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文档简介
超高层钢骨混凝土组合结构深化设计技术研究
成都润盛大厦位于地上3层,地上39层。建筑总高度173.7米,总建筑面积318.1万米。这是成都城市的象征建筑。主塔楼采用框架-核心筒结构体系,外围框架及内筒均为钢骨混凝土组合结构。裙楼部分存在大量型钢柱、型钢梁及圆钢管柱等,型钢截面形式复杂多样,有工字形、H形及其他异型截面。总用钢量达到5000t。钢骨混凝土组合结构从基础底板到顶层结构均有设置,且每层分布不一致,技术要求很高。1节点设计时,设计内超高层钢骨混凝土组合结构属于新技术,工程经验较少,但质量要求很高。组合结构比传统混凝土结构复杂,主要施工难点如下:(1)钢结构前期深化设计量很大,其节点设计时,若考虑不全面往往与现场施工差别较大;(2)钢骨组合结构内部钢筋设置较多,规格较大,且钢骨上栓钉密集,箍筋加工复杂,绑扎不便;(3)组合结构与其他构件相交的位置节点复杂,局部钢筋集中,空间狭小,难以处理;(4)组合梁、柱是主要受力构件,往往尺寸较大,模板支设及混凝土浇筑较困难;(5)钢结构分包与土建分包在交叉流水施工中易忽视彼此利益,施工冲突多;(6)组合结构目前尚未形成相应的工艺标准和验收规范。2节点处理及预留预焊钢骨混凝土组合结构作为华润大厦的主要受力构件,设计单位为满足结构受力要求,在设计时内部钢筋较密集会造成施工受钢构件阻挡,因此在钢结构单位进行深化设计时,除进行钢结构自身的主体深化设计,还要考虑其与其他构件相连接时的节点处理方式,并根据此方式在钢结构上预留预焊。钢结构深化设计前,应与土建单位充分沟通,确定预留预焊方案,并准确体现在深化设计图纸上。2.1设置钢结构穿筋孔钢骨混凝土组合结构中梁和柱的纵筋按规范需满足锚固长度要求,故在钢筋遇钢柱腹板、柱脚底板、钢梁腹板及钢骨非主要受力位置时,可按设计图纸在钢结构上预留穿筋孔。穿筋孔宜比钢筋直径稍大,以便穿过,典型的钢柱平面见图1。2.2主要抗弯受力构件钢骨混凝土组合结构中有大量的梁柱主筋会碰到钢骨翼缘,而作为钢结构的主要抗弯受力构件,翼缘又不允许开孔。所以在钢筋遇到钢骨翼缘或钢结构主要受力位置时,应采用预焊连接板的方式连接钢筋与钢结构。连接板的选材及厚度根据设计要求确定,连接板下方需焊接加劲肋。2.3区域化后0.本工程溜冰场区域有圆钢管混凝土柱,圆钢管直径800mm。施工图中与此圆钢管柱交叉连接钢筋多,加焊连接板并不能解决问题,对此采用增设抗剪托座、设置环梁的做法,以保证钢管柱周边钢筋有效锚固。2.4孔的测量控制钢结构深化设计时,钢结构单位与土建单位要密切配合。对所预留的孔和预焊连接板的标高要控制准确。对需加焊的部位要做到不遗漏,不需要的位置不误焊。标高误差控制在1cm内,防止因误差大而提高混凝土结构面,影响外观质量。2.5安装对拉螺杆孔由于钢骨混凝土柱尺寸最大达1700mm×1700mm,支设模板时须加设对拉螺杆,所以在钢骨混凝柱的腹板上需预留对拉螺杆孔,间距为500mm。型钢梁不必开孔,可将螺杆钢筋直接焊于腹板上进行拉结。2.6组合结构中栓钉的控制钢结构上的栓钉外包混凝土后,其与混凝土间的握裹力可有效增强组合结构的整体刚度及受力性能,但组合结构中栓钉往往是影响钢筋绑扎的重要因素,所以在对施工图进行认真分析后,可将无法绑扎部位的栓钉改位,例如由翼缘外侧改到内侧。3梁柱组合结构节点由于结构设计情况不同,组合类型也不一样,其节点深化也存在差异。根据《型钢混凝土组合结构技术规程》(GJ138-2001)及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)要求,本着梁柱连接节点“构造简单,等强受力,便于施工”的原则,钢结构单位需会同土建单位对组合结构的相关节点进行深化设计。3.1钢柱和黑柱节点的深化设计3.1.1柱脚底板的安装钢骨柱的型钢在底板或开始位置通过地脚螺栓将柱脚底板与混凝土基础连接。因柱脚底板的存在,柱部分二排纵筋被阻挡。深化设计时须在柱脚底板上预留穿筋孔,并在相应部位加焊钢板补强。对水平向板筋与柱脚相交的情况,可直接焊于柱脚底板之上,满足焊接长度要求,如图2所示。3.1.2预焊连接板及直锚长度混凝土梁钢筋与钢骨柱相交有以下几种处理方式:(1)外侧钢筋可按1∶6打弯以绕开钢柱,在柱外侧满足锚固长度要求,柱截面按照1∶6进行端部加腋(图3);(2)钢筋遇钢柱翼缘,如满足平直段锚固长度要求,则可弯锚;如不满足要求,则在翼缘上预焊连接板,钢筋焊于连接板上,间距为1.5d(d为钢筋直径),见图3;(3)钢筋遇钢柱腹板时满足直锚长度要求可直锚,不满足要求可弯锚,但对悬挑梁、框支梁及需主筋拉通的连续梁等,则需在钢柱腹板上预留穿筋孔,使钢筋正常贯通(图3);(4)若通常组合结构钢筋太多,上述处理仍不具可操作性时,须进行钢筋等强代换,以减少钢筋根数。3.1.3开口再套绑施工柱箍筋特别是内箍,因栓钉影响,采用传统从上往下套绑的方式施工难度很大,可将原封闭箍筋改为开口箍筋,从侧面套绑以方便施工,见图1(a)。3.1.4钢骨栓钉改至翼缘剪力墙中通常设置钢骨暗柱。因栓钉影响,可能导致预留的剪力墙纵筋保护层过薄,甚至突出混凝土结构面,发生漏筋现象。为此针对重点部位,将钢骨栓钉改至翼缘或腹板上,以确保混凝土外观质量。剪力墙水平筋通常直径较小,其垂直遇钢骨时可直接弯锚,或在腹板上加焊连接板焊接,以满足焊接长度要求(图4)。3.2钢梁节点和钢柱节点的深化设计3.2.1收头柱内钢筋贯通型钢梁与混凝土柱相交较简单。柱纵筋在遇型钢梁翼缘时,如为收头柱,柱内侧钢筋可不贯通,向柱内满足弯锚长度即可;如柱纵筋需贯通,则在型钢梁翼缘上预留穿筋孔,使钢筋正常贯通。型钢梁在柱核心区范围内预留穿箍筋孔,以保证柱箍筋正常绑扎。3.2.2钢柱外侧底筋贯通型钢梁与型钢柱相交时,钢筋交叉较复杂,可采取以下措施(图5):(1)进行梁钢筋等强代换,以减少钢筋根数,重新调整排布方式。征得设计单位同意后,可增加钢筋排数;(2)梁外侧底筋可正常贯通,梁底筋垂直与钢柱翼缘相遇时,按1∶6打弯绕过钢柱锚固,若不能绕过则在钢柱上预焊连接板,采用焊接连接,焊缝长度应满足规范要求;(3)柱纵筋需贯通者要在型钢梁翼缘上预留穿筋孔,使内侧柱筋正常贯通,预留穿筋孔时要考虑与梁纵筋错开放置;(4)梁底筋排数较多时,可加大连接钢板厚度,使连接板上下表面均可焊接梁钢筋,焊接净距须保证1.5d(d为钢筋直径)。3.2.3保护间和预留的保护层型钢梁交叉时,两根梁底筋在交叉部位层数重叠,设计单位考虑的空间和预留的保护层完全不能满足要求。首先需对两根梁的钢筋进行放样,然后通过等强代换、调整钢筋排数和适当增加钢梁底至底模的距离等方式,使钢筋交叉后保护层厚度满足要求,该做法绑扎可操作性强。3.2.4b在钢梁腹板上开孔型钢梁拉筋间距按《混凝土结构施工图平面整体表示法》(03G101-1)中的规定为非加密区箍筋间距的2倍,本工程采用300mm间距太小,在钢梁腹板上开孔很不现实。对此采取拉筋断开和间距加密的方式,将拉筋直接焊于钢梁腹板上,间距改为200mm,使焊缝长度满足规范要求。3.3钢管柱内节点钢筋节点处理本工程溜冰场区域设计有圆钢管混凝土柱,直径750mm。与其相交的梁钢筋直径均为28mm,且1根钢管柱同一标高上有多达6根梁与其相连,采用上述方法进行钢筋节点处理已不能满足要求,所以本工程采用在钢管柱上增设抗剪托座、设钢筋混凝土环梁的方式解决钢筋绑扎问题,环梁高550mm。抗剪托座相应于梁的位置设置,每根外挑1m。抗剪钢托座采用型钢HM400×200×10×16与钢管焊接。框架梁钢筋可直接在环梁内直锚或弯锚,如图6所示(实际情况有更多不规则梁交叉,图6为相对均匀的一种情况)。4综合结构层4.1预应力锚索安装施工控制钢骨组合结构中的钢结构在首次设计时一般通过预埋件与混凝土相连接,包括地脚螺栓、钢柱抗剪键和抗拔桩等。预埋件的埋设精度关系到后续钢结构的安装精度,所以预埋时应用全站仪等精密仪器进行定位,埋设完成后要采取稳固拉结措施,确保钢筋绑扎、人员走动及混凝土施工时不受扰动。混凝土浇筑完成后要立即对预埋件位置进行复核,保证误差范围满足规范要求。4.2材料约束和钢结构吊装(1)在钢筋施工阶段,放样人员要认真分析及深化设计图,对遇有组合结构的部位要按实际情况下料,避免后期接长或切割,该做法既节约原材料也能保证钢筋绑扎的准确性及施工进度。(2)由于混凝土浇筑完毕后要进行钢结构吊装,因此在每层楼板竖向插筋施工时,确定墙柱甩筋长度时需考虑钢结构梁底的标高,避免因钢筋过长而影响钢结构吊装及后续焊接施工。(3)对于有组合结构部位的梁上柱,其柱插筋应提前考虑,在梁钢筋绑扎固定前应先用短钢筋提前占有柱插筋位置,以免钢梁上栓钉及梁纵筋过于密集而无法插筋。4.3拉螺栓的安装钢骨混凝土柱截面较大,计算结果要求对拉螺栓间距小于500mm时,可直接将钢筋焊接在钢柱腹板上,间距加密并对模板进行拉结。钢骨柱截面较小,对拉螺栓间距大于500mm能满足计算要求时,可在钢柱上预留螺杆孔。塔楼进入标准层后,钢柱腹板上预留的螺栓孔应保持各孔位置标高一致,与模板上的预留孔相对应,以提高模板周转使用效率。4.4振捣棒的使用钢骨混凝土组合结构外包混凝土内有密集的梁、柱钢筋及栓钉,因此混凝土浇筑及振捣难度较大,为此混凝土骨料直径不宜大于20mm,坍落度控制在220+20mm,以方便混凝土下落。选用覫30振捣棒,方便振捣过程中的下插和上拔,避免被钢筋网卡住。混凝土分层浇筑,每层浇筑高度不大于300mm,同时辅以高频振捣棒振捣,垂直且缓慢拔棒,逐点移动,根据所配混凝土的性能,每点振动时间控制在25~30s,每层浇筑后要及时振捣密实。圆钢管柱内栓钉较多,浇筑困难,采用高抛自密实混凝土,通过其自身良好的和易性、扩展度和高流动性填满模具,自动达到密实效果。4.5绑扎、校正、焊接(1)钢骨组合结构施工过程中土建单位与钢结构单位交叉工作面多,施工工序承上启下,制约因素多,两个专业需密切沟通协调,以免出现扯皮及冲突。组合结构在钢筋绑扎阶段特别容易出现问题,需对过程中的工序整体统筹,找出最佳的施工方式。(2)钢结构吊装以一层为单位,每次吊装费时较长,宜分片分段进行,尽量选择在夜间吊装,并及时校正、焊接,为土建单位提供绑扎钢筋工作面。(3)剪力墙钢柱截面较小,在校正完成后绑扎剪力墙钢筋易对钢柱的垂直度造成影响,所以土建单位在绑扎过程中要及时对墙体放线纠正,以免出现过大偏移。钢结
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