穿过柱钢骨叶板，也不得与柱钢骨直接焊接，钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不应超过腹板面积的20%，为使钢骨混凝土梁的纵向钢筋伸入钢骨混凝土柱中，先将与梁的纵向筋直径相同的钢筋段的一端，在制作钢柱时，用塞焊方法直接焊于钢骨翼缘或腹板上，待现场施工钢骨混凝土时，再用机械连接方法将钢筋的一端与梁的纵向筋在柱中的锚固。采取在钢骨上钻孔塞焊方法（预焊钢筋段，再用机械连接），这不仅可以基本避免了柱钢骨截面的缺损，同时也基本避免了柱钢骨由于焊缝较长而产生较大的焊接应力。
　　4、钢骨砼梁与钢筋砼柱节点连接
　　在钢筋砼柱内预埋钢骨段的办法来解决钢骨砼梁与钢筋砼柱的连接，为了避免因预埋钢骨段而引起RC柱钢性产生突变，应将预埋钢骨设计成变截面钢骨。
　　5、钢骨热处理
　　（1）焊前热处理和焊后消氢处理焊前热处理即加热阻碍焊接区自由膨胀、收缩的部位。可用多把气焊炬同时进行预热。
    焊后消氢处理也是低温时效，应在构件接头焊完后尚未冷却时进行。即把加热温度控制在200℃左右，保温2h，加速接头处氢的扩散逸出，消除氢脆倾向，稳定组织和尺寸，并消除部分残余应力。
　　（2）高温时效消除残余应力。
　　用加热器把构件接头处加热至600℃±20℃，然后保温冷却。由于加热的最高温度为600℃低于700℃温度。因此，在整个过程中不发生组织变化。焊接应力主要通过保温和冷却过程中消除，为了使焊接应力消除得更彻底，加热过程要控制，加热至300℃后升温速度为100℃/h。
　　按照钢板厚度20〜40mm保温时间定为0.5h〜1h。保温时温差控制在50℃，达到保温时间后开始冷却。当温度大于300℃时冷却速度按150℃/h下降，当温度降到300℃以下时才允许增大冷却速度至常温。
　　（3）防风雨措施
　　为了防止热处理过程中遇风雨，使该范围内的钢材由于温度急速变化而发生性能改变，在热处理过程中外覆盖防风雨罩。
　　6、钢骨焊接
　　焊接质量受材料的性能、设备、工艺参数、气候和焊工技术等因素的影响，但同条件下C02气体保护焊较其他焊接方式的质量容易控制。
　　（1）确定工艺参数
　　选择具有代表性的接头形式进行焊接方法的工艺试验，焊后经外观检查及超声波检测符合要求，据此确定的焊接工艺参数为C02焊。焊机KR500型，焊丝JM-56，焊丝直径1.2mm，电流250〜300A，电压29〜34V，焊速350〜450mm/min，层间温度50〜80℃，焊丝伸出长度20mm，气体流量40〜60L/min。
　　（2）焊接程序
　　焊前检查→预热→将焊垫板及引弧板→测温再预热→焊接→保温或后热→检验→填定作业记录表。全过程实行工艺卡传递制，不符合要求者详细记录，且工艺卡不得流向下一道工序。
　　钢骨柱按“先叶板后腹板，同时对称逆向施焊”的原则进行焊接。相邻一节钢骨柱安装完后，一节柱有二层梁时，先焊上层再焊下一层；焊接时，先焊梁一端的接头再焊另一端接头。叶板对接采用全熔透焊缝，焊缝间隙10mm，坡角30∘。腹板为部分熔透焊缝均二缝100%超声波探伤。
　　（3）施焊
　　第一层的焊缝应封住坡口内母材与垫板之间连接处，然后逐道逐层累焊至满坡口，每焊一道焊缝均应清理铲磨，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。每道焊接层间温度控制在50〜80℃，温度太低时重新预热，太高时应暂停焊接。一个接口连接焊完，必须中途停焊时，再焊前重新预热。
　　（4）质量控制要求
　　焊接环境湿度不宜低于5℃，坏境温度不宜高于80%。露天焊接应有防风、雨措施。
　　组装、焊接前必须把待焊区域及两侧30〜50mm范围内铁锈、氧皮、油污、水分等除去，露出金属光泽。
　　7、钢骨柱、梁安装完后质量螺栓安装精度，经实测偏差值均控制在1mm以内，小于标准允许偏差2mm的要求。钢柱安装稳固，垂直度全部控制在0.5‰以内，高于标准的1.0‰的要求。柱梁连接牢固可靠，4000套螺栓一次穿孔通过率达100%。焊缝总长4261m，其中一级焊缝1065m，二级焊缝2486m。焊缝全部进行无损探伤检测，合格率达100%，无现场二次加工校正。
　　五、钢筋工程
　　1、钢骨混凝土柱的钢筋绑扎
　　为便于型钢施工，应将柱钢筋的绑扎控制在型钢施工后。柱型钢与柱主筋间采用拉钩连接。先在型钢腹板上划出拉钩位置线，拉钩带拐头（长度为5倍钢筋直径）双面焊接在型钢腹板上。拉钩焊接后，绑扎柱箍筋。为保证柱箍形状和尺寸准确，柱箍筋加工时先在钢板上放出柱箍大样，焊接短钢筋头制作柱箍加工胎具。
　　钢骨砼柱内主筋头采用等强机械连接，接头位置按50%措开35d设置，为方便钢骨安装和焊接，钢骨柱接头所在楼层，主筋接头分别设在楼面以上500mm和1500mm处。
     柱内型钢与梁的纵向钢筋相交时，相互穿插复杂，同时也是结构的重要位置，须按设计和规范要求精心施工。型钢柱由工厂运至现场，经检验合格后，配筋复杂的柱应进行穿插预演，就是在钢柱吊装前，用短筋模拟穿设与其相交叉的梁钢筋。进行穿筋预演就能将型钢柱安装完毕后穿筋过程中存在的问题及早暴露，并将其解决在型钢柱吊装之前。
　　梁纵筋与型钢混凝土柱内的型钢正交时，可在型钢上现场开孔，严格保证开孔直径只大于钢筋直径2mm。梁主筋穿过型钢后，重新焊接洞口封闭，焊接时不得伤害梁主筋，以保证梁、柱受力不削弱。如腹板上开孔的大小和位置不合适时，需征得设计单位的同意后，再用电钻补孔或用绞刀扩孔，不得用气割开孔。
　　在梁柱节点部位，柱的箍筋要在梁型钢腹板上已留好的孔中穿过，由于整根箍筋无法穿过，只能将箍筋分段，再用电弧焊焊接。不宜将箍筋焊在梁的腹板上，因为节点处受力较复杂。
　　2、钢骨混凝土梁内钢筋的施工
　　钢骨砼梁内主筋穿过钢骨柱的腹板，孔径为1.5d（d为梁主筋直径）。钢骨柱上钻孔在工厂制作好，定钻孔位置要考虑钢筋穿插，在钢骨柱腹板上钻孔的标高两个方向是不同的。梁内主筋穿过钢骨柱腹板后，两面塞焊。
　　在主梁和次梁交接部位，考虑到次梁端部有负弯矩存在，当次梁主筋受主梁型钢腹板阻隔时，宜于主梁型钢腹板上开孔，次梁上部钢筋穿孔贯通，次梁下部钢筋伸至主梁型钢腹板边缘后沿腹板往上锚固在主梁内。
　　型钢混凝土梁的钢筋绑扎应在梁型钢安装完毕后进行，受型钢的约束，梁钢筋的绑扎工艺流程见下图
在梁型钢上翼缘布置钢筋马凳
梁上部钢筋连接
布置梁箍筋
梁下部钢筋上一层筋连接就位，并上升至型钢底
梁下部钢筋上二层筋连接就位，并上升至上层筋底
梁下部钢筋底筋连接、绑扎
梁下部钢筋上层筋分层下降至设计位置并绑扎 
图一：型钢混凝土梁钢筋绑扎工艺流程
　　六、模板工程
     模板工程是现浇混凝土结构的一个主要施工项目，也是决定施工进度的关键，对施工成本影响也较大。所以选择合理的模板材料和支模方法是至关重要的。型钢混凝土结构的一个显著特点就是，除了可以采用常规的钢筋混凝土结构模板体系外，可利用结构中的型钢骨架来承受混凝土的重量和施工荷载，为降低模板费用和加快施工速度创造了有利条件。
　　所以本工程在型钢混凝土梁模板支设中采用了无支撑模板体系，无支撑模板体系是一种适用于单向密梁楼板结构的模板系统。模板采用组合钢模或木胶合板模板加塑料模壳。模板下不设任何支撑，它的关键是由梁内的型钢来承受混凝土的重量和施工荷载。将梁的底模用螺栓固定在梁型钢的下方，梁底模边缘上设塑料模壳；然后在上面铺设钢筋网片。梁型钢几根为一组（根据起重机起重量确定），连同模板在地面安装好，一次起吊就位。大梁底模与梁作法相同，侧模则用组合钢模或木胶合板模板，常规方法固定。
　　本工程拆模后，达到清水混凝土效果。梁、板、柱尺寸准确，轴线最大偏差3mm，截面尺寸最大偏差3mm，全高垂直度最大偏差5mm，全高标高最大偏差4mm。分项、分部工程合格率为100%。
　　七、砼工程
　　由于钢骨限制砼的流动，且箍筋、拉筋密集，如梁型钢翼缘下部混凝土不易充分填满，在梁、柱交接处钢筋密集，又有型钢加劲肋的存在，使得混凝土的浇筑和捣实变得更加困难。为保证钢骨砼浇筑质量，采取以下措施施工。
　　劲性钢骨柱梁混凝土采用云南建工第六建筑工程有限公司“自密实混凝土”专有技术，并对混凝土浇灌施工方案进行反复研究筛选，严格按确定审批的“自密实混凝土施工专项方案”组织实施。
　　采用在钢骨四面均匀下料法，Φ30mm振捣棒进行振捣，间隙狭小处采用钢筋钎人工插捣，确保砼的密实。
　　为保证梁内型钢骨架的变形对称，梁板混凝土宜由中心部位往四周辐射浇筑。
在梁的型钢翼缘下部和梁柱接头处，由于浇筑混凝土时有部分空气不易排出或因梁的型钢翼缘过宽妨碍浇筑混凝土，为此在适当部位预留空气排出孔和混凝土浇筑孔。拆模后混凝土无气泡、收缩分离和裂纹，质量达到《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）的规定。自密实混凝土荣获“云南建工集团总公司科技进步一等奖”。

　　八、结束语
    本工程钢骨柱梁的高度和跨度为云南之最，结构复杂，质量要求高，结合本工程的需要，通过组织技术攻关，最终钢骨与混凝土组合结构成套施工技术成为了本工程取得的3项技术创新成果之一；钢结构技术成为了本工程推广应用建筑业“十项新技术”之一。本工程获得了２００7年度中国建筑工程鲁班奖。
参考文献：
　　周松盛  周露  陆震编著：《混凝土结构设计与施工手册》.安徽科学技术出版社
　　刘津明编著：《混凝土结构施工技术》.机械工业出版社

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