型钢混凝土柱施工工艺.docx
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型钢混凝土柱施工工艺
型钢混凝土柱施工工艺
一.工艺特点
1.为了解决型钢混凝土框架中的梁、柱节点处型钢及钢筋在空间上的矛盾，以实现柱中主筋自下而上连续、贯通，保证其整体性，在型钢梁、柱加工前需进行钢筋穿孔位置的深化设计；另外，为了模板支设时对拉螺栓的使用，还得进行型钢柱上对拉螺栓眼位置的深化设计。
2.“型钢柱”柱顶柱主筋通过塞焊连接于“型钢柱”柱顶锚固钢板，钢筋自动成为锚板的锚筋，且节省了钢筋的锚固用量。
3.场馆四周型钢混凝土框架结构相对独立，模板支设难度大。
施工时需搭设单独的操作架及梁、柱支撑体系。
4.型钢柱高度大，混凝土浇筑时混凝土对模板有很大的侧压力，这对模板方案的选择提出了很高的要求，科学、合理、易操作的模板施工技术对工程的质量、安全、成本等至关重要。
5.型钢梁、柱节点处，“工”字型型钢梁占据了节点处的大量空间、且“王”字型型钢周围主筋密集，混凝土浇筑时下灰困难。
6.部分型钢柱柱间有钢斜撑，柱侧模支设困难。
7.自密实混凝土施工操作工艺简单，劳动强度小，混凝土浇筑质量容易控制。
二.适用范围
本工法适用于大跨度、重荷载和超高层建筑中的型钢混凝土框架结构体系。
三.工艺原理
1.型钢混凝土框架结构利用型钢、钢筋及混凝土协同作用的原理，大大提高了结构的承载力、刚度、抗震性能。
2.在型钢梁和钢支撑节点区域变截面翼缘板上适当开孔，保证了型钢梁柱节点处钢筋的连接质量和节点区域的设计抗力。
3.自密实混凝土在型钢混凝土柱中的应用，解决了型钢框架中钢筋密集部位的混凝土振捣不密实和振捣困难的施工难题。
4.利用侧压力试验确定了超高型钢柱混凝土浇筑时对模板的侧压力计算公式。
四.工艺流程和操作要点
1.施工工艺流程
施工工艺流程如下图所示：
2.操作要点
⑴.深化设计
①.对拉螺栓孔深化设计
根据模板方案设计，型钢柱螺栓竖向间距为900㎜，柱底第一道对拉螺栓距地面200㎜。
深化设计时需确定对拉螺栓孔的位置。
型钢柱在厂家加工时根据深化设计结果，在型钢柱腹板上开直径为30㎜的圆孔。
②.型钢梁翼缘上钢筋孔深化设计
型钢梁柱节点处由于型钢梁和钢支撑的牛腿存在，其翼缘影响型钢柱主筋在其宽度范围内顺利通过，在型钢梁、柱加工前需进行型钢柱主筋位置的排布方式和主筋穿型钢梁翼缘的方式的深化设计。
下图为型钢混凝土框架典型节点模型图：
1）型钢柱主筋排布方式深化设计时需考虑以下项目：
主筋间最大间距不得太大，以控制柱侧收缩裂缝。
柱纵筋和梁水平筋的位置关系。
型钢柱混凝土的保护层厚度。
钢筋和型钢梁、钢支撑的关系（腹板，翼缘板）。
柱侧双向有型钢梁时还需考虑梁水平筋的X向、Y向的交错关系。
2）型钢柱主筋穿型钢梁翼缘方式的深化设计时需考虑以下项目：
柱主筋直径及孔径的关系。
开孔面积对翼缘的削弱程度。
型钢柱柱主筋的排布形式。
⑵.型钢柱安装
①.施测方法
1）轴线、中心线测量
对已安装完的劲性构件的定位轴线和中心线进行复验检查，监理单位验收合格后方可进行下道工序施工。
2）标高测量
依据甲方提供的原始水准点，对任意一个水准点桩进行测定。
往、返各测2次，所测得的高程之差不大于3㎜为合格，取平均值作为最后观测结果。
利用已测定的水准点桩，使用N3水准仪对其它点桩进行测定，往、返各测一次，2次观测结果不大于±0.5㎜为合格。
3）垂直度的控制
使用2台经纬仪，按正交的方法，对劲性柱进行垂直校正。
②.型钢柱吊装
1）吊点采用工厂制作时设置的专用钢板制吊耳，每根钢柱设置2个吊耳，直接焊在钢柱的顶部两侧，吊耳距顶面10㎝，同时柱体翼缘板上焊接四个拴倒链的耳板。
2）柱子起吊前为保证柱子稳定性，采用4根Ф14㎜钢丝绳作为缆风绳，分别栓在柱子顶部，做为找正、临时固定使用。
选用两根6×37（GB1102—74）Ф30㎜钢丝绳作为吊装索具，将柱头两侧吊耳吊起，见下图所示。
柱子安装就位采用四个倒链。
3）型钢柱吊装方法采用直吊法，吊装设备为现场布置的四台塔吊和150t汽车吊。
钢柱起吊时钢丝绳固定在起重机吊钩上，起重机收钩，直到柱身呈直立状态，然后将柱吊离地面50㎝时应停机检查吊索具是否安全可靠，确认无误后升到安装高度，移到就位柱上方，缓慢下降，对正位置后，用连接板安装螺栓进行固定，同时将揽风绳及地面地锚固定。
⑶.施工脚手架搭设
型钢柱钢筋绑扎前需根据柱高在型钢柱四周搭设施工作业架，作业架为双排架，在四个方向上连成整体。
作业架立杆及型钢柱间的距离的确定需考虑模板加固时的空间需求。
钢筋绑扎时利用小横杆挑出操作面，模板安装时拆除挑出的操作面，工人直接站在作业架内进行操作。
⑷.钢筋加工
第一节型钢柱的高度为地下室的层高，由于地下室层高层高限制，固钢筋加工时需考虑主筋从基础梁顶面的甩出长度，若甩出长度太长会给型钢柱的安装带来困难（牛腿及钢筋打架），且为钢筋顺利穿过型钢梁翼缘孔造成不便（没有调节空间）。
柱顶钢筋加工时，钢筋长度需根据现场实际情况确定，若钢筋太短不能升出柱顶锚固板造成二次加工；若钢筋太长便造成钢筋浪费。
⑸.钢筋安装
型钢柱主筋在基础梁内插筋时，需严格按照主筋位置排布的深化设计结果进行插筋，必须保证穿过型钢梁翼缘板的主筋位置准确，且在柱子的整个施工过程中需该部分钢筋的竖直度。
穿过型钢梁或钢支撑牛腿翼缘板的主筋安装时先将待连接的钢筋从下往上穿过穿筋孔，然后利用专用套筒及下端钢筋连接。
型钢柱主筋穿型钢梁翼缘方式如下图所示。
型钢混凝土框架节点处的箍筋由于受到型钢梁、钢支撑牛腿腹板的影响只能加工成开口套，该部分箍筋安装时，需及腹板上预焊的胡子筋（在工厂预焊）焊接，如下图所示：
由于型钢梁和钢支撑截面占据了框架节点处的大量空间，型钢柱主筋不能象普通钢筋混凝土框架梁柱节点那样具备弯折和锚固空间。
在型钢柱柱顶设置锚固钢板，型钢柱主筋可以不用弯折直接锚固在柱顶锚固钢板上。
柱顶锚固钢板加工时需根据主筋排布方式深化设计结果预留出钢筋孔，柱顶钢筋安装时穿过柱顶钢板上的预留孔后，切除多余的钢筋头，进行塞焊，焊缝需充满预留孔及钢筋间的空隙，焊缝顶部应及锚固板顶面平齐。
柱顶主筋锚固如下图所示。
⑹.模板设计、加工、安装
①.模板设计
1）计算模型研究
传统模板设计时，混凝土侧压力值计算有两种方法：
型钢柱混凝土采用自密实混凝土。
自密实混凝土呈高流态，其对模板的侧压力及浇筑高度有关，相比之下利用公式二对自密实混凝土产生的侧压力进行计算更科学合理。
但需进行修正，其计算公式模型应为：
式中：
——为折减系数。
值的确定对模板体系设计至关重要，通过对自密实混凝土浇筑时的侧压力
现场测试试验，得到
合理数值为0.5～0.6。
下图为现场试验照片。
2）模板体系设计
经过计算，超高型钢柱模板体系设计为下表所示：
表：
型钢柱模板体系
面板类型
龙骨类型
柱箍间距
2层18㎜厚木胶合板
H200木工字梁竖龙骨，间距230㎜；100×50×5.3双方钢管柱箍+Φ16对拉螺栓
柱箍间距：
6m以下300㎜，6m以上450㎜；穿墙螺栓间距450㎜
3）内层模板使用新模板，按照建筑师的设计理念，水平蝉缝竖向间距2.0m，柱边长大于1.2m时设置居中竖向蝉缝，外层模板使用旧木胶合板。
②.模板加工
1）模板连接：
模板面板及木工字梁用钢钉连接，钉眼用腻子刮平，板缝用玻璃胶嵌填严实。
2）木工字梁接高：
由于柱模板加工高度高，标准木工字梁长度无法满足要求，采用接高件的方法接长木工字梁，加高件为两片加工好的80×600×6㎜钢板，在每根木工字梁端头用2根六角螺栓固定，相邻木工字梁接头间隔错开。
3）吊钩安装：
模板吊钩安装在模板边第二根工字梁端部。
吊钩形式如图5.2.6-2：
③.模板安装
1）模板利用塔吊吊装，下图为现场施工照片：
2）模板下口无顶板或型钢梁时，在下一层柱顶设置柱箍，柱箍及模板下口
间设置100㎜×100㎜方木支撑，如下图所示：
3）模板加固使用可拆式对拉螺栓（三节头），对拉螺栓两端及模板接触处分别套一硬聚酯锥套，锥套外侧及模板接触面顶紧，锥套及模板之间还要加一个直径及锥套相同的密封条垫圈，确保混凝土不漏浆，对拉螺栓详图如下图所示。
⑺.混凝土浇筑
由于型钢柱单次施工高度大，最高单次浇筑高度达13.5m，型钢柱中有“王”字形型钢，型钢周围钢筋密集，且柱顶有型钢梁的影响，用普通混凝土很难浇筑，选用具有自流平和自密实性能的自密实混凝土能很好的保证施工质量。
自密实混凝土利用汽车泵进行泵送。
由于型钢柱中“王”字形型钢的存在，柱截面被分为四个区，混凝土浇筑时从四个分区间隔下灰，以免从一个区连续下灰致使一侧模板压力过大，造成模板移位。
混凝土浇筑速度不能过快，每次下灰高度控制在0.5m左右，两次下灰时间间隔控制在15分钟左右，这样可避免模板侧压力过大而致使模板体系涨坏。
由于型钢柱单次浇筑高度高，且钢筋密集，混凝土浇筑时必须利用振捣棒辅助振捣，这样可以减少混凝土表面的气泡、麻面等质量缺陷，但振捣持续时间不能过长，一般每个振捣点振捣时间不超过3秒。
混凝土浇筑时利用橡皮锤敲击模板外侧，尤其是柱子四角处应多敲击，这样可以检查混凝土浇筑是否密实，而且有利于排除混凝土内部的气孔。
五.材料
1.型钢柱材料
⑴.钢材：
型钢柱翼缘、腹板钢材为Q345-C，钢板厚度20㎜时。
⑵.螺栓：
螺栓主要采用10.9S的扭剪型高强度螺栓。
⑶.焊丝：
焊接采用二氧化碳气体保护焊，焊丝用JM-56，Φ1.2实芯焊丝。
2.钢筋及连接套筒
型钢柱所用钢筋均为RRB400，其中主筋连接采用滚压直螺纹接头。
3.模板体系材料
⑴.面板材料：
18㎜厚木多层板。
⑵.龙骨材料：
竖楞：
H200高木工字梁；
柱箍：
100×50×5.3方钢管柱箍；
对拉螺栓：
Φ16可拆式对拉螺栓（三接头）。
4.自密实混凝土
⑴.原材料选择
①.水泥
工程中自密实混凝土选用冀东水泥公司生产的P.O42.5水泥。
②.掺和料
工程中自密实混凝土选用I级粉煤灰，其各项指标均符合GB/T1596－2005的要求，具有较高的活性，能改善混凝土的和易性、可泵性，并可提高混凝土基材的密实度和抗腐蚀性等特点。
③.外加剂的使用
自密实混凝土中使用了JG-2A、UEA外加剂。
外加剂及选用的水泥有良好的相容性，能保持拌和物的高流动性和可泵性。
④.集料
选用连续级配的5~20㎜的碎石。
砂的细度模数在2.6~2.9之间。
⑵.配合比确定
自密实混凝土的砂率控制在45%~50%。
另外，为满足混凝土的强度和耐久性，混凝土的水胶比不大于0.40，可用掺和料调节混凝土的强度和耐久性。
坍落度要求为：
250～270㎜，扩展度要求为：
500～700㎜。
⑶.配合比的调整和选定
经过多次试配和优选，通过检测混凝土拌和物的坍落度、扩展度、抗压强度等各种性能。
六.质量标准及保证措施
1.工程质量控制标准
⑴.型钢柱安装质量
型钢柱安装质量执行河北省地方标准，允许偏差按7.1.1表执行。
表：
型钢柱安装允许偏差及检查方法
序号
项目
允许偏差值（㎜）
检查方法
1
地脚螺栓位移
1
经纬仪
尺量
2
底层柱对定位轴线
2
3
地脚螺栓标高
2
水准仪
尺量
4
基础上住底标高
±2
5
柱主筋保护层厚度
±3
用钢尺检查
6
单节柱垂直度
8
经纬仪
尺量
7
整体结构垂直度
20
⑵.钢筋工程安装质量
型钢柱钢筋工程安装质量执行河北省地方标准，允许偏差按下表执行。
表：
钢筋工程安装允许偏差及检查方法
项次
项目
允许偏差值（㎜）
检查方法
1
绑扎骨架
宽、高
±5
尺量
长
±10
2
主筋间距
±10
尺量
3
箍筋间距
±10
尺量
连续5个间距
4
柱主筋保护层厚度
±3
尺量
⑶.模板工程安装质量
型钢柱模板工程安装质量执行河北省地方标准，允许偏差按下表执行。
表：
模板工程安装允许偏差及检查方法
序号
项目
允许偏差（㎜）
检测方法
1
轴线位置
3
尺量
2
截面模内尺寸
±3
尺量
3
垂直度
3
吊线、尺量
2.质量保证措施
⑴.钢结构安装前应对建筑物的定位轴线、基础轴线和地脚螺栓位置、标高等进行检查，并对基础进行检测和办理交接验收手续。
基础混凝土强度必须达到设计要求方可进行安装；基础轴线标志和标高的基准点要准确、齐全。
⑵.地脚螺栓及支撑面位置必须准确。
⑶.型钢柱安装采用的钢板垫板应设置在靠近地脚螺栓的柱脚底板下，每根柱脚螺栓侧设置两组垫板。
垫板及基础面和柱底面的接触应平整、紧密。
柱脚底板灌浆前，垫板应焊接固定。
⑷.型钢柱吊装时，采用两点吊装法。
吊装就位固定后，设临时支撑，以防受风力或其他外力作用而倾斜。
⑸.型钢柱安装时控制柱脚的平整度和密实性，拧紧柱脚螺栓，掌握好型钢柱的垂直度。
⑹.认真考虑原材料长度，合理配料，控制同一截面中的钢筋接头数量满足规范要求。
⑺.钢筋接头位置、箍筋间距、箍筋弯钩角度必须符合施工规范及设计的要求，并做好隐蔽验收。
⑻.保证水电安装管线在钢筋施工过程中的预埋时间，防止水电安装专业施工破坏或拆除已经绑扎完毕的钢筋。
⑼.柱子支模前应先在底面弹出通线，将柱子位置兜方找中，校正柱子的插筋位置。
⑽.模板竖楞、柱箍、对拉螺栓间距必须严格按方案施工。
⑾.模板安装应拼缝严密平整，保证不漏浆、不错台、不跑模、不涨模、不变形。
⑿.混凝土浇筑速度不能过快，每次下灰高度控制在0.5m左右，两次下灰时间间隔控制在15分钟左右，这样可避免模板侧压力过大而致使模板体系涨坏。
⒀.自密实混凝虽施工操作简单易行，可减小劳动强度，但是施工过程必须加强施工管理，尤其是过程控制。
七.安全控制措施
1.参加钢柱的运输和吊装的作业人员应进行专业安全技术培训，经考试合格后，须取得主管部门的资质证后持证上岗。
2.在高处作业时，必须执行《建筑施工高处作业安全技术操作规范》（JGJ80）有关的规定。
3.起重机吊装作业前应遵守下列规定：
⑴.必须对施工现场作业环境、空架电线、地上建筑物分布情况进行全面了解。
⑵.吊装作业应在平整坚实的场地上进行，起重臂杆起落及有效作业半径和高度范围内不得有障碍物。
⑶.起重机不得支设在各类管线和地下构筑物之上。
⑷.对松软层部位应采取加固处理，加固后的地基必须满足起重要求。
⑸.起重机使用的钢丝绳，其结构形式、规格、强度必须符合该机型起重机的要求。
绳卡的规格、数量应及钢丝绳直径匹配。
4.指挥人员应站在起重机司机和起重工都能看到的地方，并严格按规定的起重信号指挥作业。
起重机司机和起重工必须得到指挥人员明确的信号后，方可进行起重吊装作业。
5.起重吊装作业时应绑扎平稳、牢固，应先将型钢柱吊起50㎝后停止提升，进行安全检查。
检查起重机的稳定性、制动器的可靠性、重物的平稳性、绑扎的牢固性，确认无误后方可再行提升。
6.起吊时钢柱下严禁站人。
及吊装作业无关的人员和不直接参加吊装的人员不得进入吊装作业区域内。
型钢柱起吊提升和降落速度应均匀平稳。
严禁忽快忽慢或突然制动。
塔吊吊装作业中遇有停电或其它特殊情况，应将钢柱落至地面，不得悬空。
7.钢柱吊装全过程，应有专人负责观察钢柱的强度、刚度和稳定性，检查杆件的受力变形情况，如发现问题及时处理。
8.高空作业人员应配带工具袋，工具应放入工具袋中，不得放在容易失落的地方，所有手动工具（如扳手、撬棍等）应穿上绳子套在安全带或手腕上，防止失落伤及他人。
9.钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑用施工操作架必须经安全管理人员验收合格方可使用。
施工过程中安全人员应随时跟踪检查。
10.高空作业人员严禁带病作业，禁止酒后作业，作业时必须系好安全带。
11.建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。
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