屋顶组合结构钢柱帽安装连接施工

林荣东 叶李平 乔灿 吴少华

中建海峡建设发展有限公司 福建 福州 350014

1 引言

传统的混合结构中钢梁与混凝土柱均采用将柱内插型钢形成型钢混凝土柱的方式进行连接，其工程造价高昂且施工工序繁琐，直接将钢梁插入混凝土柱中，需要对混凝土柱开槽以形成对应的结构柱截面，则需要进一步增大混凝土柱的尺寸，以保持整体的稳定，并且容易造成混凝土柱的刚性下降；因此设计出能够避免钢梁与混凝土柱连接时需要设置内插型钢从而增大结构造价和刚性下降的装置十分有意义。

鉴于此,亟待设计一种新型连接装置，来解决结构柱受力承载问题，同时简化钢梁的连接问题，从而降低施工成本、提高安装效率[1]。

2 工程概况

福州市某校区建设工程礼堂等楼栋采用钢结构彩钢瓦坡屋顶，将在组合结构即钢结构钢梁和混凝土柱中的节点处通过预制钢柱帽进行安装连接。屋顶混凝土柱截面积650*550～850*850mm等。屋顶混凝土柱与钢构连接平面布置详图1，屋顶混凝土柱与钢构连接的钢柱帽现场布置详图2。

图1 屋顶混凝土柱与钢构连接平面布置详图

图2 屋顶混凝土柱与钢构连接的钢柱帽现场布置

3 施工工序

在混凝土柱和钢构节点处设置预制钢柱帽时，强调重点解决钢柱帽的临时定位安装，因此在实际施工中，首先在混凝土柱中设置预埋钢板，然后在钢柱帽表面设置安装耳板，最后通过双片连接钢板采用栓接固定，起到临时连接目的；后期在混凝土浇筑完成并达到强度后再进行割除[2]。如图3。

图3 混凝土柱与钢构连接的钢柱帽大样（左）、现场安装实体（右）

为确保施工质量，施工工序依次为钢柱帽工厂预制→屋面框架混凝土结构柱浇筑并预埋钢板→钢柱帽运输→采用塔吊吊放至屋面→工艺间歇（待混凝土柱强度满足后）→采用塔吊安装钢柱帽→定位校核→通过安装耳板和预埋板的临时连接固定→钢构与钢柱帽的安装连接→钢柱帽与混凝土柱底部的模板安装→模板间隙密封处理→通过浇筑口浇筑→养护[3]。

4 施工控制难点

4.1 钢柱帽构造要求

作为一种组合结构中钢梁与混凝土柱的简易连接装置，钢柱帽构造包括4大部分，分别是：

1）底部的临时安装耳板和中部、上部的钢梁连接耳板，如图4；

图4 上部、中部、底部耳板

2）内部“8排”栓钉锚固作用，如图5；

图5 锚固栓钉

3）内部设置相互垂直的扁钢劲性加强作用，如图6；

图6 劲性扁钢

4）顶部设置排气孔，如图7；

图7 排气孔

4.2 钢柱帽临时安装定位

临时安装过程中，按照预定位置将钢柱帽吊装至结构柱上方，安装过程中缓慢放下，下降过程中应尽量避免柱筋受钢柱帽内部栓钉的作用产生过大偏移[4]。安放至预定位置后校核标高、位置，同时保证垂直度要求后，采用8.8级高强螺栓和连接钢板同钢柱帽的安装耳板、预埋板的后焊接耳板连接紧固，来实现钢柱帽与混凝土结构柱临时安装固定的目的。如下图8所示：

图8 连接钢板（左）、临时固定构造做法（右）

5 施工控制要点

屋顶组合结构钢柱帽安装连接施工存在高处作业隐患，吊装过程涉及塔吊等大型机械配合作业，且预制钢柱帽重量大、标高定位和垂直度控制较难，因此本文控制要点依据施工经验，结合班组操作的实际情况提出，具有一定的普遍性[5]。

5.1 预埋件安装

5.1.1 柱筋绑扎

根据设计要求完成屋面层梁板钢筋及柱筋的绑扎。

5.1.2 预埋件焊接

结合楼层标高、钢柱帽底部高度及图纸要求确定预埋件焊接位置和混凝土柱浇筑高度，并在柱筋上标记出对应高度的控制点，然后在屋顶层上按照设计位置进行预埋件焊接定位。

将预埋件固定在对应高度的钢筋上，待高度复核后采用焊枪进行人工焊接。

图9 预埋件材料及焊接定位

5.2 模板安装

根据结构墙柱位置安装模板，并采用方钢加固。对模板的缝隙进行填塞处理，防止产生漏液，模板内面涂刷脱模剂。同时清理模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢。在浇筑过程中，防止模板扣件松动，尤其是涨模情况发生[6]。

5.3 混凝土浇筑

向模板内浇筑混凝土过程中，边浇筑边使用插入式振捣棒分层振捣，振捣棒避免触动钢筋和预埋件，同时在下侧敲打模板，防止产生蜂窝、麻面和孔洞[7]。

5.4 钢柱帽施工方法

钢柱帽施工方法的核心思路采取的是“工厂预制生产，现场吊装连接”。具体施工方法如下：

5.4.1 图纸深化

1）根据建筑设计图纸，深化钢柱帽制作大样节点图，并标明各柱帽编号、尺寸等信息。

2）进一步深化各零件图加工节点，包括各类耳板、吊装钢板等；整理零件材料表，包括零构件材料表、构件栓钉表。

图10 零构件材料（左）、栓钉（右）

5.4.2 预制生产

在厂内生产时，按照材料表和大样控制尺寸加工钢柱帽各零构件，需保证尺寸规格无误；同时，管理人员加强对厂内人员的安全技术交底和深化图纸交底。必要时，安排项目人员驻场，定期检查。

当柱帽身钢板拼接为L型对接时，采用单边V形焊缝；当耳板等零件与钢板拼接为T型对接时，采用双面角焊缝即可。焊接过程中应及时检查焊接饱满度、外观质量、夹渣、孔洞、裂缝、熔融情况等，确保符合焊接质量要求，同时请第三方有资质的单位进行检测并出具检测合格报告。

5.4.3 现场吊装

1）现场安装前对钢构班组进行培训和安全技术交底。由于钢柱帽规格不一，应按图纸的使用部位进行控制，核对轴线、标高等[8]。

2）采用塔吊吊装钢柱帽时，按照预定位置将钢柱帽吊装至结构柱上方，安装过程中缓慢放下，通过钢柱帽底安装耳板和结构柱埋件采用同厚度的钢板进行临时固定。

为确保钢柱帽垂直度符合要求，需配合工人辅助调整，采用扳手固定耳板上的螺丝。

3）待钢柱帽临时定位牢固后，开始钢梁与钢柱帽安装。通过M22的高强螺栓将钢梁连接至耳板；钢梁端部与柱帽连接位置采用V形单边焊接，确保饱满度合格。

4）吊装作业应编制《C.0.34结构吊装记录表》并记录归档，确保轴线、标高等合格正确。

图11 钢柱帽与钢梁连接示意

5.4.4 钢柱帽浇筑

首先，浇筑前检查柱帽内的预留柱钢筋倒伏碰撞的情况，并安排人员进行调整垂直。

其次，在钢柱帽底与混凝土柱交接处需采用模板挂模封堵，间隙处施打泡沫剂。

最后，通过柱帽顶部钢板预留孔φ300mm采用斗车装运混凝土浇筑。值得一提的是，混凝土浇筑在钢柱帽或钢梁安装后均可进行，且其浇筑养护原则上不占用关键工期。

图12 挂模密封（左）、浇筑养护（右）

6 结束语

本工程采用新型的屋顶组合结构钢柱帽装置，吊装简单，施工便捷效率，且现场安全反馈良好。同时，在屋顶混凝土结构养护期间，便已完成钢柱帽的吊运工作，并按编号分区堆放在屋顶结构相应位置，故相比于传统内插型钢方式，高效便捷，有利于节约工期和成本造价。同时，通过厂内预制加工的生产方式促进绿色施工的延续，符合可持续性发展的理念。