论高层建筑劲性混凝土结构施工工艺及质量控制

论高层建筑劲性混凝土结构施工工艺及质量控制

李洪

江西建工第二建筑有限责任公司江西南昌330000

摘要:在高层建筑结构施工中，劲性混凝土结构因其结合了混凝土结构与钢结构的双重优点，得到了广泛应用。本文结合具体工程案例，主要针对高层建筑劲性混凝土结构施工的技术要点做具体说明与介绍，详细阐述了该结构工程的施工方法及施工质量控制措施，以期为相关工程提供参考借鉴。

关键词:高层建筑；劲性混凝土；施工；质量

劲性混凝土结构是指在钢构件骨架外配置钢筋混凝土，将钢构件与混凝土连接组合起来，使其成为一个整体的结构。由于在钢筋混凝土结构中配置了型钢骨架，使得该结构承重能力较一般结构更强，同时塑性以及抗震性能都都大大提高，极大了满足了高度与跨度较大的高层建筑施工要求，随着高层建筑的不断发展，劲性混凝土结构的应用将会得到更大的发展机会。

1工程概况

某建筑项目，由一栋超高层主楼以及辅楼和裙房组成，总占地面积为2.9万平米，工程总建筑面积35万平米，其中主楼建筑面积为12.4万平米。本工程是集商业、餐饮、娱乐、办公、酒店等多功能于一体的大型综合现代化建筑，也是该市的标志性建筑之一，本工程的鸟瞰图如图1所示。

图1某商业建筑项目

主楼为超高层筒中筒结构，基底标高为－17.950m，基础为60m×60m、厚度为4m的大体积钢筋混凝土筏板基础，设有3层地下室，地下1层(－2.045m)～14层(58.100m)的外筒柱内设有工字型钢柱，钢柱总高度为60.145m。型钢柱采用钢板在钢结构加工厂加工焊接而成，钢板材质为Q345B，按主体结构施工进度分层运到施工现场安装。15～57层为钢筋混凝土筒中筒结构，58～63层为钢筋混凝土及轻钢结构。主楼首层(－0.050m)平面如图2所示。

图3矩形钢骨混凝土柱与混凝土梁节点处纵筋位置定位

异形角柱有12根，截面尺寸为2002mm×1100mm，2571mm×1100mm，由于柱截面均为异形，给柱钢筋、模板施工带来很大困难，异形钢骨混凝土柱与混凝土梁节点处纵筋位置定位如图4所示。

图4异形钢骨混凝土柱与混凝土梁节点处纵筋位置定位

内筒由4个电梯井及楼梯间组成，地下3层～33层内筒以及外筒的首层～33层柱和梁混凝土强度等级均采用C60高强混凝土，地下室外墙板、柱均采用C40P10抗渗混凝土。

2劲性混凝土结构施工技术重点难点分析

2.1H型钢柱

较厚钢板构件的加工制作与安装方案，不仅直接影响到钢结构的施工进度、质量、安全，而且对整个工程结构的施工进度和施工成本都产生很大影响，因此，施工前应仔细研究、精心编写施工方案，确定劲性混凝土结构施工的重点难点在于H型钢柱的加工制作、吊装时中心位置的固定、吊装垂直度的控制以及施工现场钢柱的人工焊接。

2.2钢筋工程

型钢柱外表面熔焊栓钉，且在型钢柱外侧钢筋较密，H型钢柱的腹板处又设有拉接钢筋，特别是纵横双向梁与柱节点处的钢筋非常密集，因此，合理布置柱、纵横双向梁间的钢筋及梁柱节点处钢筋，尽可能加大同一垂直面内钢筋的净距，并解决柱及主、次梁节点处的钢筋绑扎，便于高强混凝土的下料及振捣密实，是劲性混凝土结构施工中的重点难点。

2.3模板工程

劲性混凝土结构柱截面尺寸较大，高度较高，特别是异形截面的模板及梁柱节点处的模板支设，也是劲性混凝土结构施工中的重点难点。

2.4混凝土施工

由于纵横双向梁及柱钢筋非常密集、净距很小，而且还有柱中型钢及其表面的栓钉，使得高强混凝土的下料及振捣极为困难。因此抗渗混凝土、高强混凝土浇筑及振捣是劲性混凝土结构施工的又一个重点难点。

3主要施工方法及施工质量控制措施

为减少型钢与梁、柱钢筋施工的交叉影响，根据各分项工程施工重点难点逐一解决，在各分项工程施工中采取了以下施工质量控制措施。

3.1型钢柱加工制作质量控制措施

型钢柱的长度按楼层高度分段在钢结构加工厂进行加工制作，根据施工现场主体结构的施工进度运至施工现场进行吊装焊接。

3.1.1加工工艺流程

流程如下:备料→试验→放样→下料→加工→组立成型→焊接→矫正→除锈→验收。

3.1.2备料、试验

依据钢厂生产钢板的宽度，按钢柱所需钢板的规格进行合理排板，长度为2个楼层高度(10040，9840mm)，与生产钢板厂家预定定尺钢板以减少所购钢板在宽度及长度方向上的排板损耗。每一批次钢板按规定要求进行取样试验，合格后方可使用。

3.1.3放样

制作前按细部设计图进行比例放样，确定构件的精确尺寸，绘制下料草图，制作角度放样。

3.1.4下料

钢板下料采用数控多头门式切割机下料，但下料前应将切割表面的铁锈、污物清除干净，以保持切割件的干净和平整，切割后应清除熔渣和飞溅物。下料后检查切割面应无裂纹、夹渣和分层，板条若有旁弯应进行火工矫正。下料时，板条长度方向应加放20mm的焊接收缩余量。板的一端切割成45°坡面，部分腹板需要人工用气割开250mm×800mm梁洞等。

3.1.5组立成型

下完料的钢板在组立前应矫正其变形，接触毛面应无毛刺、污物、割渣和杂物，以保证构件组装紧密结合。采用设备为Z12型型钢组立机，在组立机上组立T形、H型钢，组焊时所采用焊材与焊件匹配，焊缝厚度为设计厚度的2/3且≤8mm，焊缝长度≥25mm，位置在焊道以内。组焊完的构件必须进行检查，确保符合图纸尺寸及构件的成型精度要求。

3.1.6焊接

H型钢柱采用门式焊机进行自动埋弧焊，以此来减小H型钢柱翼缘板的角变形。焊接材料为10Mn2焊丝、HJ431焊剂。为减小焊接变形和防止扭曲，采用对称施焊，并且每焊1～2道进行翻转，焊接下部位的焊缝，即通过经常测量和变换焊接程序控制焊接变形，焊接顺序如图5所示，由①～⑧按顺序依次进行焊接，直至焊缝厚度达到设计要求。另外，需要用大型台钻在每层的32根钢柱腹板中线位置，钻成@100φ14mm的孔，用来穿拉接钢筋。

图6调直机矫正

地下1层钢柱按图纸要求焊接安装底座，地下1层～14层所有钢柱翼缘板外侧面上需要焊接栓钉，焊接方法为:接通焊机焊枪电源，把柱状栓钉、防弧座圈套在焊枪上，启动焊枪，座圈则产生弧光，经短时间后柱状栓钉端部熔化，以一定速度顶紧钢板母材，切断电源，柱状栓钉焊接在母材上。柱状栓钉的质量以锤击为主，外观表面检查为辅，按每天产量取其中的1/500进行弯曲检查，焊缝处无断裂视为合格，如焊缝出现裂缝，该栓钉判为报废，需在附近重新焊接一只柱状钉作为补充。

3.1.8除锈

采用专用除锈设备，进行抛射钢丸除锈，可以提高钢材的疲劳强度和抗腐能力，对钢材表面硬度也有不同程度的提高，除锈施工环境相对湿度应≤85%，除锈合格后进行编号。

3.1.9验收

钢构件出厂前，除对实物进行检查验收外，还应交验以下资料:产品合格证、制作过程技术问题处理的协议文件、钢材和连接材料的质量证明书及试验报告、焊缝检测报告、主要构件验收记录以及构件发运清单等资料。

3.2型钢柱安装的施工质量控制措施

3.2.1施工流水段及工艺流程

钢柱吊装随主体结构施工划分为2个施工流水段。每个施工流水段施工工艺流程为:外墙板柱－2.000m以下绑扎钢筋及安装钢柱地脚螺栓→支模→浇筑地下1层外墙板柱混凝土至－2.000m→地下1层梁板支模→安装地下1层钢柱→柱脚灌浆→绑扎地下1层－2.000m以上外墙板柱钢筋支模及地下1层钢筋绑扎→浇筑地下1层混凝土→各楼层测量放线→安装钢柱(同时进行核心筒钢筋绑扎及支模)→柱筋绑扎→支柱模板→梁板支模及钢筋绑扎→浇筑核心筒、柱及梁板混凝土→混凝土养护。

3.2.2安装钢柱地脚螺栓

钢柱地脚螺栓位于地下1层外墙柱内中部，地下2层楼板标高为－4.950m，钢柱柱底标高为－2.045m。每种规格带有螺栓孔的钢柱底座钢板制作2块，用于将每根钢柱4～8根φ25的地脚螺栓用φ12钢筋焊为一个整体模具。将焊为一个整体的地脚螺栓依据地下2层楼板轴线及标高安装在外墙柱内，用线坠和水准仪校核准确后，用钢筋与柱筋多处点焊拉接牢固，反复进行校核，确保地脚螺栓的位置及高度准确牢固，并将地脚螺栓上部带有丝扣部分用塑料布和铁丝进行包裹绑扎防护，检查模板、钢筋及外贴式橡胶止水带等，经验收合格方可进行下一道工序。

3.2.3安装地下1层钢柱

安装前检查钢构件出厂时的出厂合格证，按安装图查点复核构件规格型号及编号，将构件依照安装顺序运到安装范围内，复核－2.045m外墙柱混凝土上的预埋螺栓轴线及标高，当混凝土强度达到安装要求时，开始吊装地下1层钢柱。当钢柱起吊、柱脚距地脚螺栓30～40cm时，安装人员扶正钢柱，使柱脚的安装孔对准螺栓，缓慢落钩就位，经过初步校正使垂直偏差在20mm内，拧紧螺栓并临时固定即可脱钩。然后在2个垂直方向分别用经纬仪进行垂直度检验，当有标高及垂直偏差时用地脚螺栓上、下固定螺母进行调节校正。

3.2.4柱脚灌浆

待钢柱整体校正无误后，在柱脚底板四周每侧≥50mm支设侧模，且稍高于柱脚底板表面。在柱脚底板与结构混凝土间预留45mm缝隙，用C60高强无收缩灌浆料从一侧灌浆，至其他侧面溢出并明显高于柱脚底板的下表面为止，使柱脚底板内填充密实，严禁从2个以上方向灌浆浇筑。灌浆料无需振捣，开始灌浆后必须连续进行，不能间断，并应尽可能缩短灌浆时间。

3.2.5安装首层及以上各层钢柱

重点控制构件平面位置偏差、标高偏差、垂直度偏差，利用测量仪器跟踪安装施工全过程。首层～2层钢柱吊装用主楼南侧的QT63塔式起重机，3～4层选用LT25/6015内爬式塔式起重机，经过核算满足本工程钢柱安装及结构施工要求。吊装前首先对钢柱进行验收，核对安装轴线、标高及编号等，检查吊装机具，吊装时做好相应防护措施。由于梁柱节点处钢筋较密，在此处钢柱又设有安装耳板，经与设计协商，将安装耳板改为钢板吊环，配合专用卡具进行安装，方便垂直度的调整，节约钢材，便于混凝土下料及振捣。首层～14层钢柱起吊后，对准下一层钢柱，采用2台经纬仪检验，必须确保钢柱的平面位置及垂直度准确，并使用专用卡具调整垂直度并临时固定。钢柱对接采用全熔透焊接，型钢柱两翼缘钢板第1遍焊接后，即可脱钩吊装下一根钢柱，然后此钢柱可以进行钢柱腹板及翼缘钢板的坡口熔透焊接连接，钢柱焊缝为一级，焊完后全部做探伤检验。

3.3钢筋绑扎质量控制措施

3.3.1柱钢筋绑扎

柱主筋采用16～32、箍筋采用10～12@100的HRB400级钢筋，型钢柱安装验收合格后，柱竖向筋16～25采用电渣压力焊、28～32采用滚轧直螺纹连接，箍筋@100mm安装绑扎至梁底，将一端带有135°弯钩的拉接钢筋穿过钢柱腹板@100mm的孔，再用钢筋扳手弯成135°弯钩，钩牢主筋及箍筋。

3.3.2梁柱节点钢筋绑扎

双向梁主筋为18～32，采用滚轧直螺纹连接，箍筋为10@100/200，截面为600mm×2500mm，600mm×1800mm，600mm×1100mm，500mm×950mm等，经多次与设计讨论研究梁柱节点处的钢筋绑扎，先安装绑扎梁底以下柱箍筋、穿外筒柱与内筒的主梁主筋及箍筋绑扎，此梁主筋穿过钢柱腹板上的250mm×800mm的预留洞，再穿外筒柱之间的交叉暗梁、框筒梁主筋及箍筋绑扎，此框筒梁上、下外侧双排各4根主筋由钢柱外侧穿过并与下一根梁筋连通，中间的双排4根钢筋遇到钢柱后向下弯曲90°并锚牢在混凝土柱内，最后进行梁柱节点处柱箍筋的绑扎，穿拉接筋并绑扎。

3.4外筒柱模板施工

3.4.1模板施工方案

由于外筒柱中有型钢柱，在长、宽方向均无法穿模板加固用的对拉螺栓，因此外筒柱模板支撑体系采用［10加固体系，下部5排按300mm间距设置，上部按400mm间距1道设置，槽钢两端利用φ16粗扣螺栓拉紧固定，模板采用18mm厚覆膜多层板，外侧采用50mm×100mm木方竖向背楞，间距287mm。

3.4.2模板基本参数计算

柱模板的截面宽度B=800mm，截面高度H=1200mm，计算高度L=5000mm，柱箍间距计算跨度d=400mm。柱箍采用［10钢U形口竖向，柱模板竖楞木方截面宽50mm，高100mm。参数计算包括:柱模板荷载标准值计算；2个方向柱箍计算；2个方向对拉螺栓计算；对拉螺栓直径取16mm。经过计算，柱箍及对拉螺栓均能满足柱混凝土施工要求，柱模板支撑计算简图如图7所示。

图7柱模板计算

3.5混凝土施工质量控制

3.5.1免振自密实混凝土

由于地下1层地下室的柱截面比首层柱截面大，其柱主筋在－0.050m处向柱内弯90°，首层柱主筋在此处要重新生根，并且设有地下室顶板的纵横向梁，因此，梁柱节点处钢筋较密，而且按设计要求，其箍筋135°弯钩后平直段长度为10d，按此方式绑扎的钢筋给混凝土浇筑带来极大困难，混凝土难以通过，振捣棒无法插入到柱内，普通配合比的C40P10抗渗混凝土无法满足施工要求。为此，经与设计协商，地下1层－2.000～－0.050m外墙板及柱采用C40P10免振自密实抗渗混凝土进行浇筑。此混凝土中掺加了大量硅粉，且石子粒径均＜10mm，和易性好，无需振捣，强度达到设计要求且表面无气泡，表面观感非常好。

3.5.2高强混凝土

在首层以上的外筒梁柱施工中，经与设计协商，适当改变梁筋的位置等，使竖向形成局部较大空隙，并且多次调整混凝土的施工配合比，充分考虑运输过程中高强混凝土坍落度的损失，确保混凝土运到施工现场时坍落度为18～22cm，便于C60高强混凝土的浇筑及振捣。通过各项改进，使普通C60高强混凝土能够顺利通过此钢筋较密处，振捣棒也可以插入到柱内振捣。

柱浇筑混凝土前，用清水将模板及柱内杂物冲洗干净且不能有积水，封堵柱模清扫口，人工往柱内灌入50mm厚的与混凝土配合比相同的减石子砂浆。柱混凝土分层浇筑，每层浇筑柱混凝土的厚度为50cm，振捣棒不得触动钢筋和钢柱，振捣棒插入点要均匀，防止多振或漏振。下料时使软管在柱上口来回挪动，使之均匀下料，防止骨浆分离。对于柱和梁板混凝土强度等级不同，在距柱150mm的梁内垂直设置多层钢丝网，绑扎牢固严密，先浇筑柱头处强度等级较高的混凝土，混凝土初凝前再浇筑梁板混凝土。

4结语

总之，为保证劲性混凝土结构施工的质量，应严格审核深化施工设计，编制详细可行的施工方案，严格控制材料构件的加工制作安装质量，做好施工实时监测，及时消除质量隐患，并在实践中不断获取施工管理经验，强化管理意识以及责任心，确保劲性混凝土结构工程项目的顺利进行。

参考文献:

[1]赵阳、刘小刚、穆静波.超高层建筑钢板混凝土组合结构施工技术[J].施工技术.2016(18).

[2]李帅.浅析超高层型钢混凝土结构转换层钢结构节点深化设计与施工技术[J].门窗.2015(03).