型钢混凝土结构斜柱施工技术

型钢混凝土结构斜柱施工技术摘要:型钢混凝土结构凭借着承载力高、刚度大及抗震性能好等优点，被广泛应用于高层建筑中，但其施工难度也较大。本文结合工程实例，对型钢混凝土结构斜柱的施工作一次系统的探讨，阐述了施工中的技术难点及处理措施，确保了斜柱的施工质量，对其应用提供施工经验。关键词:型钢混凝土；斜柱施工；施工方案；模板施工；钢筋安装；浇筑型钢混凝土结构由于其承载能力高、刚度大、可承受构件自重和施工荷载及抗震性能好等优点，尤其是斜柱结构它可以应用到高层建筑中，为高烈度地区的建筑物提供可靠的抗震保证，因此，被广泛应用于建筑工程当中。为了确保型钢混凝土结构斜柱的顺利施工，这就要求我们对型钢混凝土结构斜柱施工技术有充分的了解，这样才能保证施工质量。1工程概况某建筑工程总建筑面积50902m2,其中地上主体塔楼25层，建筑高度79.3m，是集超星级酒店、办公和商业服务于一体的高层建筑。本工程主楼为框筒结构，即核心筒剪力墙加外围型钢混凝土柱和钢梁结构。塔楼外围框架柱共有16根型钢混凝土柱，其中8根为矩形柱，8根为斜柱。2工程特点及难点分析塔楼外围共有16根型钢混凝土柱，其中8根为矩形柱，截面尺寸1400mmx2500mm，8根为N形斜柱，截面最大尺寸4034mm，斜柱截面尺寸、配筋及钢梁牛腿分布如图1所示。图1斜柱截面斜柱截面尺寸大且不规则，钢筋绑扎密度大，再加上柱内有型钢，大部分螺杆、拉钩及箍筋无法穿越，因此斜柱的钢筋绑扎、模板加固和混凝土浇筑难度很大，并且柱混凝土强度等级为C60，属高强混凝土，最大泵送高度238m以上，其混凝土的配合比设计、浇筑方法和可泵性控制是本工程施工的重点和难点。3施工方案选择根据以上设计特点，本着保证施工质量和节约成本的原则，经过多次研究分析，对施工方案进行反复比较。3.1模板加固方案的选择3.1.1模板类型的比较和选择斜柱模板一般采用爬模、定型大钢模、定型木模、散拼木模和钢模与木模结合等类型，其施工优缺点如下。1）爬模施工速度快，模板施工完全不依赖塔式起重机的垂直运输；柱截面不规则，爬模爬升装置不易布置，柱距太大，无法实现整体爬升，且阴角部分模板退模困难，柱和楼板不能同时施工，增加施工难度。2）定型大钢模柱成型效果好，施工速度较快；对塔式起重机的依赖程度大，由于内侧模板需要吊装，因此柱和楼板不能同时施工。3）定型木模柱成型效果较好，施工速度较快；对塔式起重机的依赖程度大，由于内侧模板需要吊装，因此柱和楼板不能同时施工。4）散拼木模对塔式起重机依赖小，施工简单灵活，柱和楼板可以一起施工；模板加固技术对成型效果影响较大，相对于其他类型人工费较大。5）钢模与木模组合对塔式起重机依赖较小，柱和楼板可以一起施工；钢木结合模板形式加固困难，在结合部位存在混凝土漏浆问题。由于本工程钢结构量较大，且楼板没有设计成压型钢板形式，就需要普通支模浇筑，因此2台塔式起重机的运输压力很大，再安装1台塔式起重机，无论是在使用效率还是经济效益都不合理；柱和楼板分开施工无论是钢筋绑扎还是柱混凝土浇筑都很困难，因此综合考虑采用散拼支模的形式。3.1.2螺杆安装方案的选择斜柱模板安装采用螺杆加固，一部分螺杆通过在型钢的腹板上开孔形成对拉螺杆加固，另一部分螺杆无法穿过斜柱，一般可采取在型钢上焊接螺杆加固的办法，但螺杆不能周转使用，并且螺杆焊接后十分不利于柱箍筋的安装。经过研究和多次试验，采用在型钢上焊接特制的直螺纹套筒，待柱钢筋绑扎完后将螺杆拧进套筒，再将PVC管套上即可，PVC管内径和套筒外径吻合，防止混凝土进入PVC管内，混凝土浇筑完成后将螺杆拧出，周转使用。此种方案可节省螺杆32t，但此方案需注意PVC管管壁厚度〉2.5mm,以防止混凝土将PVC管压变形，使螺杆无法拔出。3.2混凝土施工方案的选择3.2.1混凝土配合比设计外框柱混凝土强度等级为C60,属高强混凝土，混凝土配合比设计要求在保证混凝土强度的前提下，提高混凝土的泵送性能和混凝土成型效果。经多次试验，将原来的水泥用量从450kg/m3调整为400kg/m3，粉煤灰、矿粉由原来的45kg/m3+45kg/m3调整为70kg/m3+70kg/m3，外加剂选型把JM-8调整为巴斯夫P818，并将外加剂用量由原来的9.90kg/m3增加为10.8kg/m3。利用粉煤灰、矿物掺和料的微填充效应，使混凝土中的颗粒分布更趋合理，混凝土更加致密，矿物掺和料的活性效应使混凝土的强度得以保证。外加剂用量的增加增大混凝土的和易性，使混凝土的坍落度得到保证。JM-8属于纯萘系外加剂，其配制的C60混凝土黏聚性很大，不宜泵送施工，且混凝土的强度富余小。巴斯夫P818属于聚羧酸系外加剂，其配制的混凝土黏聚性小，具有很好的减水效果和保坍性，浆体与石子的包裹性好，石子在浆体中分布均匀，不分层、不离析，且强度富余大，混凝土收缩性小。从现场施工效果看，混凝土配合比调整后混凝土强度可以满足要求，混凝土的泵送性能和成型效果得到很大提高。调整后C60混凝土配合比如下:水160kg/m3，水泥400kg/m3，I级粉煤灰70.0kg/m3，矿粉70kg/m3，砂609kg/m3，石1100kg/m3，外加剂10.80kg/m3，配合比为水：水泥：1级粉煤灰：矿粉：砂：石：外加剂=0.30:0.74:0.13:0.13:1.13:2.04:0.02。砂率为36%。其性能参数如下:初始坍落度210mm；坍落度经时变化，1h时210mm，2h时180mm；无泌水；密度2420kg/m3；含气量2.2%；凝结时间，初凝9h，终凝1.5h；7d抗压强度56.5MPa。3.2.2混凝土浇筑方案的选择柱混凝土强度等级为C60，楼板混凝土强度等级为C35，混凝土需分开浇筑，由于上部已安装好的钢梁影响布料机使用，移动不方便，施工时采用泵管前段接软管进行浇筑，将相邻2个柱及周围楼板划为1个浇筑区域，首先交替浇筑2个柱混凝土，待柱混凝土浇筑50%后再浇筑本区域楼板混凝土，楼板混凝土浇筑50%后再将柱剩余混凝土浇筑完，接着再将本区域板混凝土浇筑完，然后接泵管浇筑下一个区域。柱周围用钢丝网拦截，防止柱混凝土流淌或板混凝土流入柱内。这样交替施工既可避免一次性将柱混凝土浇筑完造成模板侧压力过大，又可避免楼板因时间过长形成冷缝。4型钢混凝土结构斜柱施工技术4.1斜柱模板施工4.1.1设计优化斜柱阴角部分模板支设困难，且混凝土浇筑完后模板无法拆除。此阴角部位在建筑上无特殊使用功能。基于以上因素，在与设计单位沟通后将阴角优化为图2所示形式。4.1.2模板加固模板加固采用定型钢箍，钢箍用100mmx100mmx5mm的方钢焊接制作，间距400〜600mm。次楞采用100mmx100mm木方，间距＜300mm；面板采用18mm厚进口维萨板。钢箍分5部分，安装时用螺栓将各部分接头处连接好。由于柱截面较大，主楞需用对拉螺杆加固，对拉螺杆需穿过型钢腹板，在型钢腹板上开920mm孔。为了保证套筒的焊接质量和螺栓孔的精确定位，将螺栓孔和直螺纹套筒定位图与钢结构深化图结合，在钢结构制作过程中利用钢结构厂的精密仪器和良好环境将直螺纹套筒(L=70mm)焊接牢固，将螺栓孔严格按照定位图开好。柱模板加固前在模板和方钢上按尺寸开好孔，方钢上开5cm长椭圆长孔，孔径20mm，防止在安装时出现误差而导致螺杆无法穿过。在螺杆与主楞垂直处放120mmx70mmx12mm垫片，螺杆与主楞不垂直处用75mmx75mmx6mm角钢作垫片。4.2斜柱钢筋安装4.2.1箍筋设计优化斜柱箍筋为中18mm，主筋为中32mm，钢筋直径大且配筋很密，在钢筋较密和绑扎空间小处很多箍筋无法安装，或安装起来很困难。经与设计单位沟通，在保证斜柱箍筋配筋率的情况下，将部分箍筋优化为拉钩，并将穿过钢结构腹板的135°(135°拉钩)拉钩一端弯钩优化为100。(100。拉钩)，以便拉钩能顺利穿过腹板上的孔。经现场实践，优化后斜柱钢筋绑扎质量和绑扎效率大大提高。4.2.2钢筋安装斜柱主筋为中32mm，采用直螺纹套筒连接，需要注意直螺纹套筒的质量控制。箍筋经设计优化后，安装难度不大，但在钢梁牛腿处箍筋需穿过腹板。箍筋穿腹板处在钢结构深化设计阶段设计好开孔位置和开孔尺寸。其中，斜向钢梁的腹板为了保证箍筋穿过，在腹板上开椭圆长孔(22mmx60mm)。为了保证原中18mm大箍筋能够顺利穿过钢梁牛腿腹板，将箍筋开口处135°弯钩搭接，改为分开的90。搭接焊的方法进行安装。4.3高强混凝土施工4.3.1高强混凝土泵送施工要求C60高强混凝土中高强度水泥用量大，具有混凝土黏稠度高，混凝土抓底现象很严重，混凝土的初凝时间短，坍落度不稳定等不利于其泵送性能的缺点。因此，除了在配合比设计过程中要控制C60混凝土的可泵性外，在混凝土施工过程中还应注意以下几点：1）炎热天气下浇筑混凝土时，派专人对泵管进行保湿，减小混凝土在泵送过程中的塌落度损失。2）每车混凝土出料前应高速搅拌1min，保证其均匀性。3）严格控制混凝土坍落度，确保混凝土在泵送时坍落度在180〜200mm。4）混凝土浇筑前根据交通情况，规划好交通路线，减少混凝土输送时间。4.3.2混凝土浇筑方法为了保证斜柱混凝土浇筑质量，采取四周对称浇筑的方法，由于柱内型钢将混凝土分隔成相对独立的振捣空间，因此每个区域都需振捣以确保混凝土的密实性。振捣空间小的区域用小直径振捣棒振捣，确保混凝土浇筑密实。混凝土振捣