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型钢混凝土柱及其关联构件施工工艺创新

型钢混凝土柱及其关联构件

（江苏润扬建设工程集团有限公司225654）

[摘要]：本文通过工程实例，分析了型钢混凝土柱及其关联构件（即承台、钢筋混凝土框架梁板等）的施工工艺难点，探讨了该结构体系降低施工难度、保证工程质量的新工艺、新方法，总结了应用新技术并完善和发展新技术的体会底板侧模板采用组合钢模板施工工艺，以期与业界同仁分享、交流。

[关键词]：型钢混凝土后置埋入式柱脚深化设计半装配式安装原位绑扎狭窄空间混凝土浇筑

淮安市楚州中医院病房楼工程，坐落于楚州区淮江公路西侧、耳洞南路北侧。建筑物占地面积1487m2，建筑面积19783m2。框架结构，地下一层，地上十二层，建筑总高度52.80m。是楚州新区南入口的一座标志性建筑，质量目标为江苏省“扬子杯”。

型钢柱的制作和安装由专业分包单位施工。

在型钢混凝土柱组合结构中，由于型钢骨架立于柱截面中心，导致其施工工艺比一般框架结构较为复杂和困难，表现为：

（1）型钢柱埋入式柱脚在现浇钢筋混凝土承台内预埋时，很难进行准确定位和垂直度控制；

（2）型钢柱安装后，框架柱箍筋难以一次性安装就位；

（3）梁纵筋在梁柱节点内贯通难度大，部分可从型钢柱侧边绕行，部分需穿越其腹板或翼缘；

（4）因部分梁纵筋在节点内需穿越型钢柱腹板或翼缘，故梁筋骨架无法采用目前框架梁常用的先架空绑扎后降落就位的方法进行绑扎和安装；

（5）柱模板对拉螺栓穿越型钢柱腹板或翼缘，如同梁纵筋穿越一样有一定难度；

（6）型钢柱占据了柱模内的大量空间，加上梁柱节点处钢筋密集，混凝土下料和振捣较困难。

困难既是挑战也是机遇。项目部一班人积极开展技术攻关活动，主动与设计单位联系，查阅《型钢混凝土组合结构技术规程》及其他相关文献资料，在此基础上拟定了一套切实可行的施工方案，创新了施工工艺，通过科学组织和精心策划，圆满解决了上述施工难题，顺利完成了焊接型钢混凝土柱及其关联构件的施工任务，从而达到了提高框架结构承载力和延性的设计目的。

经创新的型钢混凝土柱及其关联构件施工工艺流程如图2所示：

3.2.1后置埋入式柱脚

设计要求型钢柱的柱脚采用埋入式柱脚锚固于承台，若在承台钢筋绑扎过程中直接将柱脚预埋入承台中，则柱脚很难准确定位，即使预埋时定位准确了，在承台混凝土浇筑过程中也难免位移和倾斜。为了确保型钢柱柱脚位置准确、垂直度符合规范要求，经征得结构设计师同意，我们决定采用后置埋入式柱脚的方法，即先预埋柱脚螺栓，后将柱脚与螺栓连接，见图3。螺栓的稳固要比型钢柱脚容易得多，且后置柱脚可以在有限的范围内调节。

型钢柱柱脚和柱脚螺栓需按3.2.2条要求进行深化设计，包括柱脚螺栓规格、长度、数量、位置以及柱脚上的螺栓孔、穿筋孔等。承台钢筋绑扎时，预埋柱脚螺栓并绑好加强钢筋，然后支设图3所示后浇坑模板兼作柱脚螺栓的稳固措施，后浇坑应大小合适，深度400～500㎜，承台上层面筋遇型钢柱柱脚时，应在规范允许条件下尽量绕行，不能绕行时则从预设的穿筋孔通过，但在后浇坑内外均需分段设置，预留连接长度（胡子筋）并作好保护，以便后期进行正反丝扣型直螺纹连接。承台混凝土浇筑并经养护后，拆除后浇坑模板，清理，施测型钢柱中心线，校验柱脚螺栓位置，然后用C60无收缩细石混凝土座浆、安装柱脚，校验平整、垂直，拧紧螺帽，连接并绑扎后浇坑部位承台上层面筋，最后仍用C60无收缩细石混凝土封闭后浇坑，封闭前应按施工缝作法做好毛化、清理、湿润和渡浆等工作。

（1）型钢柱梁筋穿筋孔深化设计

根据《型钢混凝土组合结构技术规程》，梁纵筋在梁柱节点内需要贯通设置，不宜与型钢柱焊接。因梁、柱相对位置关系和截面大小不同，可能部分梁纵筋可从型钢柱侧边绕行，部分梁纵筋需穿越其腹板或翼缘。为了梁纵筋在梁截面宽度范围内顺利通过型钢柱，在型钢柱加工前需对梁纵筋经过节点处的排布方式和穿筋孔进行深化设计。深化设计时需考虑以下项目：

a.梁纵筋间最小间距不得小于25㎜和钢筋直径，以免混凝土下料和振捣困难；

b.梁纵筋与柱纵筋之间的位置关系，避免二者相抵触；

c.梁、柱纵筋的保护层厚度应符合设计和规范要求；

d.梁纵筋与型钢柱腹板、翼缘之间的位置关系；

e.梁的X向、Y向纵筋的上下交错关系；

f.梁纵筋直径与孔径的关系，一般为d+5㎜；

g.开孔面积对型钢柱腹板或翼缘的削弱程度，梁纵筋应尽可能少地穿越型钢柱，且不宜穿越其翼缘，当梁纵筋必须穿越型钢柱腹板或翼缘时，应会同结构设计师验算腹板截面损失率或翼缘预留孔处截面承载力。

本工程梁纵筋贯通节点排布方式见图4。对于边框架和纵向框架，其框架梁布置与型钢混凝土柱一侧平齐，而型钢柱翼缘到柱边的距离为250mm，正好是梁截面的宽度，梁纵筋可直行穿越节点从而实现贯通，为了减轻梁、柱不对中给结构受力带来的不利影响，在梁端设置水平加腋予以调整。对于横向框架，其框架梁布置与型钢混凝土柱对中，梁角部纵筋可以按1:6的坡度比，从型钢柱翼缘侧边绕行穿越另向腹板从而实现贯通，绕行部分的弯折角度和尺寸必须严格控制，由于梁纵筋有弯折使得它不能绕其轴线转动，故钢筋连接需采用正反丝扣型直螺纹连接；梁中部纵筋则需穿越型钢柱翼缘和另向腹板才能贯通节点，见图中a和c。

（2）型钢柱对拉螺栓孔深化设计

根据模板设计方案，型钢混凝土柱模对拉螺栓为2Ф14，平面布置如图5所示，竖向间距为600mm，柱底第一道对拉螺栓距地面200mm。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30mm的圆孔。

3.2.3柱箍筋半装配式安装

根据结构特点和设计要求，对柱的各类箍筋进行统筹规划。当进行某楼层型钢混凝土柱施工时，将本层柱的半数箍筋套装到下层柱纵筋伸出楼面段上，另半数箍筋在每根型钢柱吊装前套装到型钢柱上，随柱吊装，待型钢柱连接就位后，再逐根就位、绑扎箍筋。具体步骤如下：

（1）套装下半段柱高的箍筋。在上下层柱纵筋进行直螺纹连接之前，先将本层柱的半数箍筋套装到下层柱纵筋伸出楼面段上，堆积高度以不影响纵筋直螺纹连接施工为宜，以备型钢柱安装完成、柱纵筋连接好后，把堆积的箍筋上提绑扎。这样能解决柱下半段箍筋套装困难的问题。

（2）型钢柱预套上半段柱高的箍筋。在地面将加工厂供来的型钢柱水平放置，并用木方垫高，将本层柱另一半数量的箍筋套装在型钢柱上半段，套装的下口高度以型钢柱安装后本层柱纵筋就位不受妨碍为宜。套装后，利用型钢柱的栓钉绑扎Φ25短钢筋作插销临时固定箍筋，然后将箍筋和型钢柱一同吊装。由于箍筋在地面套装较容易，吊装后不受型钢柱连接、柱纵筋连接的影响，操作简便，质量可靠。

（3）型钢柱吊装、连接，由专业单位负责实施。柱纵筋连接，采用直螺纹连接。

（4）堆积箍筋上提绑扎。将套装在下层柱伸出楼面段上的箍筋按规定间距逐根上提到位，进行绑扎，注意控制钢筋骨架的垂直度。

（5）型钢柱预套箍筋下移绑扎。将型钢柱上预套的箍筋按规定间距逐根下移绑扎。

（6）检查补充箍筋。由于分上下两段预套装箍筋，预套装数量难免或多或少，预套装的箍筋全部绑扎完后，如发现缺少箍筋，需采用传统方法进行补充，同时应检查箍筋间距、水平度、保护层厚度，并调校钢筋骨架。

3.2.4梁钢筋骨架原位绑扎

型钢混凝土组合结构中，因部分梁纵筋在节点内需穿越型钢柱腹板或翼缘，故梁筋骨架无法采用目前框架梁常用的先架空绑扎后降落就位的方法进行绑扎和安装，只能采用原位绑扎，即在梁底模上进行梁筋骨架施工。为了保证梁筋骨架施工必要的操作空间，必须打破梁板模板支设完毕后再绑扎梁板钢筋的框架结构常规施工模式，调整楼面结构施工顺序，即支梁及其加腋底模→绑扎梁及其加腋钢筋→梁柱节点钢筋调整→支梁侧模→铺现浇板模→绑扎现浇板钢筋、水电预埋→清理→封梁柱节点模、柱模。这样虽然繁琐，但也是无奈之举。只有这样梁筋才能顺利安装和绑扎，其骨架成型才能规范，也只有这样梁柱节点处复杂的、密集的钢筋才能理顺、绑扎到位。

3.2.5柱模内狭窄空间混凝土浇筑

（1）型钢混凝土柱中有十字形型钢柱，型钢柱周围钢筋密集，且型钢柱每隔一定高度设置了一道加劲肋，用普通混凝土很难浇筑密实，选用具有自流平和自密实性能的自密实混凝土能很好地保证施工质量。

（2）自密实混凝土利用汽车泵进行泵送，由于十字形型钢柱把柱截面分成了四个区，混凝土浇筑时应从四个分区间隔下料，以免从一个分区连续下料致使一侧模板压力过大，造成模板移位。本工程部分框架梁端部设置了水平加腋，是混凝土下料的理想入口，但为了谨防工人图省事长时间从加腋处下料，混凝土开机前做了严格的技术交底，要求必须沿柱四角轮流间隔下料。

（3）混凝土浇筑速度不能过快，每次下料在柱模内的填充高度控制在0.5m左右，两次下料时间间隔控制在15min左右《江西省海绵城市建设技术导则(试行)》.pdf，这样可避免模板侧压力过大而致使模板体系涨坏。

（4）由于型钢混凝土柱钢筋密集，混凝土浇筑时必须利用振捣棒辅助振捣（柱双层钢筋之间可采用小直径棒头），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30s，且应在四个分区轮回对称振捣。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，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。

（5）浇筑过程中严禁混凝土布料管撞击型钢柱伸出施工作业层面的柱头，以免对工程结构和模板体系产生不利影响。

（1）埋入式柱脚是《型钢混凝土组合结构技术规程》提倡的一种型钢柱与基础的连接方式，连接效果好但施工质量难以控制。后置埋入式柱脚方法将柱脚埋设质量控制转化为对柱脚螺栓预埋的质量控制，显然，控制措施大大简化，而控制水平大大提高，再通过一定的加强措施，不仅达到了同等连接效果，而且保证了型钢柱的对中、方正和垂直。

（2）通过对型钢和钢筋或对拉螺栓空间关系的研究，我们对型钢节点体系和钢筋、螺栓布置进行了综合优化，不仅节省了钢材，而且降低了操作难度，节约了工期。如果节点不合理，则会引起型钢截面面积损失，而需增加补强钢板，从而需增加成本和工期的投入。

（3）由于型钢柱的存在，梁纵筋在节点内的贯通、梁筋骨架绑扎、柱纵筋就位和连接、柱箍筋安装和绑扎等工序施工，难免受到一定程度的妨碍，通过对各道工序时空关系的研究，我们突破普通钢筋混凝土框架结构的常规施工模式，精心策划并调整了施工顺序，化解了各道工序之间的矛盾，保证了施工质量。

铁路线南侧新建站台工程施工组织设计.doc[1]孙慧中等合编型钢混凝土组合结构技术规程中国建筑工业出版社2002

[2]住房和城乡建设部组编建筑业10项新技术中国建筑工业出版社2010

[3]袁振隆等合编混凝土结构工程施工规范中国建筑工业出版社2012