高层建筑钢骨混凝土核心筒

1、高层建筑钢骨混凝土核心筒【摘 要】通过中国水利博物馆工程的施工实践，对超高、复杂、新颖的钢结构制作、拼装、吊装和连接，以及钢框架与混凝土筒体的连接、压形钢板为底模的楼面混凝土施工等技术进行了交流介绍，以期今后能为同类工程施工提供了可供借鉴的经验。 【关键词】高层建筑；混凝土筒体；钢框架结构；施工技术 Key figures of construction technique of steel bar concrete core tube-case of using steel frame structure Ma Chang-song (Chinese water conservancy mu

2、seum Hangzhou Zhejiang 311200) 【Abstract】Though construction practice of Chinese engineering of water conservancy museum, to extremely high, complicated and novel steel structure creation, put together to pack, hang to pack with conjunction, and the conjunction of steel frame and the body of the con

3、crete tube, pressed form steel plate to carry on exchanges introduction for the building surface concrete construction's etc. 's technique of the bottom mold, with aftertime of period can for the same kind engineering construction provide experience that cans be provided to draw lessons from

4、. 【Key words】Key figures construct; Concrete tube; Steel frame structure; Construction technique 1. 工程概况 中国水利博物馆工程位于杭州市钱塘江南岸，四周为大面积人工湖。本工程总建筑面积36551平方米，其中地下面积为4200平方米。地下局部2层，地上11层，其中一至三层为塔身基座（包括裙房），四至十一层为八边形塔楼，建筑物总高度为129.8米。本工程结构类形为钢骨混凝土框架剪力墙及钢结构体系。 工程三层以下采用钢骨混凝土核心筒钢筋混凝土框架结构（其中塔基框架柱为钢管箱形混凝土柱）；三至十一层为

5、钢骨混凝土核心筒钢框架结构；十一层以上为空间拱形支承网筒钢框架组合结构。 建筑高度超过100米的钢骨混凝土核心筒钢框架结构建筑在国内尚不多见，无可借鉴施工经验，施工难度较高。 民族式塔状建筑层层挑出的飞檐又给施工增加了新的难度，工程施工具有国内领先的技术水平。 通过本工程的实施，解决超高、复杂、新颖的钢结构制作、拼装、吊装和连接，以及钢框架与混凝土筒体的连接、压形钢板为底模的楼面混凝土施工等技术。 2. 工程主要特点 21 主要钢结构体系。 本工程三层以下采用钢骨混凝土核心筒钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土框架结构是常规结构体系，其中塔基框架柱为钢管箱形混凝土柱，钢骨混凝土核心筒是钢筋混凝土与钢

6、结构的一个联合结构；三至十一层为钢骨混凝土核心筒钢框架结构, 钢框架结构为上部塔结构的主要部分，塔身飞檐构件较多，各层楼面系压形钢板为底模的混凝土楼面的结合体系；十一层以上为空间拱形支承网筒钢框架组合结构。 本工程的主要钢结构体系包括：核心筒的劲性钢结构、核心筒之外框架钢结构、拱形支撑筒、飞檐钢结构、塔屋顶钢结构、塔楼梯钢结构组成。 2.2 主要钢构件 (1)钢柱：本工程采用箱形钢柱及H形钢骨柱，箱形柱共分为15节，15节和615节截面分别为700×800×22×22、600×400×24×24，单节钢柱最大重量为4.166吨；H形钢

7、骨柱共分为9节，截面为H550×250×8×14；钢柱对接采用夹板加普通螺栓固定后，用全熔透焊缝焊接，钢柱总用钢量为952吨。 (2)钢梁：工程中采用热轧H形钢，总用钢量366吨，钢梁和钢柱之间采用刚接；钢梁和钢梁采用铰接；以形成一个稳定体系。 (3)支撑及其他次钢构件：支撑为H形，支撑连接采用刚接，其用钢量为282吨。 2.3 施工方案的合理选择。 通过综合比较，采用了钢结构先施工，利用核心筒混凝土内钢骨柱，和钢框架形成钢框架体系。钢筋混凝土核心筒和复合楼板混凝土随着钢结构施工的方案，其优点为钢结构施工利用核心筒内钢骨柱和钢框架形成钢框架体系，充分发挥了钢结构的

8、特点，施工速度快，作业条件好，焊接质量易保证。并形成如下的安装整体思路： 钢结构施工时，优先吊装钢骨柱和内圈箱形柱、主梁、次梁。立即进行校正、焊接，验收合格后土建即可进行核心筒混凝土施工，钢结构施工的同时土建钢筋工程可以穿插施工。模板混凝土施工的同时钢结构进行外圈钢柱 、梁及飞檐钢结构施工。混凝土施工时间控制在钢结构施工前完成。 按照设计图纸中构件的平面布置，按构件的种类，选择构件安装的起点，从建筑物的中心顺次向外扩展安装，每一边又是从中间向两边对称安装，柱子的安装因不与其他构件相连接，可以顺次安装，主梁和次梁必须严格按照规定的顺序安装。 钢结构施工尽量为土建施工创造条件，土建施工利用吊机，定

9、形模板等提高施工速度，双方配合，将水博馆主体施工质量，速度提高到新的高度。 3. 主要施工流程 3.1 根据设计图纸，进行钢结构的深化设计，设计出深化图纸。 3.2 根据深化图纸，钢材均选用国内大钢厂生产的材料，箱形柱及热轧H形钢梁、支撑等主钢构件采用Q345B级钢材，在工厂进行加工制作，完成钢结构的各种构件，加工好的构件根据施工进度计划，运送到施工现场，根据施工要求，科学合理堆放。 3.3 依次安装箱形柱、钢骨柱、主梁、次梁等钢构件，用临时螺栓、缆风绳和手动葫芦临时固定，用多台经纬仪控制精度，校正，换上高强螺栓，按规范进行初拧、终拧高强螺栓，焊接，并用探伤仪进行探伤，确保安装的构件精确到位。

10、 本工程为钢框架-钢筋混凝土筒体混合结构，钢结构在施工过程中须遵循以下施工流程： 4. 主要施工方法 4.1 三层以下钢骨混凝土核心筒钢筋混凝土框架结构。 三层以下包括地下室主要结构为钢筋混凝土框架结构，钢结构主要存在于钢骨混凝土核心筒中及塔基框架钢管箱形混凝土柱。 根据箱形柱基础的特殊性，将第一段箱形柱控制3.6米，埋入基础2.4米，上部伸出1.2米，施工流程：基础第一层钢筋绑扎实角钢支架定位 上层钢筋绑扎 第一段箱形柱安装 焊接固定。在地下室垫层浇筑时预先埋一块钢板，作为角钢支架的支撑，钢板与角钢支架间用10#角钢焊接固定，如图4所示：钢柱吊装 (1)钢柱安装主要步骤。 钢柱准备吊装前，先

11、在柱身上安放好爬梯，并拴好缆风绳，且柱接柱耳板也已设置在指定位置处，检查牢固无误后，进入下步工作。安装时采取安全措施，并设置紧戒线。 (2)吊点设置及起吊方式。 钢柱吊点设置在预先焊好的吊耳连接件处，即柱接柱临时连接板上。施工人员采用专用吊具装卡，以此防止吊耳起吊时的变形，吊具用普通螺栓与耳板连接，起吊时，为保证吊装均衡，在吊钩下挂设4根足够强度的单绳进行吊运。 钢柱起吊采用单机回转法。起吊前，钢柱应横放在垫木上；起吊时，严格禁止使柱端在地面上有拖拉现象，钢柱起吊时吊机必须在箱形柱距地面高度两米以上才开始回转。如图5所示：同时在钢柱上绑上爬梯方便施工人员上下。 (3)钢柱临时固定。 钢柱吊到就

12、位上方200mm时，地面指挥人员指挥塔吊司机停机，待稳定之后，对准螺栓孔和十字线，并使钢柱缓慢下落，下落中避免磕碰地脚螺栓丝扣，当柱脚刚与基础接触后停止下落，仔细检查钢柱四边中心线与基础十字轴线对准情况（四边都要兼顾）和柱脚下的钢垫板位置是否正确，发现不符的情况后，立即进行调整。调整时三人联合操作，一人移动钢柱、一人协助稳固，另一人进行检测，经过调整钢柱的就位偏差控制在3mm以内，再下落钢柱，使之落实，收紧四个方向的缆风绳，拧紧地脚螺栓的锁紧螺母。临时固定如图6： (4)钢柱校正方法。 临时固定完成后，在测量责任人的测量监视下，利用临时固定用缆风绳、倒链、管式支撑、千斤顶等对柱垂直度进行校正，

13、对柱的标高进行调整，对柱的水平位置、间距进行处理。确认坚固无误后，进入下一步工作。 钢柱标高调整：吊装就位后，用临时螺栓固定，腹板连接板，不夹紧，通过起落钩与撬棍调节柱间间隙，量取上柱预先标定的控制线与下柱标高线间距离，测定符合要求后打入钢楔，点焊限制钢柱下落，考虑到焊缝收缩及压缩变形，标高差调整至5mm以内。 钢柱位移：每次调整控制在3mm内，若偏差过大分23次调整。 钢柱垂直度调整：在钢柱偏斜方向的一侧打入钢楔和千斤顶（角柱、外围柱用缆风做辅助），在保证单节柱垂直度不超过规定的前提下，将柱顶轴线偏移控制到零，最后拧紧临时螺栓。 垂直度变化采用经纬仪对钢柱及钢梁的安装跟踪观测，保证垂偏置受控

14、。 预留预控：框架外柱为防止钢柱向内变形，无法借助外力进行焊后校正，校正时最外侧钢柱向外侧预留5mm，以抵消焊缝收缩的影响。 (5)钢柱内混凝土浇注方法。 箱形柱焊接安装完毕之后，搭设箱形柱外围操作架，作为浇筑混凝土的施工平台，混凝土浇筑时，预先在箱形柱内注入混凝土砂浆，然后浇筑商品混凝土，用振动棒在箱形柱内部和外部振动，保证内部混凝土浇筑密实，混凝土浇筑至离箱形柱上部入口400mm处。 4.2 三至十一层钢骨混凝土核心筒钢框架结构。 三层以上为本工程塔楼合一的主塔结构，主要结构为钢框架箱形柱和梁，核心筒为钢骨钢筋混凝土及剪力墙结构，各层楼面是以压型钢板为底模的混凝土组合楼面。 钢柱吊装。 钢

15、柱对接时，则以安装在吊装柱上的双夹板平衡插入基础柱对应的安装耳板上，穿好连接螺栓临时固定，校正后进行焊接，翼缘采取全熔透的对接焊缝，腹板采用双坡口对接焊缝，如图7所示： 钢梁吊装 (1)钢梁绑扎、起吊。 为保证吊起后钢梁不变形、平衡稳定，钢梁吊点选择可视具体情况而定，以便安装为主。 为确保安全，防止钢梁锐边割断钢丝绳，要对钢丝绳进行防护，吊索角度4560度，可视钢梁的重量或使用钢丝绳直接绑轧，或采用专用夹具进行吊运。 为加快进度，提高工效，根据塔吊起重能力，视施工操作面情况1根、2根或4根梁进行串吊，采用特殊保险夹具两点平吊，并做安全防护（见图8）。 (2)钢梁临时对位、固定。 钢梁吊升到位后

16、，按施工图进行对位，钢梁的起拱，正、反方向和钢柱上连接板的轴线辨认清楚，不可安错。较长梁的安装，用冲钉将梁两端孔打紧、逼正，然后，再用普通螺栓拧紧。普通安装螺栓数量不少于该节点螺栓总数的30%，且不得少于一个。 为确保吊装质量，保证构架稳定及方便校正，安装多层柱节时，应首先固定顶层梁，再固定下层梁，最后固定中层梁。 吊装固定钢梁时，施工人员进行测量监控，保证梁水平度调整，保证已校正单元框架整体安装精度。 (3)次梁安装 a. 待主梁和钢柱结构形成一个稳定的体系之后开始安装次梁，次梁安装时首先注意梁的正反方向，并保证准确的就位。 b.对一些小的次梁采用集中吊运至楼承板上，使用简易机具，分头在楼面

17、上进行。 组合楼板。 钢柱及钢梁吊装、焊接完毕之后，各楼层铺设压型钢板，组合楼板的工艺流程：弹线清板吊运布板切割压合侧焊端焊留洞封堵验收栓钉布筋埋件浇筑养护。压型钢板在铺设前应清除钢梁顶面的杂物，对有弯曲或扭曲的压型钢板进行矫正，使板与钢梁顶面最小间隙控制在1mm以下，以保证焊接质量；除焊接部位附近和灌注混凝土接触面等处外，均应事先做好防锈处理；板的铺设按板的布置图进行。首先在梁上用墨线标出每块板的位置，将运至施工现场的板按型号和使用顺序堆放好，接墨线排列在梁上，并对开洞、切口的板作补强处理；压型钢板与压型钢板侧板间连接采用咬口钳压合，使单片压型钢板间连成整板；压型钢板安装完毕之后，进入钢筋的

18、棒扎施工工序，待板钢筋安装完毕之后，浇筑混凝土，混凝土采用泵送的方式输送至楼板进行浇筑，此楼板是以压型钢板与钢筋混凝土共同承受荷载的新型楼板形式，既可降低楼板的重量，又加快了施工进度。 4.3 十一层以上共享空间拱形支承网筒钢框架组合结构。 75.62m以上共享空间钢结构是本工程结构施工的亮点之一，所有钢结构钢柱均为斜向设置，内设圆拱型铸钢件支持，在钢结构内侧壁附有观光平台，观光平台采用在斜钢柱外挑梁设置。4.3.1 主要施工顺序： 钢柱吊装环梁吊装柱梁焊接铸钢节点1施工桁架和铸钢节点5拼装铸钢节点5吊装就位标高87.375m以下桁架安装桁架和铸钢节点3拼装铸钢节点3吊装就位标高87.375m

19、标高90.193m以下桁架安装铸钢节点2吊装就位桁架和铸钢节点6拼装标高96.728m以下桁架安装铸钢节点4吊装就位标高97.983m以下桁架安装楼梯施工标高97.983m标高102.845m梁吊装塔尖梁吊装焊接塔尖施工。（各节点示意图见下图9） 4.3.2 测量控制方法： 建立基准控制点。 根据施工现场条件，测量基准控制点用外控法设定。 在施工现场放样出以上16个二级控制点，在控制点K1上架设全站仪，以O点精确定向， 分别测出A、B、C、D、E、F、G、H几点（见表1）。 钢柱柱底就位和柱顶标高校正完成后，用经纬仪检查钢柱垂直度。将柱身相互垂直的两个方向用经纬仪照准钢柱柱顶处侧面中心点(注：经纬仪控制点平移距离b)，然后比较该中心点的投影点与柱底处该点所对应柱侧面中心点的差值，即为钢柱此方向垂