倒锥体钢框架—混凝土核心筒混合结构施工技术

刘 建 青

(山西八建集团有限公司，山西 太原 030027)



倒锥体钢框架—混凝土核心筒混合结构施工技术

刘 建 青

(山西八建集团有限公司，山西 太原 030027)

对太原博物馆倒锥体钢框架—钢筋混凝土核心筒混合结构施工进行了研究，介绍了混凝土核心筒与钢结构施工方法和质量控制措施，分析了倒锥体斜向钢结构的施工特点和难点，并详细介绍了测量放线的方法，以保证建筑的精准度。

倒锥体，核心筒，钢结构，施工技术

0 引言

近几年超高层建筑及大型公共异形建筑增多，并大量采用钢筋混凝土与钢结构组成的混合结构，其具有较好的结构抗震性能及节约成本的特点，钢结构在异形建筑中适应性好，易于施工建造，缩短工期，工业化、机械化施工程度高。

本文以太原博物馆工程为例，针对施工特点、难点进行分析，采取具体的控制措施，保证施工质量和施工安全，同时加快施工进度，为指导类似工程施工提供有益参考。

1 工程概况

太原博物馆由五个互相连通的倒锥形筒体组成，总建筑面积52 740 m2，地下1层，地上4层，建筑高度为24 m。筒体采用混凝土核心筒，外围钢框架结构。

工程每一筒体外框用焊接箱型斜柱，外斜角71°，框梁和楼层梁均为H型钢梁，倒锥体外框柱和混凝土核心筒通过钢梁连接，钢梁与核心筒通过钢板预埋件连接，钢梁上设钢筋桁架模板—现浇钢筋混凝土楼板。

工程钢柱和钢梁材质主要为Q345B钢，部分用Q345BGJC-Z15钢，钢构件共计6 300 t。

外框箱柱和底板用地脚螺栓固定，分节箱柱用斜横焊连接，柱与柱间的主梁用焊接连接，柱和主梁腹板用高强螺栓连接,上下翼缘用平坡口焊缝连接,焊缝为全焊透。楼层钢梁的腹板和混凝土核心筒预埋件铰接连接，次梁和主梁用铰接连接。高强螺栓设计为TS10.9级M24扭剪型高强螺栓。楼层钢梁上铺钢筋桁架模板，钢梁设φ19剪力栓钉。

2 施工顺序

总体施工顺序是先核心筒结构，后安装钢结构。

混凝土结构：测量放线→剪力墙筋绑扎、预留预埋→隐蔽验收→墙模支设→梁顶板模支设→梁板钢筋绑扎→管线预留预埋→隐蔽验收→混凝土浇筑→混凝土养护→拆模。

钢结构：钢结构深化设计→钢材定货→钢结构制作→测量放线、预埋件复核→钢结构安装、检测→楼承板安装→楼板钢筋绑扎→楼板混凝土浇筑→混凝土养护→钢结构涂装。

3 测量放线

工程测量放线的关键点及难点是弧形轴线测设和斜向结构三维定位，采用计算机辅助设计结合全站仪进行测设，利用CAD软件计算机绘图，确定不同高度位置弧形轴线及柱轴外侧控制点的坐标数据，输入全站仪进行精准定位、测设。

在1层混凝土核心筒体内外设标高基准点和线，采用水准仪和钢尺进行标高投测。

核心筒采用全站仪进行平面定位，核心筒上的预埋件采用平面定位后，墨线仪进行竖向投测。

4 钢筋混凝土核心筒施工

钢筋混凝土核心筒呈不规则多边形，为剪力墙结构，墙体厚500 mm，钢筋连接采用镦粗直螺纹机械连接，梁钢筋端头锚固采用锚固板。墙体钢筋绑扎完成后安装预埋件，通过计算机辅助设计，精确确定预埋件位置，现场精确测量定位并固定牢固。剪力墙模板采用定型大模板支设，模板采用计算机排版设计，工厂化加工定制，保证转角角度的准确。

剪力墙模板支设完成后，对预埋件位置进行复核，符合要求后再进行浇筑剪力墙混凝土。混凝土振捣作业时，要设专人看护，振捣棒离埋件距离不少于300 mm，防止埋件移位。

剪力墙模板拆除后，清理预埋件表面，在埋件上测放出连接板位置，测出位置偏差值，如偏差值偏大，需提交设计人员进行复核。对埋件位置尺寸准确测量后，绘制埋件尺寸偏差表，根据表格数据对与埋件相连接的连接板加工尺寸进行适当调整，以保证钢梁与核心筒的顺利连接。

5 钢结构制作

太原博物馆外围钢柱外倾角为71°，钢梁为辐射状平面布置，与斜柱连接呈三维多角度。首先要按各层轴线图、构件平面图和构件规格进行计算机三维建模，并对构件各连接节点按要求连接设置，对钢柱按两层一节，设定分节位置，钢梁与柱的连接面位置按设计要求设置。经对三维模图审核无误后，提取构件，对每一构件提取板材加工图，并出具构件加工图。

钢结构建模时，同时对建筑内安装管线进行建模，以确定钢结构梁构件上的预留洞位置及尺寸准确，无遗漏。

构件加工图完成后，进行钢构件加工制作。构件各端部大都为异形，角度多，钢板下料采用数控机床进行准确切割，以保证角度准确。钢板焊接采用机械焊接，保证焊缝焊接质量可靠、稳定。

制作流程：排版→材料验收→放样、号料→矫正(钢板平直、型钢平直)→切割(BOX板条、隔板、衬板、垫板、劲板、钢板对接等)→板材开坡口(柱梁板、隔板、劲板等)→组立→焊接(BOX焊接、隔板焊接、牛腿焊接、后热保温等)→端铣→成品校正、检查→钻孔→除锈、涂装→成品编号、堆放。

6 钢结构安装

6.1 安装准备

钢结构安装前，先确定安装顺序，并按构件编号进行分区排序，以便于构件按序进场存放。每个筒体分左右两个核心筒，核心筒与核心筒之间的钢构件先行安装，中间部位钢结构安装完成后安装外围椭圆部分钢构件，椭圆部分分成四部分，与左右核心筒连接的柱梁分别为一个区块，剩余两侧各为一区块。安装顺序及编号确定后，对安装人员及制作厂进行交底和说明，使生产和安装能有序进行(见图1)。

6.2 安装顺序

核心筒中心构件自下而上先安装→安装第一节柱及梁→相连的下层梁→上层梁→安装一层钢筋桁架板,焊栓钉,绑分布钢筋,浇筑楼板混凝土,先上层后下层→安装第二节柱→相连的下层梁→上层梁→安装标高相应楼层钢筋桁架板,焊栓钉,绑分布钢筋,浇筑楼板混凝土,先上层后下层，依次进行。

6.3 钢结构安装测量

6.3.1 测量前技术准备

检查钢结构深化设计图与原设计蓝图之间的位置尺寸，间距，夹角是否吻合；标高尺寸是否有误。

利用AutoCAD软件结合钢结构定位图纸以及建筑物控制网，分析柱顶中心线坐标。

制定详细的测量交底，对于测量误差及累积误差，做到理论上有依据，操作上有措施。

同相关的技术人员、安装人员对测量数据仔细进行检查，复核无误方可实施。

6.3.2 测量方法及要求

筒体内部垂直钢柱测量时，首先设置钢柱定位轴线的基准线，把测量的基准点设在建筑物控制轴线的延伸线上。每一节柱子的定位轴线都由两条基线从地面引上来，作为上一节柱安装时的基准线。

筒体外围斜柱测量采用全站仪三维定位测量，测量前，根据每节斜向钢柱顶部高度位置，绘制钢柱特征点位坐标控制图，确定坐标值。在每一节斜柱安装时，在设定的钢柱特征点位粘贴反光片，在斜柱吊装时，用全站仪测量斜向钢柱特征点位的坐标值，并进行钢柱校正，当实测值与理论值相符时，即可进行斜向钢柱固定。

6.4 钢构件连接

6.4.1 编制钢结构连接顺序

钢柱每两层为一节，对接节点位于层间梁顶以上1.5 m处，每个筒体两核心筒之间中部垂直柱及柱间梁先行安装，且为一个安装区段。每一筒体外围斜向钢柱与辐射状钢梁部分分为四个连接区段，每一区段内又以从中心向两侧扩展的原则进行焊接，以减少焊接收缩变形和残余应力。

6.4.2 钢结构安装、焊接方法

1)斜向钢柱安装时，柱底部与下柱或基础所放位置线对正，顶部根据全站仪三维测量定位，测量数据符合要求后，对钢柱进行临时固定，临时固定采用钢柱上的临时安装连接板及螺栓固定，H型钢梁腹板与箱型钢柱连接牛腿腹板先用临时固定螺栓连接，待钢梁、钢柱校正完毕后，钢梁腹板与钢柱用高强螺栓连接，钢柱与钢柱、钢柱牛腿与钢梁翼缘板进行焊接。

2)柱和柱之间的主梁两端都是焊接连接时，先焊一端，待焊缝冷却到环境温度时，再焊另一端。箱柱之间对接焊缝采用左右同时对称施焊。

3)一节柱的整体焊缝的焊接顺序是：上层主梁→下层主梁→柱—柱接头焊缝→其他焊缝。

4)柱—柱接头焊缝,柱—主梁接头一级焊缝进行100%超声波探伤检测。

5)焊接工艺采用气体保护焊，钢结构焊接工作开始前进行焊工考试和焊接工艺试验，工艺试验的项目有柱—柱接头焊接工艺试验，柱—梁接头焊接工艺试验。焊接工艺试验：柱钢板最大厚度40 mm，梁钢板最大厚度40 mm。

6)钢柱接头焊缝由两个焊工在对面同时进行对称施焊。

7)冬期厚钢板施焊前要预热到36 ℃。焊后后热并保温。

8)柱牛腿与钢梁的焊缝翼缘板焊接时，先焊下翼缘焊缝，再焊上翼缘焊缝。

9)焊接完成后24 h进行超声波探伤检测。

7 桁架楼层板安装

桁架楼层板在钢结构安装完2层以后插入，桁架楼层板采用0.75厚镀锌铁皮与钢筋骨架电阻点焊固定，板厚120 mm。楼层板尺寸按钢结构梁间尺寸进行排版设计后加工制作。楼层板按编号铺设就位后，进行栓钉焊接，检测合格后绑扎楼板横向筋及安装预埋管线。钢筋验收合格后浇筑楼板混凝土。

8 结语

倒锥筒体结构混凝土核心筒呈不规则多边形，筒体弧形轴线及外形平面半径随建筑高度在变化，倒斜向钢柱与辐射状钢梁连接角度多样，给构件测量定位带来很大困难，借助计算机辅助制图及建模软件进行深化设计，采用全站仪进行三维立体定位测量，解决了特殊异形建筑的施工难点，保证了结构的精准建造。

通过计算机三维建模，准确设计异形结构构件的尺寸和角度，通过软件提取构件尺寸，构件端部截面尺寸和角度，使复杂结构及构件能定尺加工制作和易于精确安装。

倒倾斜钢柱安装工艺及安装顺序中，考虑了钢结构焊接变形及累积误差，通过采取分区、分段、对称安装、焊接的方法，保证了安装精度和安装质量。

On construction technique for mixed structure of inverted steel framework-concrete core tube

Liu Jianqing

(ShanxiEighthConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

The paper researches the construction of the mixed structure with the inverted cone steel framework and reinforced concrete core tube of Taiyuan Museum, introduces the construction methods for the concrete core tube and steel structure and its quality control measures, analyzes the construction features and difficulties for the inverted-cone inclined steel structure, and indicates the method for the measurement lining, so as to ensure the accuracy of the buildings.

inverted cone, core tube, steel structure, construction technique

1009-6825(2017)18-0073-02

2017-04-05

刘建青(1973- ),男，工程师

TU745

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