超高层钢结构柱脚预埋件的难点与对策

超高层钢结构柱脚预埋的难点与对策

天津津塔柱脚预埋的难点与对策

（中建一局钢结构工程有限公司王向东葛冬云）

摘要：天津津塔主塔楼高336.9米，建成后将成为华北第一高楼。本工程的柱脚节点采用埋入式，在底板混凝土浇注前，将柱脚埋设好，此施工方法成为本工程的难点。

关键词：柱脚预埋角钢支架钢筋连接器独立基础

1．工程概况

天津津塔主塔楼高336.9米，钢结构总用钢量约为6万吨，钢构件数量约27000件，安装过程中约使用高强螺栓136万套，压型钢板约11万平方米，栓钉约125万套，防火涂料约33万平方米。

本工程每层有55根圆管柱，其中内筒23根，外筒32根，钢柱的直径从1150mm 至1700mm不等。内筒钢柱自-28.500米起，以不同标高分别插入；外筒钢柱自-19.700米、-21.300米标高处插入，钢板墙自-19.700标高处插入。钢柱最大单重近50吨。

首节钢柱安装的最大特点是采用角钢支架体系承载首节钢柱钢梁的重量，区别于传统预埋地脚螺栓的施工方法。

2．难点与对策

1）根据设计的节点，天津津塔工程的柱脚采用埋入式，如何保证柱脚的安装精度，在底板混凝土浇注的过程中柱脚不发生位移，是本工程的难点。

解决措施：将钢柱柱脚与B3层的钢柱做成一体，安装柱脚时，将B3层的钢梁安装好，使柱与柱之间形成一个稳定的框架体系。

2）将B3层钢柱与柱脚做成一整体之后，单根钢柱最重近50吨，角钢支架的承载力复核是本工程的难点。

解决措施：采用Midas分析软件建立结构模型，计算角钢支架的承载能力，合理设计角钢支架。

3）角钢支架基础的承载力，首节钢柱和柱脚的重量要通过角钢支架传至土方上，如何保证土体不发生下沉引起钢柱标高的改变是本工程的难点。

解决措施：在土方挖至设计标高之后，在柱子投影位置设计独立基础，以防止钢柱安装之后，土体发生沉降，影响钢柱的柱顶标高。

4）采用预埋式的柱脚，底板的上铁钢筋势必要与钢柱的柱体相碰撞，如何解决钢筋与柱脚的关系处理，是本工程的难点。

解决措施：在柱脚上焊接钢筋连接器，让底板钢筋通过钢筋连接器与钢柱相连。

3．关键技术

1）根据结构设计计算的结果，为了保证钢柱的抗拔能力，将部分钢柱的柱脚做成埋入式，埋入混凝土底板2米深。这部分埋入式柱脚在底板混凝土浇注前提前埋入。但是，如果将单个的柱脚埋进底板里，在浇注底板混凝土时，流动的混凝土对柱脚所产生的水平推力将使柱脚发生位移，在混凝土浇注完成后无法进行上节钢柱的对接。

为了保证在底板混凝土浇注过程中，钢柱的柱脚不至于发生位移，特将整个B3层与钢柱柱脚做成一个整体，在安装钢柱柱脚时，将钢柱柱脚与B3层钢柱、钢梁连成一体，形成一个稳定的框架体系。

2）将钢柱的柱脚与B3层的首节钢柱做成一整体之后，单根钢柱的重量近50吨，如此大的重量压在角钢支撑上，需要对角钢支架的承载力进行计算。

考虑到结构的整体稳定性，将支架结构设计成框支撑体系，采用Midas分析软件建立结构模型。如图所示：B3层钢梁

首节钢柱

钢柱柱脚

空间模型示意图支架结构应力比见下图：

支架各节点位移示意图见下图：

支架各节点示意图

支架各节点位移见下表：

从上表可以看出，支架各节点位移满足要求。

结论：由以上计算结果显示，支架结构在各种工况下均能满足结构的安全及施工要求，结构设计是安全、合理的。

3）首节钢柱和柱脚的重量要通过角钢支架传至土方上，当柱脚安装在角钢支架上，为了保证土体不发生沉降，在土方挖至设计标高之后，在柱子投影位置设计独立基础，以防止钢柱安装之后，土体发生沉降，影响钢柱的柱顶标高。

在钢柱的投影位置设独立基础，基础的深度为400mm，基础的配筋为Φ14@150mm,每个独立基础必须坐落在工程桩上，这样可以将钢柱的重量通过角钢支架传至独基础从而传至工程桩上，保证钢柱安装之后，不会使土方产生沉降影响钢柱的柱顶标高。

工程桩

独立基础坑

现场安装的实例

4）采用预埋式的柱脚，为了解决底板的上铁钢筋与钢柱的柱体相碰撞的问题，在柱脚上焊接钢筋连接器，让底板钢筋通过钢筋连接器与钢柱相连。为了控制焊接质量，减少现场的焊接量，钢筋连接器在工厂与柱脚焊接。

现场施工时，钢筋与钢筋连接器进行连接，很好的解决了柱脚与钢筋相碰的问题。

结束语：在天津津塔工程建设工程的施工中，预埋柱脚的施工方式是全国首例，在施工过程中也出现以前没有遇到的的问题，在施工后我们作了如上总结，这将是对我国复杂高层钢结构施工技术的有力补充，同时对国内建筑钢结构行业的持续发展，具有相当积极的作用。