申景濤

(中鐵城建集團(tuán)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410208)

1 引言

近年來(lái)，超高層建筑在各大城市不斷發(fā)展，大多數(shù)的超高層建筑采用了核心筒＋鋼-混組合外框結(jié)構(gòu)，此類建筑的外框柱多數(shù)內(nèi)置型鋼柱，具有截面大和異型等特點(diǎn)，為滿足建筑整體外形的要求，一些外框柱還設(shè)置了一定傾斜度，在一定程度上增加了外框柱的施工難度，常規(guī)的施工方法已經(jīng)難以滿足此類框架柱的施工需求。某超高層項(xiàng)目通過(guò)采用高層定位測(cè)量和自主創(chuàng)新的柱定位、模板加固技術(shù)措施攻克了柱截面大、柱身傾斜、柱模板難以加固、梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土質(zhì)量難控制等難題[1]，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，首次應(yīng)用取得成功，大大方便了施工，同時(shí)確保了施工工期和質(zhì)量。

2 工程概況

本工程為超高層辦公樓和公寓樓工程，建筑面積164 130 m2，建筑高度226.7 m。結(jié)構(gòu)類型為鋼-混組合外框-鋼筋混凝土核心筒，地下3層，地上47層，層高4.4 m。外框柱為型鋼混凝土柱，外框鋼柱有兩種形式，一種為“H”型鋼，截面尺寸為800×800×25×25、400×200×30×30；一種為圓鋼管，截面尺寸為 φ1 200×30、φ1 000×30、φ900×30，柱內(nèi)需灌注混凝土，強(qiáng)度為 C60、C55、C50。

結(jié)構(gòu)里面為內(nèi)收形態(tài)，外框柱具有一定的傾斜度，受風(fēng)荷載和施工操作條件影響，柱模板施工固定精度控制難度大，施工十分困難。

3 施工重難點(diǎn)

(1)外框柱為斜柱，截面大，層高較高，柱模板安裝固定精度控制難度大。

(2)建筑高度高，外圍鋼柱直徑、壁厚較大，高空焊接質(zhì)量不易把握，鋼柱安裝精度控制難度大[2]。

(3)受風(fēng)力、日照、溫差等多種動(dòng)態(tài)作用的影響，建筑物處于偏擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此如何保證外框鋼柱位移變化受控，以保證安裝的精度將是本工程測(cè)量的一個(gè)難點(diǎn)。

(4)施工期核心筒領(lǐng)先工況下受結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、混凝土收縮、徐變的影響導(dǎo)致建筑標(biāo)高、層高與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值存在一定的差異。內(nèi)外筒壓縮變形的差異性將造成內(nèi)外筒間的聯(lián)系構(gòu)件出現(xiàn)較大的內(nèi)應(yīng)力。

(5)高空澆筑柱內(nèi)混凝土困難，且混凝土強(qiáng)度較高，流動(dòng)性不好，柱內(nèi)混凝土不容易灌注密實(shí)。

4 測(cè)量定位、監(jiān)測(cè)

(1)采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，設(shè)置一套主控網(wǎng)同時(shí)控制內(nèi)外筒測(cè)量作業(yè)，避免內(nèi)外筒測(cè)量誤差。設(shè)置第二套獨(dú)立復(fù)核控制網(wǎng)，逐層跟進(jìn)復(fù)核測(cè)量精度。

(2)根據(jù)選定的施工工序，模擬施工工況計(jì)算建筑物變形并提供預(yù)控預(yù)調(diào)方案，對(duì)施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位反饋?zhàn)冃螖?shù)據(jù)，確保外框柱變形處于受控狀態(tài)。結(jié)合監(jiān)測(cè)及虛擬仿真驗(yàn)算，復(fù)核主控網(wǎng)的精度并指導(dǎo)壓縮、沉降等變形調(diào)整[3]。

(3)運(yùn)用GPS技術(shù)可實(shí)施不間斷動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)鋼柱位移變化情況，求出外框柱的移動(dòng)軌跡，對(duì)人工測(cè)放的豎向測(cè)量平臺(tái)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行修正，確定下一層鋼柱放樣的方法，以保證安裝的精度[4]。

(4)測(cè)量施工前，計(jì)算出每個(gè)構(gòu)件控制點(diǎn)位的坐標(biāo)，模擬構(gòu)件安裝及構(gòu)件控制點(diǎn)位的測(cè)量，施工時(shí)，保證快、精、準(zhǔn)地進(jìn)行測(cè)量控制[5]。

5 外框柱的施工

5.1 鋼柱的安裝、校正、焊接

(1)鋼柱安裝主要依靠塔吊吊裝，鋼柱原則上每?jī)蓪右欢?高度8.8 m)。鋼柱對(duì)接時(shí)用連接板將其臨時(shí)固定，焊接完成后再將連接板、吊耳割除，用專用的操作平臺(tái)固定在鋼柱上方便人員操作。

(2)鋼柱校正時(shí)在鋼柱頂部放置棱鏡頭，用全站儀按坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行校正。當(dāng)鋼柱位置有偏差時(shí)在分段部位用千斤頂進(jìn)行調(diào)整，校正完成后用連接板做臨時(shí)固定[6]。外框鋼柱測(cè)量校正如圖1所示。

(3)鋼柱校正并固定完畢后開始焊接，其接頭形式為坡口全熔透焊接，焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)。采用對(duì)稱焊法，收縮量大的部分先焊，收縮量小的部分后焊，焊接順序由內(nèi)向外，讓焊縫的收縮變形始終可以自由進(jìn)行[7]，焊接順序如圖2所示。焊接完成后由第三方檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)，采用超聲波檢測(cè)對(duì)焊縫進(jìn)行探傷，檢測(cè)合格后方可進(jìn)入下道工序。

圖1 外框鋼柱測(cè)量校正示意

圖2 焊接順序示意

5.2 自密實(shí)混凝土灌注

型鋼柱有兩種形式，一種為“H”型鋼，一種為圓鋼管，圓鋼管內(nèi)需灌注混凝土。由于鋼柱頂部除臨時(shí)操作平臺(tái)外無(wú)任何平面滿足施工人員活動(dòng)，灌注鋼柱內(nèi)混凝土的過(guò)程中無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效振搗。為確保鋼柱內(nèi)混凝土密實(shí)，鋼管柱內(nèi)混凝土采用高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土，采用塔吊、漏斗吊運(yùn)混凝土直接進(jìn)行灌注，避免了高空振搗混凝土的困難。

鋼管柱內(nèi)混凝土終凝后用錘擊法檢測(cè)鋼管內(nèi)混凝土的密實(shí)情況，確保上一節(jié)柱內(nèi)混凝土密實(shí)后方可進(jìn)行下一節(jié)柱的安裝施工。

5.3 加焊柱邊定位角鋼

在樓板壓型鋼板安裝前，在該層鋼梁上按柱截面大小焊接一圈角鋼[8]，角鋼定位必須準(zhǔn)確無(wú)誤，使其既可作為該層樓板壓型鋼板的支座，又可作為外框柱安裝模板的定位依據(jù)。因此角鋼焊接前須先對(duì)其定位進(jìn)行測(cè)量放線，使角鋼內(nèi)側(cè)邊線與本層外框柱的邊線重合[9]。

以辦公樓20層外框柱為例說(shuō)明，下圖3辦公樓20層外框柱傾斜示意圖中豎直方向的兩條黑色線分別為外框柱的內(nèi)、外邊線，左側(cè)點(diǎn)畫線為AH軸，右側(cè)虛線為外框柱的中心線。20層樓層高度4 400 mm，20層、21層樓板厚度均為130 mm。

圖3 辦公樓20層外框柱傾斜示意

如圖3所示，外框柱中心線在20層樓面高度與A-H軸的距離L1＝691 mm；

外框柱中心線在21層樓面高度與A-H軸的距離L2＝742 mm；

則20層外框柱在本層內(nèi)的偏移距離為L(zhǎng)＝L1-L2＝742-691＝51 mm；

樓層高度H＝4 400 mm；

因此20層外框柱的斜率K＝L/H＝0.011 6；

由于20層外框柱頂?shù)慕卿撐挥?1層樓板下部，樓板厚度ΔH＝130 mm；

因此，角鋼的偏移距離L′＝L-ΔL＝L-K·ΔH＝51-0.011 6×130＝49.5 mm。

經(jīng)計(jì)算可知L′≈L，即外框柱與樓板重合部分偏移量極小，在實(shí)際施工過(guò)程中可忽略不計(jì)，因此在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量定位過(guò)程中依圖3辦公樓西、南剖面圖所示各層偏移尺寸為準(zhǔn)即可。

焊接時(shí)，角鋼內(nèi)側(cè)邊緣與本層外框柱邊線重合，角鋼焊接定位必須準(zhǔn)確、方正。外框柱模板安裝時(shí)將模板的上邊緣與角鋼的下端緊貼并平齊(模板與角鋼厚度均為10 mm)，為防止模板與角鋼之間形成縫隙，在模板外側(cè)另加200 mm高的模板條用以封堵，以免在混凝土澆筑過(guò)程中發(fā)生漏漿。角鋼焊接部位示意如圖4所示。

圖4 角鋼焊接部位示意

5.4 外框柱放線定位

樓板混凝土澆筑完成，且在外框柱綁扎鋼筋及安裝模板前先在柱底樓板面放外框柱定位線。在外框柱周圍用墨線彈出柱邊線以及柱邊的300 mm控制線，依據(jù)邊線及控制線焊接柱模板定位卡。

按設(shè)計(jì)圖紙要求，外框柱5層以上每層都向核心筒方向有不同程度的偏移，因此外框柱正對(duì)及背對(duì)相應(yīng)核心筒剪力墻的兩個(gè)面并非豎直。為方便控制其偏移程度，柱邊的300 mm控制線分為兩種形式，即:

(1)外框柱豎直的兩個(gè)面的300 mm控制線即為標(biāo)準(zhǔn)的300 mm控制線。

(2)外框柱非豎直的兩個(gè)面的300 mm控制線為本層柱頂?shù)?00 mm控制線，也即柱頂部焊接的角鋼在本層樓板面上投影線的300 mm控制線。具體詳見圖5。

圖5 柱身定位控制線示意

5.5 外框柱鋼筋施工

為確保外框柱斜度，需保證鋼筋保護(hù)層合理。由于柱鋼筋底部已固定，且柱頂?shù)倪吘€已由柱頂焊接的角鋼確定，因此在柱鋼筋綁扎過(guò)程中只需保證柱頂鋼筋保護(hù)層合理，則可確保外框柱的傾斜度[10]。

由于外框結(jié)構(gòu)的梁為鋼梁，部分與鋼梁翼緣板位置重合的外框柱主筋無(wú)法上下貫通，且梁柱節(jié)點(diǎn)部位的外框柱箍筋受鋼梁腹板影響無(wú)法采用封閉箍筋施工，針對(duì)此問(wèn)題，在征得設(shè)計(jì)單位同意的前提下采用以下方案:

(1)在與外框柱主筋重合的鋼梁翼緣板相應(yīng)部位焊接鋼筋接駁器(鋼筋接駁器的位置由項(xiàng)目部技術(shù)人員根據(jù)柱的斜率和梁高換算后確定，焊接工作由鋼構(gòu)件廠家實(shí)施)，外框柱主筋分為兩段，每段鋼筋分別與上、下層鋼梁翼緣板上的鋼筋接駁器連接，并在柱中部位采用單面搭接焊連接，焊縫長(zhǎng)度不小于10d[11]。

(2)在與外框柱主筋重合的鋼梁翼緣板相應(yīng)部位開孔(開孔的位置由項(xiàng)目部技術(shù)人員根據(jù)柱的斜率和梁高換算后確定，開孔工作由鋼構(gòu)件加工廠負(fù)責(zé))，柱主筋從鋼梁翼緣板上的孔洞中穿過(guò)，從而確保了主筋上下貫通[12]。具體詳見圖6。

(3)梁柱節(jié)點(diǎn)部位箍筋采用“U”型開口箍，開口箍相互搭接，并單面焊接，焊縫長(zhǎng)度同樣不小于10d。具體詳見圖7。

圖6 柱筋穿鋼梁節(jié)點(diǎn)示意

5.6 模板安裝

由于外框柱具有不同程度的傾斜，傾斜程度不同則其斜面的實(shí)際總長(zhǎng)度也不同，因此固定尺寸的定型模板不適用于此類柱的模板施工。

圖7 梁柱節(jié)點(diǎn)箍筋做法示意

外框柱選用木模板，次龍骨采用50 mm×50 mm的方鋼管，配合定型方圓扣緊固件加固。柱體上端由于受鋼梁影響，無(wú)法采用方圓扣緊固件加固，因此采用拉桿＋螺母加固的方式，即在柱內(nèi)鋼管柱上焊接拉桿，在模板外部采用雙鋼管做主龍骨。同時(shí)采用鋼管、U托并借助鋼梁加勁肋對(duì)模板進(jìn)行斜撐、對(duì)頂，確保梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土成型質(zhì)量。

模板定位時(shí)，豎直面可采用激光垂準(zhǔn)儀控制垂直度。非豎直面則依據(jù)柱底定位卡具與柱頂焊接的角鋼進(jìn)行定位，采用吊鉛垂線的方法進(jìn)行檢測(cè)。具體詳見圖8。

圖8 柱模及柱頂加固示意

6 結(jié)論

通過(guò)工程實(shí)踐和檢驗(yàn)證明，項(xiàng)目利用超高層測(cè)量定位技術(shù)和自主創(chuàng)新的柱定位和模板加固技術(shù)措施解決了大截面外框斜柱施工難題，確保了柱的傾斜度和柱身混凝土質(zhì)量，柱身達(dá)到清水混凝土效果，首次實(shí)踐取得成功，具有較大的推廣價(jià)值和較好的應(yīng)用前景。