劲性钢柱施工技术在某酒店中的应用

李耀武，崔胜鹏，华国浩，王学斌，李祥龙

（中国建筑第四工程局有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

劲性钢柱是向钢筋混凝土中增加型钢钢柱而组成共同受力的竖向构件。由于配置了钢柱，结合型钢与钢筋混凝土二者的优点，起到了相辅相成的作用，不仅改善了混凝土本身延性差的缺点，还大幅度提高构件的承载力。劲性钢柱减小了构件的截面尺寸、节约空间、增加了使用面积。近年来，随着我国建筑行业的蓬勃发展，劲性钢柱具有施工方便、节省工期等优点，已被广泛应用于高层建筑当中，尤其是在人防地下室结构。在劲性钢柱施工过程中，主要包括加工图设计、制作、焊接加工、安装等流程，因此，要严格控制其施工质量，否则将直接影响到整个工程的质量及进度。

1 工程概况

本工程为西安高新新罗酒店项目，项目总占地面积约为1.4996hm2，总建筑面积为68939.64m2，其中地上建筑面积44486.74m2，地下建筑面积24452.9 0m2。①酒店，建筑面积28112.93m2，建筑高度78.65m(地下2 层，层高4.55m/5.4m，地上19 层，层高5.4m/4.5m/4.7m/6.1m/3.8m（13）/4.1m/4.35m/4.8m/5.4m)。②商业，建筑面积14470.76m2，建筑高度23.55m(地下2层，层高3.95m/6m，地上5 层，层高5.4m/4.5m/4.55m/3m)。③大堂，建筑面积617.1m2，建筑高度14.45m(地下2层，层高3.95/5.93，地上3 层，层高5.47/4.5/4.45)。④宴会厅，建筑面积1233.95m2，建筑高度10.1m(地下2 层，层高3.95/6，地上1 层，层高6.05/3.95)。⑤地下车库，建筑面积24452.9m2，(地下2 层，3.95m/6.05m)。部分与梁连接的框架柱为型钢混凝土柱，共计10 根，钢柱焊接栓钉，钢板材质为Q355B。劲性混凝土框架柱参数如表1所示。

表1 劲性混凝土框架柱参数

2 型钢柱的深化设计与制作

2.1 型钢柱深化设计

型钢柱的加工图设计好坏直接关系到劲性钢柱的施工质量，因此要采取有效措施严控加工图设计质量。深化设计过程中，每段钢柱长度要符合车间制作条件和现场吊装能力，并且要严格控制钢柱标高与安装标高、梁筋标高的允许偏差。在节点设计时，可采用腹板预留贯穿孔，贯穿面积应小于腹板面积的25%，避免截面损失率过大而造成型钢无法满足承载力要求。如遇型钢截面承载力不足时，可局部加厚达到补强效果。然后通过TEKLA STRUCTURE 软件建模，确定框架梁柱钢筋与型钢柱的位置，确保梁柱接头部位钢筋相互之间不发生冲突，最后在模型基础上导出CAD 施工图纸。

2.2 型钢柱制作

钢柱应委托专业加工厂制作，制作方式为厚钢板拼焊，钢板原材料要有质量合格证明书，并且符合《高层建筑结构用钢板》(YB4104-2000)行业标准[1]。另外，还要对钢板的外观进行检查，平整度和表面质量合格才可以进行加工。为了便于后期钢柱接长操作，除了第一层钢柱长度比层高长500mm，其他各层钢柱长度与层高相同。在每层梁位置的纵横方向上，有两根梁纵筋穿过钢柱，因此，安装钢柱前应预留两个比梁筋直径大5mm 的钻孔，两个孔距错开一个钢筋直径位置。另外，钢柱四角锚钉也应提前焊接安装完毕。在钢柱加工过程中，总包单位、监理单位应设有专业人员按照深化图纸对制作、焊接进行监控，确保加工质量合格。当钢柱加工完成一批后，采取总包单位、监理单位及业主联合验收的方式，钢柱的编号、型号、长度、孔位和孔径与耳板的位置和尺寸符合要求后方可出厂发货。

3 型钢柱安装

3.1 钢柱柱脚锚栓埋设

本工程钢柱基础采用预埋M27 地脚螺栓固定，螺栓直接锚入钢筋混凝土底板，使柱脚底板与钢柱基础节连为一体，螺栓预埋质量直接影响首节钢柱的安装[2]。柱脚螺栓之间的距离使用套板控制，并且螺栓的平面位置和标高位置分别使用定位盘和定位架固定，控制螺栓不变形、位置准确。螺栓预埋时，在柱模板顶部划出十字轴线，使其与定位盘上的十字交叉轴线对正，定位盘下设Φ 18 的钢筋制作而成定位架，且定位架单独设置支撑点，避免后面发生轴线、标高偏差[3]。地脚螺栓埋设后,为避免螺牙附着混凝土或者锈蚀，采取黄油外封胶布措施保护。待监理验收合格后，浇筑C60 无收缩细石混凝土，将支架、套板、螺栓一次浇成为一体，柱脚板底预留50mm 缝隙。型钢柱柱脚做法如图1 所示。

图1 型钢柱柱脚

3.2 基础节安装

调整锚杆、螺母标高位置到柱脚板底标高处。当钢柱基础节吊至锚杆上方200mm时，使柱脚底板的栓孔与锚杆对齐，缓慢下降基础节，待基础节底板就位后加设锚杆垫板，并使用单螺栓对其进行临时固定。采用经纬仪对基础节进行垂直度校正，如发现垂直度有偏差，轻微调整锚杆上的螺母，校正其垂直度和标高，之后采用双螺帽拧紧预埋螺栓与基础节的底板，并焊满锚杆垫板与基础节底板[4]。

3.3 上部结构钢柱安装

钢柱到达现场后，需进行检查验收，待验收合格后卸至吊装区。在吊装前，为了上层钢柱的安装与下层钢柱方便对中，在柱翼缘中心做出标记线。然后将钢爬梯顶部挂在柱顶，钢爬梯底部采用绑扎绳索通过卡环连接到耳板上[5]。吊装时，吊装短头挂在处于水平面的两个吊耳上，钢柱应横放在枕木上，起吊钢柱不得有地面拖拉现象，吊升过程中严禁歪拉斜吊，待钢柱起吊距地面2m 以上时可以回转。

钢柱提升就位后，对齐安装定位线，利用连接板的耳板与螺栓连接起来，稍加拧紧，对钢柱进行临时固定。操作人员通过钢爬梯上至钢柱顶端脱钩即可，摘钩人员安全带不允许挂在吊钩上，应挂在钢柱耳板之上，钢柱临时固定节点如图2所示。

图2 钢柱临时固定节点

3.4 钢柱校正

①钢柱初校。为了保证钢柱的就位尺寸，需要由初校确定其错位值，然后调整钢柱就位中心线，以满足钢柱接头的对接尺寸和钢柱扭曲、垂偏标高等综合安装尺寸等需求。②钢柱垂直度校正。钢柱调整采用千斤顶调节，借助千斤顶进行推或拉。在钢柱柱顶钢柱中心线和柱脚下端的定位轴线相互垂直的两个方向上，使用经纬仪进行观测，柱顶中心线投影均与定位轴线重合，钢柱垂偏数据符合要求[6]。③标高校正。由于钢柱接头焊缝存在焊接变形、压缩变形和基础沉降等因素，在按设计标高安装时，需要对每节柱标高进行校正，采用适当加大柱与柱之间接合处间隙的调整方法，所垫钢板需小于5mm。

3.5 焊接

钢柱与钢柱之间采用CO2焊，全熔透的坡口对接方式，坡角45°，焊缝间隙10mm，焊接外观质量要符合二级焊缝的要求。在焊接过程中，每根钢柱安排2 名焊工施焊，且焊接速度控制在350～450mm/min，并保持“先翼板后腹板，同时对称逆向施焊”的原则。开焊时，坡口母材与垫板的连接处应作为第一层焊道，焊完后清理铲磨，然后逐道逐层至坡口满焊[7]。在焊接过程中，一个焊缝接口必须连续焊完，特殊情况下，二次施焊需要重新预热方可进行。当焊接完成时，需要及时敲除焊渣，并对焊缝进行质量检测和无损探伤随机抽查，合格后进行下一个工序[8]。

3.6 型钢柱与钢筋的绑扎施工

本工程施工过程中，型钢柱与钢筋的交叉点多、关系较为复杂、处理难度大。因此，通过仿真技术，预判钢柱和钢筋之间的空间关系，理顺劲性柱的钢筋施工顺序，简化施工过程。①框架柱与暗柱主筋穿插。为了不影响梁筋、墙体水平筋与柱箍筋穿过腹板预留孔，在绑扎完框架柱、剪力墙暗柱钢筋后，设置定位筋，防止钢筋偏位。②框架柱与暗柱箍筋绑扎。按照常规做法，暗柱箍筋无法穿过型钢柱腹板的箍筋进行施工。本工程事先在型钢柱留孔，然后制作出“U”型箍筋，将“U”型箍筋围绕主筋打弯90°后，将箍筋首尾相连焊接闭合。③梁主筋绑扎。当锚固长度不够时，遇型钢腹板应使钢筋穿过腹板上预留的孔洞进行锚固，如图3 所示。遇型钢翼缘应在纵筋标高处焊钢套筒进行锚固，如图4所示。④墙体水平筋绑扎。当锚固长度不足时，遇型钢腹板应在腹板附近垂直向上或向下弯锚15d，遇型钢翼缘应绕开钢柱翼缘板后折回。

图3 梁钢筋遇型钢腹板时绑扎

图4 梁钢筋遇型钢翼缘时绑扎

4 结论

通过采取以上技术措施，该项目取得了显著的施工实效，充分保证了主体结构质量，得到以下结论及建议。①本工程劲性钢柱施工过程中，严格进行过程控制，充分落实各工序质量的层层把关，确保工程实体无质量问题，经后期现场抽样检查，“轴线偏移偏差值”和“焊缝外探伤数据结果”均满足行业标准。②在混凝土框架柱中加入型钢柱，比常规模板支设、钢筋绑扎难度加大，因此要重点控制型钢轴线位置、垂直度、对接焊接质量等，避免钢柱偏位、梁筋墙筋无法通过等问题发生，导致返工，耽误施工进度。③在劲性钢柱施工中，型钢柱与钢筋的相交点多，因此，处理型钢柱与主筋、箍筋的关系成为了本项目的重点工作，利用仿真技术，成功预判了型钢柱和钢筋的空间关系，有效降低了施工难度。