超高層鋼骨混凝土組合結構深化設計技術研究

超高層鋼骨混凝土組合結構深化設計技術研究

成都潤盛大廈位于地上3層，地上39層。建筑總高度173.7米，總建筑面積318.1萬米。這是成都城市的象征建筑。主塔樓采用框架-核心筒結構體系,外圍框架及內筒均為鋼骨混凝土組合結構。裙樓部分存在大量型鋼柱、型鋼梁及圓鋼管柱等,型鋼截面形式復雜多樣,有工字形、H形及其他異型截面。總用鋼量達到5000t。鋼骨混凝土組合結構從基礎底板到頂層結構均有設置,且每層分布不一致,技術要求很高。1節(jié)點設計時,設計內超高層鋼骨混凝土組合結構屬于新技術,工程經(jīng)驗較少,但質量要求很高。組合結構比傳統(tǒng)混凝土結構復雜,主要施工難點如下:(1)鋼結構前期深化設計量很大,其節(jié)點設計時,若考慮不全面往往與現(xiàn)場施工差別較大;(2)鋼骨組合結構內部鋼筋設置較多,規(guī)格較大,且鋼骨上栓釘密集,箍筋加工復雜,綁扎不便;(3)組合結構與其他構件相交的位置節(jié)點復雜,局部鋼筋集中,空間狹小,難以處理;(4)組合梁、柱是主要受力構件,往往尺寸較大,模板支設及混凝土澆筑較困難;(5)鋼結構分包與土建分包在交叉流水施工中易忽視彼此利益,施工沖突多;(6)組合結構目前尚未形成相應的工藝標準和驗收規(guī)范。2節(jié)點處理及預留預焊鋼骨混凝土組合結構作為華潤大廈的主要受力構件,設計單位為滿足結構受力要求,在設計時內部鋼筋較密集會造成施工受鋼構件阻擋,因此在鋼結構單位進行深化設計時,除進行鋼結構自身的主體深化設計,還要考慮其與其他構件相連接時的節(jié)點處理方式,并根據(jù)此方式在鋼結構上預留預焊。鋼結構深化設計前,應與土建單位充分溝通,確定預留預焊方案,并準確體現(xiàn)在深化設計圖紙上。2.1設置鋼結構穿筋孔鋼骨混凝土組合結構中梁和柱的縱筋按規(guī)范需滿足錨固長度要求,故在鋼筋遇鋼柱腹板、柱腳底板、鋼梁腹板及鋼骨非主要受力位置時,可按設計圖紙在鋼結構上預留穿筋孔。穿筋孔宜比鋼筋直徑稍大,以便穿過,典型的鋼柱平面見圖1。2.2主要抗彎受力構件鋼骨混凝土組合結構中有大量的梁柱主筋會碰到鋼骨翼緣,而作為鋼結構的主要抗彎受力構件,翼緣又不允許開孔。所以在鋼筋遇到鋼骨翼緣或鋼結構主要受力位置時,應采用預焊連接板的方式連接鋼筋與鋼結構。連接板的選材及厚度根據(jù)設計要求確定,連接板下方需焊接加勁肋。2.3區(qū)域化后0.本工程溜冰場區(qū)域有圓鋼管混凝土柱,圓鋼管直徑800mm。施工圖中與此圓鋼管柱交叉連接鋼筋多,加焊連接板并不能解決問題,對此采用增設抗剪托座、設置環(huán)梁的做法,以保證鋼管柱周邊鋼筋有效錨固。2.4孔的測量控制鋼結構深化設計時,鋼結構單位與土建單位要密切配合。對所預留的孔和預焊連接板的標高要控制準確。對需加焊的部位要做到不遺漏,不需要的位置不誤焊。標高誤差控制在1cm內,防止因誤差大而提高混凝土結構面,影響外觀質量。2.5安裝對拉螺桿孔由于鋼骨混凝土柱尺寸最大達1700mm×1700mm,支設模板時須加設對拉螺桿,所以在鋼骨混凝柱的腹板上需預留對拉螺桿孔,間距為500mm。型鋼梁不必開孔,可將螺桿鋼筋直接焊于腹板上進行拉結。2.6組合結構中栓釘?shù)目刂其摻Y構上的栓釘外包混凝土后,其與混凝土間的握裹力可有效增強組合結構的整體剛度及受力性能,但組合結構中栓釘往往是影響鋼筋綁扎的重要因素,所以在對施工圖進行認真分析后,可將無法綁扎部位的栓釘改位,例如由翼緣外側改到內側。3梁柱組合結構節(jié)點由于結構設計情況不同,組合類型也不一樣,其節(jié)點深化也存在差異。根據(jù)《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》(GJ138-2001)及《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)要求,本著梁柱連接節(jié)點“構造簡單,等強受力,便于施工”的原則,鋼結構單位需會同土建單位對組合結構的相關節(jié)點進行深化設計。3.1鋼柱和黑柱節(jié)點的深化設計3.1.1柱腳底板的安裝鋼骨柱的型鋼在底板或開始位置通過地腳螺栓將柱腳底板與混凝土基礎連接。因柱腳底板的存在,柱部分二排縱筋被阻擋。深化設計時須在柱腳底板上預留穿筋孔,并在相應部位加焊鋼板補強。對水平向板筋與柱腳相交的情況,可直接焊于柱腳底板之上,滿足焊接長度要求,如圖2所示。3.1.2預焊連接板及直錨長度混凝土梁鋼筋與鋼骨柱相交有以下幾種處理方式:(1)外側鋼筋可按1∶6打彎以繞開鋼柱,在柱外側滿足錨固長度要求,柱截面按照1∶6進行端部加腋(圖3);(2)鋼筋遇鋼柱翼緣,如滿足平直段錨固長度要求,則可彎錨;如不滿足要求,則在翼緣上預焊連接板,鋼筋焊于連接板上,間距為1.5d(d為鋼筋直徑),見圖3;(3)鋼筋遇鋼柱腹板時滿足直錨長度要求可直錨,不滿足要求可彎錨,但對懸挑梁、框支梁及需主筋拉通的連續(xù)梁等,則需在鋼柱腹板上預留穿筋孔,使鋼筋正常貫通(圖3);(4)若通常組合結構鋼筋太多,上述處理仍不具可操作性時,須進行鋼筋等強代換,以減少鋼筋根數(shù)。3.1.3開口再套綁施工柱箍筋特別是內箍,因栓釘影響,采用傳統(tǒng)從上往下套綁的方式施工難度很大,可將原封閉箍筋改為開口箍筋,從側面套綁以方便施工,見圖1(a)。3.1.4鋼骨栓釘改至翼緣剪力墻中通常設置鋼骨暗柱。因栓釘影響,可能導致預留的剪力墻縱筋保護層過薄,甚至突出混凝土結構面,發(fā)生漏筋現(xiàn)象。為此針對重點部位,將鋼骨栓釘改至翼緣或腹板上,以確?；炷镣庥^質量。剪力墻水平筋通常直徑較小,其垂直遇鋼骨時可直接彎錨,或在腹板上加焊連接板焊接,以滿足焊接長度要求(圖4)。3.2鋼梁節(jié)點和鋼柱節(jié)點的深化設計3.2.1收頭柱內鋼筋貫通型鋼梁與混凝土柱相交較簡單。柱縱筋在遇型鋼梁翼緣時,如為收頭柱,柱內側鋼筋可不貫通,向柱內滿足彎錨長度即可;如柱縱筋需貫通,則在型鋼梁翼緣上預留穿筋孔,使鋼筋正常貫通。型鋼梁在柱核心區(qū)范圍內預留穿箍筋孔,以保證柱箍筋正常綁扎。3.2.2鋼柱外側底筋貫通型鋼梁與型鋼柱相交時,鋼筋交叉較復雜,可采取以下措施(圖5):(1)進行梁鋼筋等強代換,以減少鋼筋根數(shù),重新調整排布方式。征得設計單位同意后,可增加鋼筋排數(shù);(2)梁外側底筋可正常貫通,梁底筋垂直與鋼柱翼緣相遇時,按1∶6打彎繞過鋼柱錨固,若不能繞過則在鋼柱上預焊連接板,采用焊接連接,焊縫長度應滿足規(guī)范要求;(3)柱縱筋需貫通者要在型鋼梁翼緣上預留穿筋孔,使內側柱筋正常貫通,預留穿筋孔時要考慮與梁縱筋錯開放置;(4)梁底筋排數(shù)較多時,可加大連接鋼板厚度,使連接板上下表面均可焊接梁鋼筋,焊接凈距須保證1.5d(d為鋼筋直徑)。3.2.3保護間和預留的保護層型鋼梁交叉時,兩根梁底筋在交叉部位層數(shù)重疊,設計單位考慮的空間和預留的保護層完全不能滿足要求。首先需對兩根梁的鋼筋進行放樣,然后通過等強代換、調整鋼筋排數(shù)和適當增加鋼梁底至底模的距離等方式,使鋼筋交叉后保護層厚度滿足要求,該做法綁扎可操作性強。3.2.4b在鋼梁腹板上開孔型鋼梁拉筋間距按《混凝土結構施工圖平面整體表示法》(03G101-1)中的規(guī)定為非加密區(qū)箍筋間距的2倍,本工程采用300mm間距太小,在鋼梁腹板上開孔很不現(xiàn)實。對此采取拉筋斷開和間距加密的方式,將拉筋直接焊于鋼梁腹板上,間距改為200mm,使焊縫長度滿足規(guī)范要求。3.3鋼管柱內節(jié)點鋼筋節(jié)點處理本工程溜冰場區(qū)域設計有圓鋼管混凝土柱,直徑750mm。與其相交的梁鋼筋直徑均為28mm,且1根鋼管柱同一標高上有多達6根梁與其相連,采用上述方法進行鋼筋節(jié)點處理已不能滿足要求,所以本工程采用在鋼管柱上增設抗剪托座、設鋼筋混凝土環(huán)梁的方式解決鋼筋綁扎問題,環(huán)梁高550mm?？辜敉凶鄳诹旱奈恢迷O置,每根外挑1m?？辜翡撏凶捎眯弯揌M400×200×10×16與鋼管焊接?？蚣芰轰摻羁芍苯釉诃h(huán)梁內直錨或彎錨,如圖6所示(實際情況有更多不規(guī)則梁交叉,圖6為相對均勻的一種情況)。4綜合結構層4.1預應力錨索安裝施工控制鋼骨組合結構中的鋼結構在首次設計時一般通過預埋件與混凝土相連接,包括地腳螺栓、鋼柱抗剪鍵和抗拔樁等。預埋件的埋設精度關系到后續(xù)鋼結構的安裝精度,所以預埋時應用全站儀等精密儀器進行定位,埋設完成后要采取穩(wěn)固拉結措施,確保鋼筋綁扎、人員走動及混凝土施工時不受擾動?；炷翝仓瓿珊笠⒓磳︻A埋件位置進行復核,保證誤差范圍滿足規(guī)范要求。4.2材料約束和鋼結構吊裝(1)在鋼筋施工階段,放樣人員要認真分析及深化設計圖,對遇有組合結構的部位要按實際情況下料,避免后期接長或切割,該做法既節(jié)約原材料也能保證鋼筋綁扎的準確性及施工進度。(2)由于混凝土澆筑完畢后要進行鋼結構吊裝,因此在每層樓板豎向插筋施工時,確定墻柱甩筋長度時需考慮鋼結構梁底的標高,避免因鋼筋過長而影響鋼結構吊裝及后續(xù)焊接施工。(3)對于有組合結構部位的梁上柱,其柱插筋應提前考慮,在梁鋼筋綁扎固定前應先用短鋼筋提前占有柱插筋位置,以免鋼梁上栓釘及梁縱筋過于密集而無法插筋。4.3拉螺栓的安裝鋼骨混凝土柱截面較大,計算結果要求對拉螺栓間距小于500mm時,可直接將鋼筋焊接在鋼柱腹板上,間距加密并對模板進行拉結。鋼骨柱截面較小,對拉螺栓間距大于500mm能滿足計算要求時,可在鋼柱上預留螺桿孔。塔樓進入標準層后,鋼柱腹板上預留的螺栓孔應保持各孔位置標高一致,與模板上的預留孔相對應,以提高模板周轉使用效率。4.4振搗棒的使用鋼骨混凝土組合結構外包混凝土內有密集的梁、柱鋼筋及栓釘,因此混凝土澆筑及振搗難度較大,為此混凝土骨料直徑不宜大于20mm,坍落度控制在220+20mm,以方便混凝土下落。選用覫30振搗棒,方便振搗過程中的下插和上拔,避免被鋼筋網(wǎng)卡住?；炷练謱訚仓?每層澆筑高度不大于300mm,同時輔以高頻振搗棒振搗,垂直且緩慢拔棒,逐點移動,根據(jù)所配混凝土的性能,每點振動時間控制在25~30s,每層澆筑后要及時振搗密實。圓鋼管柱內栓釘較多,澆筑困難,采用高拋自密實混凝土,通過其自身良好的和易性、擴展度和高流動性填滿模具,自動達到密實效果。4.5綁扎、校正、焊接(1)鋼骨組合結構施工過程中土建單位與鋼結構單位交叉工作面多,施工工序承上啟下,制約因素多,兩個專業(yè)需密切溝通協(xié)調,以免出現(xiàn)扯皮及沖突。組合結構在鋼筋綁扎階段特別容易出現(xiàn)問題,需對過程中的工序整體統(tǒng)籌,找出最佳的施工方式。(2)鋼結構吊裝以一層為單位,每次吊裝費時較長,宜分片分段進行,盡量選擇在夜間吊裝,并及時校正、焊接,為土建單位提供綁扎鋼筋工作面。(3)剪力墻鋼柱截面較小,在校正完成后綁扎剪力墻鋼筋易對鋼柱的垂直度造成影響,所以土建單位在綁扎過程中要及時對墻體放線糾正,以免出現(xiàn)過大偏移。鋼結