空间扭曲混凝土结构柱施工技术

空间扭曲混凝土结构柱施工技术摘要:针对艺术建筑结构中的异形柱在施工过程中产生的一系列结构、模板、支撑及浇筑等技术难题进行研究,最终找出能解决其技术难题的技术措施并总结出一套比较系统的艺术混凝土结构施工工艺,收到了理想的效果。1工程概况工程位于上海市徐汇区龙华街道503街坊,东至龙腾大道、南邻龙耀路、西邻云谣路(规划)、北邻龙启路(规划),总建筑面积约93583m2。项目为由相互连接围合而又相对独立的7个体量组成的商业办公综合体,7栋单体地上8～14层,地下3层。主体结构采用现浇钢筋混凝土框筒结构。各单体外围框架柱为斜圆柱(部分圆柱为劲性柱)。每层各框架柱倾斜方向及角度均不相同,工程单体外立面呈现三维空间扭曲立面(图1)。图1工程效果图异形柱的定位结构施工如达不到图纸的精确要求,将造成施工质量问题并影响后续幕墙施工的严重后果。因此,其施工技术一体化技术的运用是结构施工成功的关键。2施工难点及特点2.1建筑造型别致,结构测量定位难度大本工程建筑造型新颖别致,7栋单体外立面均存在一定的内、外倾变化,形成B、C楼和E、F楼从下部分离到上部结合的独特现象(图2)。各单体每根框架异形柱角度均在不同方向变换,导致现场定位较为困难且测量工作量较大。2.2劲性柱内钢筋角度变化多,施工要求高异形柱纵筋直径为20～28mm,箍筋为φ10mm(12mm)@100mm(200mm)。考虑到主筋的角度变化,特别是首层变化较大,故采用一定角度的预弯,而上部变化角度小的则用直筋替代,在绑扎时调整;箍筋的加工方法应确保每根异形柱钢筋角度符合图纸要求(图3)。图2工程结构模型图3异形柱模型2.3斜圆柱模板支撑体系复杂异形柱均为倾斜劲性圆柱,其模板的选择需考虑施工便利、经济成本、受力能力等因素,其节点排架支撑体系的合理优化布置是结构施工的关键点。

2.4劲性柱内空隙狭小,混凝土成形质量要求高异形柱截面直径为550、600mm,圆柱内含H300mm×100mm×35mm×35mm钢骨。考虑到柱内的大量钢筋,如何保证等级为C40～C60的柱混凝土浇筑密实是工程质量控制的重点工序。3异形柱施工技术实施3.1测量定位技术根据设计提供的坐标点,在各单体首层上沿核心筒外1m左右设置4个内控点,用激光垂直仪向上传递(模板上预留放线孔)完成核心筒的定位测量工作。同时在建筑图上每层4个坐标点内1m设置4个外控点,对板边、梁边、柱边进行有效定位复核。最后用GPS同步检验偏差情况,主体结构施工中轴线偏差控制在5mm以内[4-7]。在楼层轴线控制网建立后,考虑到柱为斜圆柱,其在楼板上的切面为椭圆,故需利用BIM模型及CAD图测出椭圆长边、短边长度。根据图纸测出每根柱子的倾斜角度、柱梁节点与柱底中心点的长度、上下楼层轴线间的距离(图4)。最后在现场实际放出柱底、柱顶的测量定位点(图5)。图4BIM模型柱定位示意图5现场柱定位放3.2钢筋技术钢骨加工时,应充分考虑到钢筋绑扎施工的操作面及空隙,并在最大程度上进行优化。每根柱绘制调弯柱主筋调弯控制图(图6)。由人工操作液压弯曲机在操作平台上对斜柱的每根主筋进行调弯处理。过程中设专人指挥,依据钢筋调弯控制点位完成柱主筋的调弯处理,使主筋逐渐按线就位。再用全站仪对钢筋调弯方向及位置进行复核、校正,对偏斜较多的斜柱主筋再进行适当调整,确保斜柱主筋偏斜方向及弯折角度满足设计及验收规范要求(图7)。图6柱主筋调弯控制示意图7柱主筋调弯控制现场3.3定型模板及支撑体系技术模板体系采用“定型底座木模+标准节木质圆柱模板+梁柱节点模板”现拼组合型模板(图8)。为便于模板安装,底座和柱身、柱顶模板均按照斜柱圆形截面分成两瓣组拼的方式进行加工与制作。图8三段模板组合考虑到斜柱形式变化多样且数量大,设计时将模板分成柱顶模板、柱身模板和柱根模板。柱身模板由R=275mm、R=300mm这2种规格的标准节组成(柱顶、柱底模板根据实际长度调整)。木质圆柱模板以企口连接,并采用厚2.3mm、宽30mm的扁钢钢柱箍将模板箍紧(≤300mm)(图9～图11)。图9柱模底缝隙砂浆封图10现场柱支模图11现场柱模顶考虑到柱模板为定型圆模板,钢管与模板接触面积过小,在圆模板内侧边设置同柱长的木方并用水平短钢管固定木方与柱模板。在柱倾斜方向增加2×φ48mm斜撑钢管,斜撑钢管与周边排架水平短钢管连接,最大程度上起到加固柱模板的作用。在楼板上预埋钢管与斜撑固定,保证对主模板的有效拉力(图12、图13)。图12内、外倾斜圆柱模板支撑排架支撑模型图13E、F栋间圆柱模板支撑排架支撑模型根据楼层排架布置,层高8.4m的排架间距800mm×800mm,内外斜柱斜撑为3道(2×φ48mm钢管),层高5.6、4.2m的排架间距900mm×900mm,内外斜柱斜撑为2道(2×φ48mm钢管)。斜撑倾斜角度为45°～60°。检查后安装柱模和柱箍。最后用钢管在斜柱侧面打斜撑,斜撑固定在整体外架上以保证斜柱侧向稳定性(图14)。图14现场柱模支撑采用直接分析法软件NIDA进行二阶弹性分析。分析中,考虑钢材自重和劲性圆柱的荷载。劲性圆柱荷载偏安全考虑,全部作用于所设壳单元处,荷载安全系数取2.0。经计算,支撑系统满足安全验算(图15、图16)。图15构件截面强度使用情况(柱状图)图16计算整体变形等值线3.4混凝土浇筑技术斜柱混凝土强度等级为C40～C60,层高最高为8.4m。施工拟采用高抛自密实混凝土浇筑,入模坍落度控制在260～270mm,扩展度控制在500～550mm,入模温度不超过35℃。上述措施既有效解决了采用普通混凝土浇筑所需面临的难题,同时又提高了混凝土浇筑成形后的观感效果(图17、图18)。图17E、F栋现场外立面图18梁柱节点柱子模板拆除后立即包裹养护毡(1层麻袋片,外罩1层塑料薄膜),包裹高度高出柱头100m