型钢劲性混凝土柱施工技术应用研究

林 华

（莆田市国投建设发展有限公司，福建 莆田 351100）

型钢劲性混凝土柱梁是以型钢柱为骨架，通过配置钢筋并浇筑混凝土形成的建筑结构。该结构充分发挥了型钢和混凝土两种材料的特点，具有截面小、承载力强、整体刚度良好等特点，能够显著改善建筑结构抗震性能。但由于在建筑结构中增加了型钢，导致柱结构施工难度增大，要求施工单位合理把握施工关键环节，加强施工质量管理与控制。本文结合国湄·领涵工程项目，深入分析了型钢劲性混凝土柱的施工技术难点和要点，以期为同类工程施工提供有益参考。

1 工程概况

国湄·领涵工程位于福建省莆田市，项目共有8栋高层住宅建筑，总建筑面积128 859.95m2，地上建筑面积 101 862m2，地下室建筑面积 26 187.78m2，其中，1#、8#楼为27层高层住宅建筑；2#、6#、7#楼为17层高层住宅建筑；5#楼为23层高层住宅建筑；9#楼为31层高层住宅建筑。根据工程设计，建筑首层为商铺、架空绿化、配套公共建筑，层高4.5m；2层为商铺、公共建筑等，层高3.9m；3层及以上为住宅，标准层高3.0m。本工程为满堂地下室，地下室1层，层高4.3～7.07m，考虑平战结合使用，地下室结构可承受常六级和核六级爆炸动荷载作用。根据工程设计，建筑结构形式为框架－剪力墙结构，其中，24根劲性柱自基础施工至14层，劲性柱截面尺寸为900mm×1200mm矩形柱，劲性柱结构类型为十字型。

2 工程施工难点

2.1 劲性柱与钢筋相交点多

该工程中，劲性柱型钢与周围主筋、箍筋相交点多，钢柱与通过钢柱的水平梁筋关系较为复杂，协调型钢柱与框架梁柱筋之间的位置关系、穿孔钢筋数量是工程施工的难点问题。针对该问题，施工单位借助BIM信息模型进行劲性柱深化设计，分析各劲性柱与框架梁柱钢筋位置关系、下料尺寸、穿孔钢筋数量等，以此确保梁柱结头钢筋与型钢柱不发生碰撞，经深化设计后导出三维模型，用于指导现场施工。

2.2 施工精度要求高

在型钢劲性混凝土柱施工中，由于在混凝土柱中加入了型钢柱，节点构造较为复杂，如型钢柱定位精度、焊接精度、模板施工管理等控制不当，可能造成型钢劲性柱偏位、梁筋错位等问题，进而影响节点施工质量。针对该问题，施工单位加强与设计单位衔接，明确型钢柱下料长度和控制误差，并加强测量误差控制，防止多种误差累积引起钢筋无法穿过型钢柱预留孔洞。同时，考虑到钢筋接头穿钢柱预留孔问题，为便于穿孔施工，预留孔孔径应较钢筋接头直径大4mm。此外，劲性柱验收和安装过程中要加强测量精度控制，防止因施工精度控制不到位引起劲性柱偏位问题。

3 型钢劲性混凝土柱施工技术要点

型钢劲性混凝土柱施工工艺流程为：型钢柱制作→进场验收→柱脚螺栓预埋→钢柱吊装→上部钢柱安装→柱、梁筋安装→劲性柱模板搭设与混凝土施工。

3.1 型钢柱制作

该工程中型钢柱截面尺寸为900mm×1 200mm，腹板厚40mm，翼缘板厚50mm，采用Q345B型钢进行钢柱分节制作。考虑到焊接质量控制要求，施工单位委托专业厂家加工制作钢柱。为减少钢柱焊接接头数量，并错开钢筋接头位置和便于焊接施工，该工程每节型钢柱长度为2层楼高度，焊接接头设置在楼面1 200mm的位置，钢柱制作完成后按节段编号。

3.2 进场验收

劲性柱进场时，要加强劲性柱及翼板等构件尺寸、材质、预留孔和焊接质量的检查，并检查焊接面有无油污、锈蚀、污染物、翘曲、焊缝等问题，经检查无误后验收。

3.3 柱脚螺栓预埋

该工程中，钢柱与预埋M40柱脚螺栓固定。为确保钢柱安装精度，施工单位应加强首节钢柱柱脚螺栓定位测量，严格按施工现场四周基准点、基准线和控制线标高测放出柱脚预埋螺栓位置和标高。为避免预埋螺栓与钢柱预留孔错位，该工程采用专用螺栓定位支架（见图1），将支架固定在定位点后穿预埋螺栓，控制支架标高并落实防护措施后浇筑100mm厚自密实混凝土（见图2），防止预埋螺栓移位。

图2 预埋螺栓结构示意图

3.4 钢柱吊装

首节钢柱吊装施工时，在焊接底托上焊十字架，并在柱脚固定板上画十字中心线，以便于钢柱吊装时对准中心点。钢柱吊装时，在钢柱上部3个方向设置缆绳，用于调节钢柱垂直度、水平方向，钢柱调节到位后稳定钢柱并缓慢下放，下放过程中避免磕碰预埋螺栓，校正钢柱垂直度并将钢柱对准预埋螺栓后紧固螺栓。

3.5 上部钢柱安装

上部钢柱吊装施工前，在柱头位置画出翼板中心线，以便于上部钢柱与下部钢柱对中就位，钢柱按编号依次吊装。钢柱吊装时，使用钢丝绳吊住钢柱翼板，由人工牵引缆绳至钢柱节点就位，确保上下两节钢柱中心线对中，使用高强螺栓临时固定上下耳板，并脱钩吊绳。待钢柱临时固定后，自钢柱接头耳板位置楔入钢楔块，确保上下钢柱间隙1～2mm，通过调节耳板固定螺栓，调整钢柱垂直度并拧紧螺栓。采用2台经纬仪观测复核钢柱垂直度、标高无误后，采用CO2保护焊接坡口。焊接施工时，先焊接钢柱正面，背面点焊衬铁，另一面焊接时使用铁锤敲掉衬铁后施焊。钢柱焊接时，严格遵循“先翼板后腹板、同时对称逆向施焊”的焊接原则，由2名经验丰富的专业焊接人员同时对称、匀速施焊，焊接速度控制在350～450mm/min。首次焊接应封住坡口母材接缝，并逐道、逐层填满坡口，每道焊缝施焊完成后，均应清理铲磨干净，清除焊渣，每道焊接层间温度控制在50℃～80℃范围内，接口必须完成连续施焊后方可进行下一道施工，焊接3道后完成端面焊接。焊接过程中，遇风速≥6.0m/s时，应暂停施焊，再次焊接时重新预热施焊。该工程对焊缝按20%比例进行无损探伤抽查，确保劲性柱焊接质量达到Ⅰ级焊缝质量。

3.6 柱、梁筋安装

劲性柱钢筋主筋施工时，由于穿牛腿孔位置主筋焊接操作空间不足、焊接难度大，该部位采用螺纹套筒连接方式，其余部位主筋采用电渣压力焊焊接方式。为确保主筋顺利通过牛腿孔，牛腿孔适当放大4mm。框架柱根部和主筋接头处以下100mm处设置定位箍筋，防止主筋位移。箍筋绑扎施工时，由于存在钢柱，导致箍筋无法按常规绑扎方法施工，该工程制作的钢柱腹板开孔（见图3），将“U”型箍筋穿预留孔后焊接闭合，箍筋单面焊搭接长度10d，双面焊长度5d。

图3 型钢劲性柱腹板预留穿筋孔

梁主筋绑扎施工时，框架梁钢筋绑扎采取穿钢柱预留孔和钢柱焊接相结合的方法，梁底筋穿钢柱预留孔，并与箍筋绑扎，穿梁面筋时，与钢柱牛腿焊接，并与箍筋绑扎，待与钢柱相接部位梁主筋绑扎完成后，支设梁底模和侧模。

3.7 劲性柱模板搭设与混凝土施工

受劲性柱特殊结构影响，加之柱内钢筋密集，难以采用对拉螺栓固定模板方法支撑加固模板。针对该问题，为确保该工程劲性柱模板支撑刚度，采用18mm厚双面覆膜多层木模板，以100mm×100mm木方作为主肋加固，按300mm间距布设。外楞采用12#槽钢全高加固，标准层按400mm间距加固，非标准层按600mm间距布设。

劲性柱混凝土施工时，由于劲性柱内钢柱、钢筋较为密集，振捣空间狭小，混凝土流动受限，因此，在混凝土浇筑、振捣施工时，施工单位要严格控制混凝土配合比和坍落度，分层浇筑厚度≤40mm，竖向结构浇筑C60高强混凝土，梁柱接头部位设置钢丝网分隔，防止低等级混凝土与高等级混凝土混合。混凝土振捣时，采取对称振捣方法，根据钢柱肋板空隙灵活掌握振捣点，直至混凝土表面返浆，不再下沉为止。为防止混凝土浇筑施工中因漏振形成蜂窝、麻面等问题，施工单位应安排专人敲击模板并补振。由于型钢劲性混凝土柱振捣难度大，为确保振捣密实，单点振捣时间≥60s。劲性柱模板浇筑48h后拆除模板支撑，使模板与劲性柱形成一定的空隙，浇水养护3d后拆除模板，并使用无纺布包裹两层浇水养护。

4 结语

该工程中，施工单位通过劲性柱深化设计，协调处理劲性柱与梁筋之间的位置关系，并加强劲性柱定位精度、焊接质量、钢筋绑扎和混凝土施工技术管理与质量控制，有效保证了型钢劲性混凝土柱的施工质量。工程施工完成后，经工程实践表明，采用型钢劲性混凝土柱可显著提高工程施工周期，节省工期约30%，且施工质量易控制，具有良好的应用价值。