型钢预应力钢筋混凝土桁架施工工法

型钢预应力钢筋混凝土桁架施工工法工法编号：RJGF(闽)—23—2021完成单位：福州市第三建筑工程公司主要完成人：余贤英郑自强林一苏余少月肖斯昕1前言厦门观音山公寓为2幢联体30层高层建筑，总建筑面积8.2万多平方米，总高分别为99.05米和104.15米，地下室1层，上部1～4层为公共汽车站及服务用房，5层以上为住宅。由于公共汽车站需要大开间，高层住宅有一排外柱落在柱距14.8m的开间上，外排高柱传递重量大，设计上在第3层楼面开始设型钢预应力钢筋混凝土桁架转换层。桁架为三角形，跨度为14.8m，高度分别为8.1m、5.4m，共18榀。三角型钢预应力钢筋混凝土桁架承担5层以上总计26层的巨大荷载。三角桁架支撑的两根柱设：钢柱下过渡层高度6m；上过渡层高度为8.1m和5.4m。上、下过渡层柱为型钢混凝土柱，柱与斜杆最大断面为1200mm×2000mm；型钢为“王”字型，断面最大为800mm×1500mm；水平拉杆为型钢预应力混凝土，断面为1000mm×1500mm，型钢为“王”字型，断面为600mm×1000mm。该桁架钢构件为非标型钢，工厂用36mm厚特厚板加工制作，钢构件自重大须现场分片吊装。与钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土组合施工工艺难度大、施工程序复杂、质量要求高、工作量大。施工过程认真规划、组织技术攻关，对型钢制作、吊装及混凝土、预应力施工开展了多项质量攻关QC活动，取得明显效果，其中《提高型钢混凝土中钢构件吊装质量》成果获得2021年福州市年工程建设质量协会第18次优秀成果一等奖，2021年福建省工程质量协会二等奖，2021年中国建筑业协会授予的优秀奖。对工程实践认真总结，吸收QC活动成果，编制本工法。2特点转换层大跨度桁架承载力大，型钢制作质量要求高。利用桁架作转换层，构造简单，主要构件受力明确，可充分利用建筑空间。采用型钢结合充分发挥各自材料优势，既能提高钢筋混凝土结构的承载力，又可对钢结构进行防火保护。型钢与钢筋混凝土结合及型钢与预应力钢筋混凝土结合，桁架中拉杆使用预应力，结构变形小，并且使上部结构达到稳定安全可靠。型钢结构须在整个钢筋混凝土结构中埋设、吊装，施工程序难度大。桁架构件截面大，施工程序多，作业中安全防护事项多。 同构件多工种交叉作业，质量管理要求严。3适用范围适用于大跨度、高承载力的钢筋混凝土结构施工。4工艺原理4.0.1根据构件吊装、型钢混凝土、预应力钢筋混凝土等施工技术要求进行综合优化，确定施工顺序及关键部位交叉节点的作业方法。桁架钢构件自重大，需在结构上立体就位拼装组合，节点部位钢筋构造复杂，绘制钢筋三维大样图，确定安装绑扎顺序。按照吊装机械及拼装顺序对吊装机械作用的楼层平台进行核算、加固。遵从不同构件施工作业规程要求，对钢筋与钢结构穿孔定位，钢构件地面预拼装核定拼装孔留置，钢筋混凝土节点小空间及斜杆预拼装随浇支模，高斗喂料细棒振捣混凝土梁复杂部位制定针对性的技术措施。5工艺流程及操作要求5.1工艺流程钢构件制作→下过渡层钢柱安装→下过渡层钢筋混凝土柱浇筑→上过渡层钢柱及钢桁架吊装拼接→桁架、钢筋混凝土柱浇筑→桁架预应力钢筋混凝土施工→后续钢筋混凝土结构施工5.2操作要求钢构件制作1学习图纸了解设计的基本要求，明确使用材料和预埋要求。熟悉预埋件、连接件的设计要求，以及结构连接部位节点做法、焊接要求等。2按图纸进行加工件足尺放样，并制作加工件样板（金属板制作），上述工作要经技术负责人、质检员核验备用。3根据拼装要求及和钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土相组合的要求，将需要留置的穿筋孔、栓筋、连接板及高强螺栓孔等构造联结的具体部位逐根（孔）放样标识。4钢构件的钢材与连接材料，高强度螺栓、焊条、焊丝、焊剂等，应符合设计的要求，并应有出厂合格证。5材料矫正：下料前应以矫正，制作钢结构的钢材矫正应用平板机、型钢矫直机矫正和人工矫正，矫正后钢材表面，不应有明显的凹面或损伤，划痕深度不大于0.5mm。 6材料加工：要消除切割后钢材硬化或产生淬硬层，以保证构件连接接触严密、平整和其焊接坡口的加工质量，需要对切割后钢材的边缘进行加工，以确保加工的精度。边缘加工的宽度、长度、边直线度、相邻两边夹角、加工面垂直度以及加工面表面粗糙度都必须符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定。7构件焊接要求：1）根据现有焊接设备进行焊接试验，检验合格后修订焊接工艺。2）采用气体保护自动焊。3）构件焊缝等级依设计要求（不低于二级），按规定进行焊缝检测。4）焊工持证上岗。8制孔应在钻床上进行，要确保制孔的质量应预先在零件上冲成或钻成小孔，依照样板将孔扩钻至设计孔径并确保孔壁不受损伤。所有制孔的质量应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定。9钢构件预组装：根据施工图、施工方案及其下料单，清点和检查加工件的材质、规格、数量和加工质量，并将组件按图试拼、测量、组合、检验，检验合格的将各分件按组合进行编号。对连接接触部位和沿焊缝边缘每边30mm～50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢等清除干净，已检验的组件按指定运输堆放。5.2.2下过渡层钢柱安装1在下过渡层柱钢筋绑扎后安装钢柱预埋板，预埋板应用型钢或钢筋支承在已浇筑的混凝土上，其周围应用钢筋顶靠在柱模板上。2柱模板安装要作到逐根检查其轴线位置准确，并用钢管架交叉支撑以保证混凝土浇筑过程不变位。3柱模板安装后逐根校对钢柱预埋板是否正确，出现偏差及时纠正。4柱混凝土浇筑后，再对钢柱预埋板是否正确进行核验，出现偏差及时纠正。5柱混凝土强度达到C15时，安装下节钢柱（安装方法参见5.4节有关各条），就位校正后再将各柱间用钢管搭设的临时架支撑，使其空间位置准确。6下过渡层柱钢筋安装、混凝土浇筑按程序仔细进行。5.2.3上过渡层钢柱及钢桁架吊装拼接1吊装准备：1）根据构件重量及吊装高度可能的吊装位置选择液压吊车。2）绘制吊车行走路线、吊装位置图，并计算出行走及吊装位置的吊车轮压。 3）在吊装层（地下室顶板）支模时根据吊车行走及吊装位置的吊车轮压进行支撑验算并加固。4）根据吊装需要确定桁架层以下楼板需要留置的安装孔，安装孔应按规定设置加强构造措施。5）吊装时该层混凝土强度应达到设计值（由试块试验确定）。2吊装顺序：水平拉杆——上过渡层钢柱——斜杆。3构件吊装时吊装绳的吊挂位置及长度，应保证构件吊装空间状态与构件安放位置一致，其吊绳长短调节可附加手工葫芦完成。4吊装时先保持构件空间位置正确，而后缓慢滑落吊钩使构件平稳就位。5构件就位后放垫板穿上高强螺栓，待整体就位后再拧紧高强螺栓。6高强螺栓按设计要求最终用压力扳手校正，而后方可按设计进行构件拼接焊。7拼接焊以手工直流焊为主，其操作技工应持证上岗。8钢结构吊装就位拼接过程要保证两个下过渡层钢柱上端与水平拉杆拼接正确，为此要反复校正两柱之间的水平度和净距离，即在安装过程中校对后要用刚性支撑顶紧，在下过渡层柱混凝土浇筑后再次校正后再将各柱间用钢管搭设的临时架支撑，使其空间位置准确。5.2.4钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土施工1钢筋与型钢的联结按设计图纸进行，作到穿筋正确、箍筋完整、钢筋断面中心与型钢中心一致。2绘制钢筋大样图，给每一根钢筋编号，确定绑扎顺序，避免漏绑、错绑、返工事故的发生。3模板支撑根据上层荷载需要验算设置。4构件模板中心应符合设计要求，并和型钢相吻合。5斜撑上模板应整体预装、编号，伴随混凝土浇筑边安装边浇筑。6混凝土浇筑根据布筋情况和部位，需要时应配置小直径高强细石混凝土，设置喂料口（高于构件平面）。7斜撑混凝土浇筑应在水平撑浇后接近初凝时方可开始，并在斜撑下端开始对水平撑上面加钉1米长盖模，防止斜撑浇筑时混凝土从水平杆上部溢出。8构件上部应采用小直径振捣棒，多遍仔细振捣以保证构件完整密实。9水平杆与楼板同浇，应先浇高强度等级水平杆混凝土，让高强度混凝土向楼板延伸一段。 10水平杆4束预应力筋可采取对角线顺序进行，以保持杆件平衡。11预应力构件应在混凝土达到设计强度后方可张拉，应采用超张程序，张拉应力校正后及时进行锚固，预应力孔道灌浆，预应力钢筋端部处理。12预应力钢筋按设计放置，并设置弧线定位卡，使该卡与型钢点焊固定。13预应力锚板按规定和钢柱联结，以保证浇筑后锚板不变形。14对结束预应力张拉的孔道应及时灌纯水泥浆，其水泥强度等级不低于42.5#，水灰比不大于0.5，可掺入适量的减水剂或微膨胀剂。15模板支撑拆除应根据上部荷载许可方允许进行。16吊装需要的预留楼板孔的封闭施工，须待3层楼板拆除后再施工。17楼板孔的封闭施工钢筋需要焊接，混凝土强度要提高一级。5.3劳动力组织5.3.1钢结构制作作业组一般由6人组成，技工4人，辅助工2人。5.3.2吊装作业组为7人小组，其中司机1人，技工4人，辅助工2人。5.3.3架设、钢筋、模板、混凝土浇筑、预应力各专业组根据现场情况指派。6材料与工具设施6.1材料钢结构制作与安装需用的钢材、钢筋、预应力筋必须严格遵守国家有关的技术标准，由供应部门提供合格证明及有关技术文件。配件、连接材料（焊条、焊丝和焊剂、高强度螺栓等）均应具有质量合格证，并应符合设计要求和现行国家技术标准的规定。模板与支撑必须达到现场施工方案要求。商品混凝土等级满足设计要求。6.2设备6.2.1主要机械及配套设施：吊车、电焊机、手动葫芦电焊机、千斤顶、压力扳手、钳工机具、灰浆搅拌机、灰浆泵等。6.2.2质量控制仪器具：水准仪、经纬仪、卷尺、塔尺、垂球等。7质量要求7.1质量控制标准型钢执行《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定。 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002。7.1.3预应力混凝土施工的相关技术规程。《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001。7.1.5《钢——混凝土混合结构技术规程》DBJ13-61-2004。7.2质量保证措施施工过程要把握钢结构制作、吊装拼接、焊接。混凝土细部施工、预应力施加等关键作业的质量控制。即要做到深度规划、精心组织，全面检查、验证并留存记录。要做好焊接样品试验，并根据样品试验结果制定焊接细则，组织考核持证上岗。钢结构吊装承载面支模前要认真进行加荷支模验算，绘制模板支撑图，严格照图施工。吊装过程要进行变形观测，防止钢筋混凝土结构超量变形。钢筋混凝土细部要配置高强细石混凝土，并指派责任心强、技术全面的技工操作，通常要手工扦插和机械振捣相结合，保证浇筑质量。预应力混凝土施工要由专业班组执行。8安全措施作业用电应符合安全规定，开关箱与设备实行一机一闸一漏电保护器。作业人员应佩戴个人安全防护用品（如安全帽、护镜、用电作业有防护手套和胶靴）。脚手架依现场施工进度确定，做到各种作业均有架子，脚手架的使用材料必须满足搭设要求，作业台端头应按规定设封闭栏杆，并加封闭网。所有机械装置均应有防护装置及保险装置，机械操作人员开工前应按操作规程进行试运转和检查。高空作业人员要进行体检并经培训，持证上岗。高空吊装作业人员应在脚手架、扶梯或吊篮平台上作业。吊装现场一切服从同一指挥，并保证信息沟通。吊车司机一切动作要服从指挥指令，做到慢起轻落，防止撞击事故的发生，吊装均应绑溜绳以控制构件空中位置。9环保措施施工过程应遵守《建筑施工现场环境与卫生标准》JGJ146-2004。机械设备施工安排应遵守城市噪声控制要求。夜间施工应按当地环保规定。10效益分析 型钢预应力钢筋混凝土桁架转换层可以充分利用结构空间，节省结构材料，节约土地，方便群众生活，其社会效益十分显著。与深梁转换层比较可充分使用空间，扩大使用面积，每平方米转换层面积可节省造价12000～12500元。与大型预应力井梁比较每平方米转换层面积可节省造价3500～4500元。节约土地，每平方米转换层面积可增建使用面积5平方米以上。11应用实例本工法成功地应用于厦门观音山公寓等工程，工程质量满足规范和合同要求。现以该工程为实例说明本工法应用情况。工程概况型钢预应力钢筋混凝土桁架转换层在厦门观音山公寓2幢联体30层高层建筑中应用，总建筑面积8.2万多平方米，总高分别为99.05米和104.15米，该公寓地下室1层，上部1～4层为公共汽车站及服务用房，5层以上为住宅。高层住宅有一排外柱落在柱距14.8m的开间上，外排高柱传递重量大，设计上在第3层楼面开始设型钢预应力钢筋混凝土桁架转换层。桁架为三角形，跨度为14.8m，高度分别为8.1m、5.4m，共18榀。三角型钢预应力钢筋混凝土桁架承担5层以上总计26层的巨大荷载。施工情况施工中严格按照结构要求的程序搭接，钢结构制作中除本身构件设计及拼装要求外，按照和钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土组合联结的需要，许多高强螺栓连接孔、连续钢筋穿孔工艺要求严格，栓钉众多和普通钢结构比更加复杂。构件分解后单个重量达8吨，在制作中翻身、运输难度大。为了钢结构吊装拼接，需要在2层楼板留洞与地下室顶板上运输吊装，根据吊装运输需要，经过严格计算加强地下室顶板模板立柱，做到吊装顺利进行。由于钢筋密集，绘制大样图，给每一根钢筋编号，确定绑扎顺序，避免了漏绑、错绑、返工事故的发生。混凝土浇筑入口小、钢筋密、质量要求高，精心施工得以完成。在施工中分幢、共分4段进行QC循环，根据型钢预应力钢筋混凝土桁架施工过程的要求，解决了钢构件的吊装、钢构件制作、型钢混凝土施工、型钢预应力混凝土施工等四个方面的基本工艺。工程评价经工程验收桁架以上共计26层住宅施工后结构沉降小，与一般同类结构一样得到各方的好评。实践证明本工法应用可靠，成熟有效，实现安全生产，工程进行顺利，经济效益高。