超高層鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)深化設(shè)計技術(shù)研究

超高層鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)深化設(shè)計技術(shù)研究

成都潤盛大廈位于地上3層，地上39層。建筑總高度173.7米，總建筑面積318.1萬米。這是成都城市的象征建筑。主塔樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系,外圍框架及內(nèi)筒均為鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)。裙樓部分存在大量型鋼柱、型鋼梁及圓鋼管柱等,型鋼截面形式復(fù)雜多樣,有工字形、H形及其他異型截面?？傆娩摿窟_(dá)到5000t。鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)從基礎(chǔ)底板到頂層結(jié)構(gòu)均有設(shè)置,且每層分布不一致,技術(shù)要求很高。1節(jié)點(diǎn)設(shè)計時,設(shè)計內(nèi)超高層鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)屬于新技術(shù),工程經(jīng)驗(yàn)較少,但質(zhì)量要求很高。組合結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜,主要施工難點(diǎn)如下:(1)鋼結(jié)構(gòu)前期深化設(shè)計量很大,其節(jié)點(diǎn)設(shè)計時,若考慮不全面往往與現(xiàn)場施工差別較大;(2)鋼骨組合結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋設(shè)置較多,規(guī)格較大,且鋼骨上栓釘密集,箍筋加工復(fù)雜,綁扎不便;(3)組合結(jié)構(gòu)與其他構(gòu)件相交的位置節(jié)點(diǎn)復(fù)雜,局部鋼筋集中,空間狹小,難以處理;(4)組合梁、柱是主要受力構(gòu)件,往往尺寸較大,模板支設(shè)及混凝土澆筑較困難;(5)鋼結(jié)構(gòu)分包與土建分包在交叉流水施工中易忽視彼此利益,施工沖突多;(6)組合結(jié)構(gòu)目前尚未形成相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)范。2節(jié)點(diǎn)處理及預(yù)留預(yù)焊鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)作為華潤大廈的主要受力構(gòu)件,設(shè)計單位為滿足結(jié)構(gòu)受力要求,在設(shè)計時內(nèi)部鋼筋較密集會造成施工受鋼構(gòu)件阻擋,因此在鋼結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行深化設(shè)計時,除進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)自身的主體深化設(shè)計,還要考慮其與其他構(gòu)件相連接時的節(jié)點(diǎn)處理方式,并根據(jù)此方式在鋼結(jié)構(gòu)上預(yù)留預(yù)焊。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計前,應(yīng)與土建單位充分溝通,確定預(yù)留預(yù)焊方案,并準(zhǔn)確體現(xiàn)在深化設(shè)計圖紙上。2.1設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)穿筋孔鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)中梁和柱的縱筋按規(guī)范需滿足錨固長度要求,故在鋼筋遇鋼柱腹板、柱腳底板、鋼梁腹板及鋼骨非主要受力位置時,可按設(shè)計圖紙在鋼結(jié)構(gòu)上預(yù)留穿筋孔。穿筋孔宜比鋼筋直徑稍大,以便穿過,典型的鋼柱平面見圖1。2.2主要抗彎受力構(gòu)件鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)中有大量的梁柱主筋會碰到鋼骨翼緣,而作為鋼結(jié)構(gòu)的主要抗彎受力構(gòu)件,翼緣又不允許開孔。所以在鋼筋遇到鋼骨翼緣或鋼結(jié)構(gòu)主要受力位置時,應(yīng)采用預(yù)焊連接板的方式連接鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)。連接板的選材及厚度根據(jù)設(shè)計要求確定,連接板下方需焊接加勁肋。2.3區(qū)域化后0.本工程溜冰場區(qū)域有圓鋼管混凝土柱,圓鋼管直徑800mm。施工圖中與此圓鋼管柱交叉連接鋼筋多,加焊連接板并不能解決問題,對此采用增設(shè)抗剪托座、設(shè)置環(huán)梁的做法,以保證鋼管柱周邊鋼筋有效錨固。2.4孔的測量控制鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計時,鋼結(jié)構(gòu)單位與土建單位要密切配合。對所預(yù)留的孔和預(yù)焊連接板的標(biāo)高要控制準(zhǔn)確。對需加焊的部位要做到不遺漏,不需要的位置不誤焊。標(biāo)高誤差控制在1cm內(nèi),防止因誤差大而提高混凝土結(jié)構(gòu)面,影響外觀質(zhì)量。2.5安裝對拉螺桿孔由于鋼骨混凝土柱尺寸最大達(dá)1700mm×1700mm,支設(shè)模板時須加設(shè)對拉螺桿,所以在鋼骨混凝柱的腹板上需預(yù)留對拉螺桿孔,間距為500mm。型鋼梁不必開孔,可將螺桿鋼筋直接焊于腹板上進(jìn)行拉結(jié)。2.6組合結(jié)構(gòu)中栓釘?shù)目刂其摻Y(jié)構(gòu)上的栓釘外包混凝土后,其與混凝土間的握裹力可有效增強(qiáng)組合結(jié)構(gòu)的整體剛度及受力性能,但組合結(jié)構(gòu)中栓釘往往是影響鋼筋綁扎的重要因素,所以在對施工圖進(jìn)行認(rèn)真分析后,可將無法綁扎部位的栓釘改位,例如由翼緣外側(cè)改到內(nèi)側(cè)。3梁柱組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計情況不同,組合類型也不一樣,其節(jié)點(diǎn)深化也存在差異。根據(jù)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(GJ138-2001)及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)要求,本著梁柱連接節(jié)點(diǎn)“構(gòu)造簡單,等強(qiáng)受力,便于施工”的原則,鋼結(jié)構(gòu)單位需會同土建單位對組合結(jié)構(gòu)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計。3.1鋼柱和黑柱節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計3.1.1柱腳底板的安裝鋼骨柱的型鋼在底板或開始位置通過地腳螺栓將柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)連接。因柱腳底板的存在,柱部分二排縱筋被阻擋。深化設(shè)計時須在柱腳底板上預(yù)留穿筋孔,并在相應(yīng)部位加焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)。對水平向板筋與柱腳相交的情況,可直接焊于柱腳底板之上,滿足焊接長度要求,如圖2所示。3.1.2預(yù)焊連接板及直錨長度混凝土梁鋼筋與鋼骨柱相交有以下幾種處理方式:(1)外側(cè)鋼筋可按1∶6打彎以繞開鋼柱,在柱外側(cè)滿足錨固長度要求,柱截面按照1∶6進(jìn)行端部加腋(圖3);(2)鋼筋遇鋼柱翼緣,如滿足平直段錨固長度要求,則可彎錨;如不滿足要求,則在翼緣上預(yù)焊連接板,鋼筋焊于連接板上,間距為1.5d(d為鋼筋直徑),見圖3;(3)鋼筋遇鋼柱腹板時滿足直錨長度要求可直錨,不滿足要求可彎錨,但對懸挑梁、框支梁及需主筋拉通的連續(xù)梁等,則需在鋼柱腹板上預(yù)留穿筋孔,使鋼筋正常貫通(圖3);(4)若通常組合結(jié)構(gòu)鋼筋太多,上述處理仍不具可操作性時,須進(jìn)行鋼筋等強(qiáng)代換,以減少鋼筋根數(shù)。3.1.3開口再套綁施工柱箍筋特別是內(nèi)箍,因栓釘影響,采用傳統(tǒng)從上往下套綁的方式施工難度很大,可將原封閉箍筋改為開口箍筋,從側(cè)面套綁以方便施工,見圖1(a)。3.1.4鋼骨栓釘改至翼緣剪力墻中通常設(shè)置鋼骨暗柱。因栓釘影響,可能導(dǎo)致預(yù)留的剪力墻縱筋保護(hù)層過薄,甚至突出混凝土結(jié)構(gòu)面,發(fā)生漏筋現(xiàn)象。為此針對重點(diǎn)部位,將鋼骨栓釘改至翼緣或腹板上,以確?；炷镣庥^質(zhì)量。剪力墻水平筋通常直徑較小,其垂直遇鋼骨時可直接彎錨,或在腹板上加焊連接板焊接,以滿足焊接長度要求(圖4)。3.2鋼梁節(jié)點(diǎn)和鋼柱節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計3.2.1收頭柱內(nèi)鋼筋貫通型鋼梁與混凝土柱相交較簡單。柱縱筋在遇型鋼梁翼緣時,如為收頭柱,柱內(nèi)側(cè)鋼筋可不貫通,向柱內(nèi)滿足彎錨長度即可;如柱縱筋需貫通,則在型鋼梁翼緣上預(yù)留穿筋孔,使鋼筋正常貫通。型鋼梁在柱核心區(qū)范圍內(nèi)預(yù)留穿箍筋孔,以保證柱箍筋正常綁扎。3.2.2鋼柱外側(cè)底筋貫通型鋼梁與型鋼柱相交時,鋼筋交叉較復(fù)雜,可采取以下措施(圖5):(1)進(jìn)行梁鋼筋等強(qiáng)代換,以減少鋼筋根數(shù),重新調(diào)整排布方式。征得設(shè)計單位同意后,可增加鋼筋排數(shù);(2)梁外側(cè)底筋可正常貫通,梁底筋垂直與鋼柱翼緣相遇時,按1∶6打彎繞過鋼柱錨固,若不能繞過則在鋼柱上預(yù)焊連接板,采用焊接連接,焊縫長度應(yīng)滿足規(guī)范要求;(3)柱縱筋需貫通者要在型鋼梁翼緣上預(yù)留穿筋孔,使內(nèi)側(cè)柱筋正常貫通,預(yù)留穿筋孔時要考慮與梁縱筋錯開放置;(4)梁底筋排數(shù)較多時,可加大連接鋼板厚度,使連接板上下表面均可焊接梁鋼筋,焊接凈距須保證1.5d(d為鋼筋直徑)。3.2.3保護(hù)間和預(yù)留的保護(hù)層型鋼梁交叉時,兩根梁底筋在交叉部位層數(shù)重疊,設(shè)計單位考慮的空間和預(yù)留的保護(hù)層完全不能滿足要求。首先需對兩根梁的鋼筋進(jìn)行放樣,然后通過等強(qiáng)代換、調(diào)整鋼筋排數(shù)和適當(dāng)增加鋼梁底至底模的距離等方式,使鋼筋交叉后保護(hù)層厚度滿足要求,該做法綁扎可操作性強(qiáng)。3.2.4b在鋼梁腹板上開孔型鋼梁拉筋間距按《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示法》(03G101-1)中的規(guī)定為非加密區(qū)箍筋間距的2倍,本工程采用300mm間距太小,在鋼梁腹板上開孔很不現(xiàn)實(shí)。對此采取拉筋斷開和間距加密的方式,將拉筋直接焊于鋼梁腹板上,間距改為200mm,使焊縫長度滿足規(guī)范要求。3.3鋼管柱內(nèi)節(jié)點(diǎn)鋼筋節(jié)點(diǎn)處理本工程溜冰場區(qū)域設(shè)計有圓鋼管混凝土柱,直徑750mm。與其相交的梁鋼筋直徑均為28mm,且1根鋼管柱同一標(biāo)高上有多達(dá)6根梁與其相連,采用上述方法進(jìn)行鋼筋節(jié)點(diǎn)處理已不能滿足要求,所以本工程采用在鋼管柱上增設(shè)抗剪托座、設(shè)鋼筋混凝土環(huán)梁的方式解決鋼筋綁扎問題,環(huán)梁高550mm?？辜敉凶鄳?yīng)于梁的位置設(shè)置,每根外挑1m?？辜翡撏凶捎眯弯揌M400×200×10×16與鋼管焊接?？蚣芰轰摻羁芍苯釉诃h(huán)梁內(nèi)直錨或彎錨,如圖6所示(實(shí)際情況有更多不規(guī)則梁交叉,圖6為相對均勻的一種情況)。4綜合結(jié)構(gòu)層4.1預(yù)應(yīng)力錨索安裝施工控制鋼骨組合結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)在首次設(shè)計時一般通過預(yù)埋件與混凝土相連接,包括地腳螺栓、鋼柱抗剪鍵和抗拔樁等。預(yù)埋件的埋設(shè)精度關(guān)系到后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度,所以預(yù)埋時應(yīng)用全站儀等精密儀器進(jìn)行定位,埋設(shè)完成后要采取穩(wěn)固拉結(jié)措施,確保鋼筋綁扎、人員走動及混凝土施工時不受擾動?；炷翝仓瓿珊笠⒓磳︻A(yù)埋件位置進(jìn)行復(fù)核,保證誤差范圍滿足規(guī)范要求。4.2材料約束和鋼結(jié)構(gòu)吊裝(1)在鋼筋施工階段,放樣人員要認(rèn)真分析及深化設(shè)計圖,對遇有組合結(jié)構(gòu)的部位要按實(shí)際情況下料,避免后期接長或切割,該做法既節(jié)約原材料也能保證鋼筋綁扎的準(zhǔn)確性及施工進(jìn)度。(2)由于混凝土澆筑完畢后要進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝,因此在每層樓板豎向插筋施工時,確定墻柱甩筋長度時需考慮鋼結(jié)構(gòu)梁底的標(biāo)高,避免因鋼筋過長而影響鋼結(jié)構(gòu)吊裝及后續(xù)焊接施工。(3)對于有組合結(jié)構(gòu)部位的梁上柱,其柱插筋應(yīng)提前考慮,在梁鋼筋綁扎固定前應(yīng)先用短鋼筋提前占有柱插筋位置,以免鋼梁上栓釘及梁縱筋過于密集而無法插筋。4.3拉螺栓的安裝鋼骨混凝土柱截面較大,計算結(jié)果要求對拉螺栓間距小于500mm時,可直接將鋼筋焊接在鋼柱腹板上,間距加密并對模板進(jìn)行拉結(jié)。鋼骨柱截面較小,對拉螺栓間距大于500mm能滿足計算要求時,可在鋼柱上預(yù)留螺桿孔。塔樓進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)層后,鋼柱腹板上預(yù)留的螺栓孔應(yīng)保持各孔位置標(biāo)高一致,與模板上的預(yù)留孔相對應(yīng),以提高模板周轉(zhuǎn)使用效率。4.4振搗棒的使用鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)外包混凝土內(nèi)有密集的梁、柱鋼筋及栓釘,因此混凝土澆筑及振搗難度較大,為此混凝土骨料直徑不宜大于20mm,坍落度控制在220+20mm,以方便混凝土下落。選用覫30振搗棒,方便振搗過程中的下插和上拔,避免被鋼筋網(wǎng)卡住?；炷练謱訚仓?每層澆筑高度不大于300mm,同時輔以高頻振搗棒振搗,垂直且緩慢拔棒,逐點(diǎn)移動,根據(jù)所配混凝土的性能,每點(diǎn)振動時間控制在25~30s,每層澆筑后要及時振搗密實(shí)。圓鋼管柱內(nèi)栓釘較多,澆筑困難,采用高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土,通過其自身良好的和易性、擴(kuò)展度和高流動性填滿模具,自動達(dá)到密實(shí)效果。4.5綁扎、校正、焊接(1)鋼骨組合結(jié)構(gòu)施工過程中土建單位與鋼結(jié)構(gòu)單位交叉工作面多,施工工序承上啟下,制約因素多,兩個專業(yè)需密切溝通協(xié)調(diào),以免出現(xiàn)扯皮及沖突。組合結(jié)構(gòu)在鋼筋綁扎階段特別容易出現(xiàn)問題,需對過程中的工序整體統(tǒng)籌,找出最佳的施工方式。(2)鋼結(jié)構(gòu)吊裝以一層為單位,每次吊裝費(fèi)時較長,宜分片分段進(jìn)行,盡量選擇在夜間吊裝,并及時校正、焊接,為土建單位提供綁扎鋼筋工作面。(3)剪力墻鋼柱截面較小,在校正完成后綁扎剪力墻鋼筋易對鋼柱的垂直度造成影響,所以土建單位在綁扎過程中要及時對墻體放線糾正,以免出現(xiàn)過大偏移。鋼結(jié)