劲性混凝土结构的应用及质量控制要点
2020-09-10张子健
张子健
摘要:劲性结构的出现和推广,解决了结构尺寸对传统钢筋混凝土结构的强度限制的同时带来了一定的实际施工困难,尤其是复杂的节点成为影响现场施工进度的难点。本文以实际工程为背景,分析实际节点施工中的难点,讨论可行的解决措施。
关键词:劲性混凝土结构;施工;质量;控制
劲性混凝土结构是钢-混凝土组合结构的一种主要形式,是在钢筋混凝土内部加入型钢所形成的特殊复合材料。由于型钢芯犹如骨骼一般的存在,所以我们平时简称“钢骨”。 由于其承载能力高、刚度大、耐火性好及抗震性能好等优点,已越来越多地应用于大跨结构和地震区的高层建筑以及超高层建筑。但是由于劲性结构的施工工艺相对过于复杂,对于质量的控制难度也非常大。因此,本文以实际工程为例,来探究型钢混凝土结构的质量控制与施工要点,这对于劲性结构施工而言有着非常重要的现实意义。
某央企华中区域总部主楼结构总高度140.13米,形象高度181.52米,其中地上33层,地下2层。地区抗震设防烈度 7 度,结构采用框架 - 核心筒体系,地上部分大面积使用劲性混凝土柱及劲性混凝土梁,在截面尺寸相对较小、楼层高度及跨度较大的情况下,满足承载力设计要求及抗震要求。以下结合本工程实际施工及其他相关工程案例分析节点施工中的难点及施工质量控制。
一、 工程难点分析
(一)本工程钢结构劲性柱梁柱节点处钢筋排布较密集,钢结构劲性柱与钢筋连接处设置工字钢牛腿连接板,钢筋与连接板交错布置,梁柱节点处下铁钢筋与连接板焊接施工空间狭小,工人焊接施工受限制,钢结构劲性柱与钢筋连接作业时相应区域的其他土建作业难以进行交叉。
(二)工程使用钢筋均为三级钢且受力钢筋直径较大(多为φ 28 及以上钢筋)、钢筋硬度大、重量大、钢筋密,遇到钢结构劲性柱难以避让,钢筋与钢结构劲性柱的连接位置与劲性柱腹板开孔位置要求精度要求高。
(三)型钢劲性柱节点类型较多,在符合原结构设计安全的前提下,还需满足钢结构加工与现场施工便利性。
(四)型钢劲性柱及劲性梁均为大型构件,重量大,且安装精度要求高,对吊装造成了很大难度。
二、施工质量控制要点
(一)型钢柱及型钢梁的制作
在制作型钢柱的过程中需要遵守以下几点制作要求:1.1.1,生产型钢柱的生产厂家必须具备钢结构制造资质;1.1.2,制作型钢柱所需要用到的所有钢材、螺栓等材料和相关配件都需要具备检验证和合格证;1.1.3,当成品构建出厂之前需要根据图纸进行严格的检查与验收。另外,还需要对焊缝展开探伤检测,只有检测合格才能出厂,整个过程都需要有监造人才进行现场监督。
型钢柱制作工艺:一般型钢柱的制作方式是以分节制作为主的,在车间进行加工。而对钢板焊接变形措施的控制是制作型钢柱的重点。常规的型钢柱制作材料是以 Q345B 为主的,其腹板的厚度一般是δ = 20mm,而翼缘板的厚度则为δ = 25mm 。分节制作型钢柱时其长度的确定应该充分的考虑到钢筋的接头处和吊装设备起重能力等
因素,一般建筑物的层高均为 1 节型钢柱的接头,所以其接头的位置应该处于露面的 100cm 处。
焊接工艺:焊接型钢十字柱时其工艺方面的要求非常高,主要包括以下几点:
1.2.1 在焊接之前需要通过焊接试验来确定最合理的焊接方式和工艺,在试验完成后需要根据整个过程中以及工程项目的实际焊接需求来编制一个完整的焊接工艺评定报告,在后续施工过程中需要以该报告作为焊接施工过程中的指导性文件。在进行焊接施工期间需要严格的按照焊接评定报告中所给出的所有技术参数和措施进行焊接,以此来保证焊接工作的质量;
1.2.2 焊接工艺的选择应该与CO2气体保护焊的方式来完成低层与中层的焊道,而后利用埋弧焊罩面工艺完成剩余部分的焊接工作。
1.2.3 控制焊接变形的具体措施包括:H 型钢应该选择分段倒退和对称焊接的方式为主,在进行对称焊接的过程中需要保证焊接的电压、电流、速度以及焊条直径等都保持一致,从而确保焊接热量的均匀分布,以此来实现降低焊接变形的目的。
(二)型钢梁柱安装
型钢柱的吊装:通常情况下钢柱的长度是根据层高进行划分的,主要分为 3.9 米、4.2 米两种。单根型钢柱的重量为3.5吨左右,所以需要借助塔吊来完成型钢柱的吊装工作,利用塔吊吊装的过程中需要对塔吊的大臂距离进行精准的计算,只有大臂距离为35米时才能够起吊 3.5吨的重量,这时才能够满足吊装的重量需求。
第一節钢柱的安装和连接:首先需要预埋地脚螺栓;其次在安装第一节钢柱前,需要检查地脚螺栓的位置与标高。吊装之前还要对预埋螺栓的轴线位置、中心偏移、螺栓长度、螺纹场地等情况展开详细的检查;其次,吊装过程中钢柱与地脚螺栓之间的垂直距离为200mm 时,需要停止吊装进行稳定,从而缓慢的完成下落工作,并实时监督钢柱底板与螺栓的对位情况,一旦发现偏移需要立即展开调整,确保地脚螺栓能够顺利的套入到螺栓孔中,当垂直调整完成后,要拿上间螺栓螺母拧紧。
下节钢柱的安装和连接:首先钢柱需要进行临时固定,当第一节钢柱的柱脚完成二次灌浆和安装后,才能够进行下一节钢柱的安装。钢柱中的腹板是以高强螺栓相连接的,翼缘板也是同样使用高强螺栓进行焊接完成的。其次,需要对钢柱进行测量和校正,利用铅垂或者经纬仪来测量钢柱的水平度与垂直度完成校正工作。
(三)梁柱钢筋节点施工
一般钢柱钢筋节点处的施工需要注意以下几点:
3.1 因内钢柱的原因导致施工无法使用井字箍的方式,只能改为八角箍筋;
3.2 梁箍筋需要进行适当的加密,其加密区的长度应该达到两倍的梁高;
3.3梁柱节点位置的构造是选择绕过内钢骨柱,或者以钢骨腹板开孔的方式穿过去,对于节点内锚固方面来说,应该满足其对锚固长度的需求。对于个别较复杂或受实际情况影响无法安装的六角形箍筋,经设计复核计算后同意,现场采用 U 形箍筋对扣焊接,焊接长度为单面焊 10d,或采用环形钢板进行代替,保证结构安全与施工质量。
(四)混凝土浇筑
对于劲性柱钢筋混凝土结构而言混凝土浇筑环节是一个重要的难点,因为型钢柱的原因导致钢骨无法直接对应螺栓,所以在安装模板时需要考虑到加固问题,这无疑是增加了模板的安装难度;另外栓钉与箍筋相对较多,并且钢筋的排列十分紧密,以致于混凝土下料异常困难,不仅振动棒很难插入到混凝土当中,还会导致混凝土不紧密不均匀。所以需要适当的增加混凝土的和易性、配合比以及坍落度;另外,提高对混凝土的振捣,并且在模板外安排专人进行敲击,加强混凝土的紧实程度;在浇筑混凝土的过程中还要进行全程记录。
结论
通过在高层结构、大跨度结构中合理应用劲性混凝土结构,能有效实现减小构件截面尺寸,节约钢材,增强防火性能。而劲性结构节点施工流程复杂、施工工作量大的特点将成为制约施工进度及施工成本的关键点之一。通过前期设计与现场施工相协调,运用BIM建模技术等先进技术,灵活结合运用多种施工做法,将成为有效节省施工成本、保证施工进度、控制施工质量。
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