超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法

超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法

1.前言

超高层建筑越来越多地采用了型钢混凝土组合结构，为了满足建筑型体变化、内部高大空间和结构转换的需要，设计往往采用斜向型钢混凝土组合柱，但与通常的垂直型钢混凝土组合柱相比，斜向型钢柱和斜向柱模板的轴线、标高控制定位和厚钢板上开斜向孔是斜向型钢混凝土组合柱施工中需解决的特殊技术课题。

江苏省华建建设股份有限公司组织技术攻关，研制了“超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法”，对斜向型钢混凝土组合柱施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了综合研究，重点攻克了超高层建筑中斜向型钢柱和斜向型钢混凝土组合柱的轴线标高控制和测量定位及厚钢板上开斜向孔、半装配式箍筋安装等关键技术，总结出超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工技术，可指导工程建设工程中斜向型钢混凝土组合柱的施工。

2.工法特点

2.1针对斜向型钢混凝土组合柱的借位测量和预留变形量技术、钢板开斜向孔以及半装配式箍筋安装等工艺的研究，解决了斜向型钢混凝土组合柱施工难题，使钢柱定位、混凝土结构成型后的轴线位臵、柱高、斜向角度等达到设计要求，保证了结构受力的准确传递。

2.2采取的专用夹具法在原钢板上开斜向孔技术，保证了开孔的位臵，角度准确，保证了梁纵向受力筋能准确、顺利穿过型钢柱，避免了现场纠偏、补开孔的工作量，保证了质量和施工进度。

2.3采用了半装配式箍筋安装工艺，使箍筋安装的速度与传统的逐根套装的办法相比提高了一倍以上，节省了人工，缩短了施工周期。

2.4其他如型钢柱制作安装、钢筋制作绑扎、模板制作安装、混凝土浇筑等工序的工艺，与直立型钢混凝土组合柱相同，本工法不再赘述。

3.适用范围

适用于超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工。

4.工艺原理

4.1根据斜柱在三维空间的变化形态，研究制定借位测量方法，将三维构件精确投影至二维平面，通过竖向投点控制网闭合、测量、排尺、放线，快捷、准确地完成斜柱构件的空间定位；根据工程实践，针对斜向型钢柱在施工及自重荷载下的变形影响和楼面混凝土收缩对斜向型钢柱位臵的影响，采用了预留变形量的方法，保证了型钢混凝土组合柱斜度，位臵准确。

4.2设计采用专用夹具进行钢板开斜向孔，使钻头在专用夹具的卡位和夹持下精确定位和保持钻进角度，满足了开孔精度要求，解决了斜柱钢骨斜向开孔、水平穿筋难题。

4.3根据结构特点和设计要求，对柱的各类箍筋进行统筹安排，将柱的半数箍筋套入下段伸出楼面的型钢柱，另半数箍筋在每根型钢柱吊装前套入型钢柱，随柱吊装，待型钢柱焊接就位后，再逐个就位箍筋。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

5.1.1总体施工工艺流程：标准柱竖向投点控制网闭合，测量，排尺，放线→柱顶标高测量,定相对标高控制值→确定柱顶位移值→超偏处理→抄平结果与下节柱预检数据综合处理→钢柱就位，确定借位值进行粗校→分析测量数据→钢柱重校正→会审安装测量记录，指定施焊顺序，确定特殊部位处理方案→施焊，测量跟踪观测柱→焊接检验→验收→标准柱竖向投点控制的闭合→提供下节钢柱预控数据图→柱模板定位→柱模板安装→验收→浇筑混凝土。

5.1.2钢柱斜向开孔工艺流程：将柱体固

定在胎架上→在柱体上画出标高线和定位轴

线→标出所有钢筋孔的位臵→根据不同方向

的斜孔制作临时支架→固定磁力钻开孔→清

除临时支架。

胎架示意图

5.1.3半装配式箍筋安装工艺流程为：套装1.5m柱高的箍筋→在加工场预先套装一半

箍筋在钢骨上→吊装已套箍筋的钢骨→钢骨焊接、探伤→连接竖向钢筋→1.5m柱高堆积箍筋上提绑扎→钢骨预装箍筋套装绑扎→剩余少量箍筋套装绑扎。操作要点如下：

5.2操作要点

5.2.1垂直控制网的布设：地下室工程结束后，用LEICA-ZL天顶垂准仪将地下室控制点投测至首层楼面，建立矩形控制网，作为主楼施工过程的竖直控制和施工放样的依据。矩形四边为控1、控2、控3、控4分别与柱列线平行。

5.2.2垂直控制网的转换：由于首层转换起始点向上开始逐层内收（外扩），为提高工效和防止误差累积，顾及仪器性能条件和消弱施工环境的影响，各层单独控制的同时，实施分段控制。一般一层为一个施工段，当本段施工完毕，将此段四个控制点精确投至上一段的起始楼层，进行矩形控制网的检测及核正，确认控制点准确后，重新埋点。

5.2.3外立面斜率及钢柱的测量控制

1、由点控制面,控制好外围每一根柱的斜率，则这一列斜柱形成的外立面斜率就得到了控制，混凝土柱中暗含钢柱，施工测量中需两次进行斜率及定位控制。

2、钢柱测量控制

1）始斜端测量定位

在楼面混凝土浇筑完成后，对钢柱始斜端的位臵、标高进行逐个测量，记录钢柱在Ｘ、Ｙ方向上和设计的偏差、和标高偏差，确定偏移值，为超偏处理提供数据。

2）始端中线定位

在安装完成的始斜端柱头定位其各个面的几何中心线，即型钢柱各个平面中心线。确定相对标高控制线，做好明显的标志。

3）安装段中线定位

斜钢柱在工厂加工、检验、检测完成后，亦定位其各个面的几何中心线和相对标高控制线，做好明显的标志，作为和现场安装完成钢柱的对接控制线。如图5.2.3(a)：

(a) (b) (c)

图5.2.3 钢柱定位安装图（以工字型钢箍骨为例）4）现场平面定位

根据设定好的相对标高线和楼层混凝土面的实际标高，将上段柱的相对标高控制线处的斜钢柱截面投影到楼层混凝土面上，并找出各个面的几何中心点，作为斜柱安装的控制点。见图5.2.3(b)

5）现场吊装就位

以上准备工作完成后，将斜钢柱吊装就位，用相对标高作为其粗略的控制线，用连接耳板和螺栓临时连接、并系好揽风钢丝绳。如图5.2.3(c)：

6）纠正偏移

首先纠正标高偏差，标高偏差是通过上下段柱的坡口焊缝宽度来调整的，标高调整到位后用铁削子临时固定焊缝。然后是X或Y轴位臵调整，方法是用经纬仪或线垂将相对标高控制线和各个面的几何中心线的交点与它们在楼层混凝土面上投影点对齐。X和Y方向的纠偏主要是通过千斤顶和揽风钢丝绳进行。

5.2.4柱模板斜率控制

1、为了保证混凝土柱与箱形钢柱斜率的一致性，采用同一平面控制网，进行测量控制。

2、利用投影法控制柱模的斜率，在楼面柱模定位放线中，弹出倾斜后柱模顶端及中部每个边在楼面上的投影线。柱模就位时，用线锤分别测出柱顶及中部的投影是否与投影线一致，这样一根柱通过三点(柱顶，柱中，柱根)控制其斜率。

3、每次柱位放线后，用15KG线锤测出每两层柱模投影线的差值。通过外控的方法检查每次放线的准确性，如实测值大于±2mm，则必须重新放线。

5.2.5预留变形量

1、受建筑物变形影响，一般网点和钢柱在混凝土浇筑后会向中部收缩，所以在校正柱斜率时，设臵一定的外伸量（1-3mm），用以抵消这部分收缩值。

2、由于斜向型钢柱是向内或向外倾斜一定角度的，纠偏以及焊接完成后的施工过程如柱钢筋绑扎、混凝土浇筑中不可避免地有竖向荷载施加在斜向型钢柱上，有加大其倾斜的趋势，而此时钢柱已经没有任何的拉接加固措施，通过斜柱起始层斜柱的施工、综合楼面始斜端测量的结果，并结合型钢柱在此类荷载下的变形计算，在后续层斜柱的施工过程中对钢柱顶端的位臵进行了微调，经过后续楼层的施工，纠偏效果良好。

5.2.6钢柱斜向开孔（缺开孔时的图片）

根据型钢柱的截面形式，钢柱的倾斜角度，定制专用夹具。