型钢混凝土斜交转换柱施工技术解析

型钢混凝土斜交转换柱施工技术解析

许黔

贵阳城市建设工程集团有限责任公司

摘要：近几年，国内外高层建筑发展迅速，现代高层建筑越建越高，向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展[1]。从建筑功能上看，上部需要较多墙体以满足小开间的旅馆和住宅；中部需要较小的室内空间，以满足办公用房的功能要求；下部则需要尽可能大的自由灵活的大空间，尽量减少墙体，以满足商场、餐厅等公用设施的功能要求。而这些功能要求正好与下部结构墙体多、柱网密、受力大、刚度大，上部墙柱少受力小的受力特点相反[2]。因此，为了实现这种结构布置，就必须在结构形式转换的楼层设置转换构件，即转换层结构。目前，这类建筑已成为现代高层建筑发展的一种趋势。

一、 技术解析

1、采用BIM指导施工

采用TEKLA Structures[6]专业钢结构建模深化设计软件对钢柱进行建模分析，主要对型钢混凝土斜交转换柱吊装施工过程进行模拟，明确钢构分段及吊装方式，确保节点施工质量。对劳务作业人员采用三维技术交底，使其提高型钢混凝土斜交转换柱施工效率。三维模型见图2.1-1。

图2.1-1  型钢混凝土斜交转换柱BIM三维模型    

2、采用连接板进行梁柱节点型钢—箍筋连接

进行三维节点碰撞检查，根据碰撞问题报告，提出采用连接板进行梁柱节点区域型钢—箍筋的连接方式，减少了型钢加工过程中的开孔，提高了施工现场箍筋连接的施工效率，确保了节点的施工质量。

3、 采用楼板预埋钢筋斜向加固斜交转换柱

斜交转换柱模板加固过程中，采用在斜交柱下方楼板中预埋C20短钢筋的方式斜向加固斜交转换柱，确保斜交转换柱加固牢固，架体稳定。

三、型钢混凝土斜交转换柱施工工艺及操作要点

型钢混凝土斜交转换柱施工工艺流程主要分为：型钢柱的深化设计、型钢柱加工制作、型钢柱吊装、焊接及检测、钢筋绑扎、模板加固及混凝土浇筑，其主要工艺流程如图5-1所示：

图5-1  型钢混凝土斜交转换柱施工工艺流程图

1、型钢柱的深化设计

根据结构施工蓝图及钢结构相关规范，对钢结构部分进行深化设计，主要以吊装方便、施工时间短、现场焊接量少、施工质量可控为原则，同时考虑降低混凝土浇筑难度等问题。深化设计完成后，经设计院审核确认，作为加工、施工依据。

2、型钢柱的制作

型钢柱在工厂根据深化设计图制作成型，做好外观及焊缝探伤检测后方可出厂，工厂加工制作流程如图5.2-1。在钢结构施工前进行型钢柱组装、焊接工艺评定，并对组装试件进行检查，合格后方可施工。

图5.2-1 H型钢柱制作流程示意图

3、 型钢柱的安装

3.1型钢柱分段

贵阳花果园R1区7#楼，转换层每层8根斜交转换柱，为方便安装，确保安装精度，将斜交转换柱型钢柱（四层、机电夹层、五层、共三层，高12.05m）合成整体考虑，斜柱上下端与中间部分分离，如图5-3.1-1，斜交转换柱分为1、2、3、4共四部分，斜交转换柱起脚部分与钢管叠合柱在工厂焊接，斜交转换柱分为段1和段2，分段位置在6层板面（斜交转换柱节点）以下1.8m。

图5.3.1-1  型钢柱分段示意图               

4、 斜交转换柱的钢筋安装

利用三维软件模型，根据施工蓝图，按照钢筋大小、定位、间距对斜交转换柱钢筋放样，在模型中根据碰撞情况对受到钢柱、钢梁、加腋钢结构等影响的钢筋进行优化。

5、型钢混凝土斜交转换柱模板安装及加固

斜交转换柱尺寸为1400mm×1600mm，加固方式同钢管叠合柱加固方式：柱模板采用15mm 厚高强度覆面木胶合板，次楞用钢管，间距200mm；柱箍采用双槽钢（10#），竖向间距500mm，M20螺杆四角加固，加配套螺母加固，双螺帽，主楞起步步距为200mm，其余步距为500mm，如图5.5-1所示。

型钢叠合柱和斜交转换柱节点处，沿叠合柱高度500mm布置柱箍加固，节点最大边长3.4m，边长大于1.6m时，中间加设2道M16对拉螺杆，与型钢焊接。沿柱宽布置三根钢管斜向加固。回顶钢管采用水平杆连接成整体，为保证斜向钢管整体性及均匀受力，避免钢管滑移，在混凝土板面预埋短钢筋，将斜向支撑钢管套在板面钢筋上。

图5.5-1  型钢混凝土斜交转换柱模板安装及加固示意图

6、型钢混凝土斜交转换柱混凝土浇筑

斜交转换柱钢筋较密，且混凝土为斜向流下，易离析。经与设计沟通，将C60混凝土改为C60自密实混凝土浇筑。浇筑过程中安排工人在柱模板外侧用小锤敲击，确保浇筑密实。

根据混凝土侧压力计算结果，54o斜交转换柱混凝土浇筑顺序如下：

1、从柱底向上浇筑，先浇钢管叠合柱，后浇斜交转换柱；

2、第一段浇筑高度为斜交转换柱分叉位置高10cm，浇筑高度约1.7m；

3、其余分段浇筑高度为1m，分三次浇筑至梁底，如图5.6-1所示；

图5.6-1 斜交转换柱混凝土浇筑示意图      图5.6-2  角柱混凝土浇筑示意图

四 结论

（一）采用TEKLA Structures

专业钢结构建模深化设计软件随钢柱进行建模分析得出，型钢施工过程中采用连接板进行梁柱节点型钢-箍筋连接和采用楼板预埋斜向加固斜交连接柱，能够有效的的提高施工效率和节点的施工质量。

（二）通过贵阳花果园R1区7楼施工案例，分析了型钢混凝土斜交转换柱的施工工艺和操作要点，得出：型钢柱的制作应做好外观及焊缝探伤检测、斜交转换柱的钢筋安装应根据软件模型对钢柱、钢梁、加腋钢结构进行优化、型钢模板安装的要点以及混凝土的浇筑形式。

参考文献

[1]沈萍. 钢筋混凝土错列剪力墙结构的试验研究与理论分析[D].苏州科技学院,2007.

[2]蔡绍怀.我国钢管混凝土结构技术的最新进展[J].土木工程学报,1999(04):16-26.

[3]郑皓予. BIM技术在钢结构施工进程中的研究应用[D].大连理工大学,2018.

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