型钢混凝土转换桁架施工工法

'型钢混凝土转换桁架施工工法1前言高层建筑物使用功能的多样化，房间使用功能需要大空间、超楼层净高，通常采用结构转换来满足这一要求，型钢混凝土转换桁架是其中的一种特殊结构，通过实现上部与下部楼层不同柱网结构，从而满足房间使用功能。其在主体结构施工中占用工期较长，特别是水平型钢结构吊装、钢骨架外围密集排布的大直径钢筋绑扎和后续混凝土浇筑成为施工的主要难点和重点。图1.0.1-1A座转换桁架HJ1图1.0.1-2B座转换桁架HJ2本工法是青建集团股份公司房建一分公司高新区创业中心项目部技术人员通过多方案的分析对比，借鉴型钢混凝土结构与钢结构施工经验，在着重研究型钢混凝土转换桁架的钢结构吊装、钢筋排布及绑扎流程、模板支撑体系及混凝土配比的基础上，编制形成了本工法。创业中心工程首层高度6m，标准层层高为4.2m，A座首层、B座五层为展示大厅，大厅中央为满足大空间、5m以上净高度的使用要求设计取消中柱，为实现高层建筑物内部上、下层8.4m结构柱网的局部变化，上层采取4.2m与楼层同高的一道型钢砼结构的转换桁架进行楼层结构转换。2工法特点2.0.1本工法采用型钢梁分段吊装的方法，便于钢结构制作、安装灵活，吊装方案安全经济。2.0.2通过采用定位钢板及预埋支撑的方式，提高了一次吊装就位的准确度，保证施工质量。2.0.3型钢混凝土结构分层施工，有效保证混凝土浇注质量和模板支撑体系的稳定性。2.0.4通过优化钢筋排布，有效提高施工效率。3适用范围本工法适用于梁、板、桁架等大跨度结构转换的型钢混凝土构件的施工具有指导意义。4工艺原理4.0.1利用提前浇筑受力柱，预埋柱端支座，将转换桁架的主要受力支撑点置于柱端，以承受型钢混凝土转换桁架的自重和施工荷载，有效的减少模板支撑体系的负荷。4.0.2分解复杂结构的施工工艺，按照竖向和水平向分别合理划分钢结构制作吊装单位、按照结构层划分进行钢筋绑扎，混凝土浇筑与主体结构层同步施工。4.0.3采用划分为较小单元的施工方式，能够有效简化施工流程，便于过程中的质量控制。5工艺流程及操作要点 5.1工艺流程图5.1.1-1临时支座5.1.1型钢混凝土转换桁架施工流程：预埋柱端临时支座→梁底标高以下柱砼浇注→型钢梁工厂加工制作运至现场→型钢梁安装固定→下弦钢筋绑扎及腹杆插筋→下弦梁所在结构层梁板模板支设→楼板钢筋绑扎→砼浇筑（第一次砼）→型钢梁腹杆及上层柱、上弦梁、板钢筋绑扎及模板支设→最后砼浇筑。5.1.2桁架钢筋及模板施工顺序：型钢梁下弦杆、腹杆、上弦杆安装固定完成后，支好梁底模板→首先穿入上、下皮梁主筋→绑扎垂直与桁架梁方向的次梁钢筋→根据箍筋间距计算好箍筋数量，套入箍筋→采用钢管横向撑起桁架梁纵向钢筋→绑扎梁箍筋→桁架梁绑扎完成后，放好梁底垫块→拆除掉钢管支撑，放下整个桁架梁纵向钢筋→支好梁侧模。5.2操作要点5.2.1预埋柱端支座1为了使型钢骨架顺利安装就位，同时便于梁底钢筋穿过梁柱节点部位，型钢骨架吊装前，在柱顶埋置钢支座作为型钢骨架安装就位的临时支座2为确保型钢梁安装准确，埋件安装后拉通向线检查是否通直并且利用水准仪进行水平较正。3钢支座四周柱筋应让出钢梁就位空隙。5.2.2梁底标高以下柱砼浇注采取转换桁架下混凝土柱提前浇筑的施工方法，能够对转换桁架进行精确定位有利于保证施工质量，并有效的减少支撑脚手架的施工负荷保证施工安全。5.2.3型钢梁工厂加工制作运至现场1为了避免杆件接口在一个平面内，采取错缝对接，水平焊接接口与竖向接口错开500mm。2为增加箱型截面钢梁抗压能力，在箱梁伸入柱内部分和与梁柱连接部分都要增加两道20mm厚肋板，肋板材质规格同箱型梁。3运输与现场摆放时梁要立放，垫好垫木以防止变形。图5.2.3-1箱型钢梁截面图5.2.4型钢梁安装、固定1上下弦水平段型钢梁分别分两段吊装，首先吊装下弦杆，拼接位置在中间跨的1/3处，吊装就位并校正后，用电焊将弦杆与预埋支座点焊牢固，下弦型钢梁吊装就位焊接后，再分别吊装4支中间斜腹梁。2焊接：工地焊接主要是梁的对头焊和中间斜梁和小立柱同主梁的角焊，按坡口熔透焊的要求进行施焊。选用的焊条要同梁的材质相匹配。3斜腹杆与下弦杆采用定位钢板，用10#槽钢作临时斜撑与斜腹杆上的固定件临时固定，校正垂直及角度后再焊接牢固，待对称斜腹杆焊接完成后在两者之间焊接固定横撑，然后再吊装上弦型钢梁。4上下弦水平钢梁的两端跨处各采用两根22#槽钢作为临时支撑，上弦杆吊装分段及接口位置与下弦杆相同，就位后与斜腹杆顶端焊接，并采用螺栓与22#槽钢支撑连接。5 桁架整体固定：桁架梁安装完毕后，桁架底部与预埋钢板支座整体焊接，顶部采用钢索与相邻轴线上的混凝土墙、柱相拉结固定整个桁架，保证桁架在两侧方向的稳定性。图5.2.3-1箱型钢梁截面图下弦按照2段吊装，在中间跨的1/3处对接吊装耳板-12*120*120Ф40临时支撑加筋肋54321[10[22a[22a5.300200200200200M1M1M1埋件84001680084008600420042004200420086005.2.5桁架钢筋绑扎及模板安装1钢筋绑扎：1）主、次梁受力筋交叉垂直布置，梁侧面及上、下部受力纵筋尽量避开型钢部分、绕行通过，垂直于梁的腰筋及部分纵筋，无法正常通过时采用锚固或与型钢侧面加强板焊接的方式连接。图5.2.5-1下弦水平杆、斜腹杆的模板2）桁架梁柱交点处钢筋过密，箍筋无法正常套入绑扎，采用U型箍筋对焊。3）按图纸要求首先绑扎桁架梁下弦钢筋，梁柱节点处钢筋纵横竖向三维交叉，腹杆插筋密集无法正常安装，根据设计调整意见，直锚时钢筋采用水平弯杆形式锚固。4）钢筋保护层采用与型钢混凝土同等级强度的保护层垫块，垫块间距<300mm。2模板安装：1）梁、柱模板施工采用覆膜竹胶板。梁模板加固采用50×80mm方木、Ф48×3.5㎜钢管，水平向梁支撑配合Ф16对拉螺栓，见图5.2.5-1。柱采用10#槽钢作为加固主龙骨，配合以钢管加固并与满堂脚手架的拉结不少于上、中、下三道。2）待水平桁架梁钢筋绑扎完后，支设梁底模板；斜腹杆模板支设时在模板上留设200X200mm的振捣洞口。3）桁架梁、柱封模板前，混凝土工应查看钢筋排布结构情况及振捣部位，提前做好混凝土浇注振捣准备工作。5.2.6砼浇筑1砼浇筑前必须检查钢筋模板及其支撑，同时检查各机具设备、及材料供应情况等，并有签发的砼浇筑令方可施工。2按照转换桁架结构形式，混凝土浇筑分为下弦杆、腹杆与上弦杆两部分分别进行浇筑，在下弦杆楼板上表面顶标高处设置施工缝。3浇筑时因钢筋密集，为保证浇筑密实首先从梁的一侧浇筑，待另一侧出浆后方可再次浇筑另一侧。在浇筑时可采取锤敲侧模的方式检查腹杆混凝土是否密实。4严格按照结构混凝土强度等级进行施工，为避免砼混浇保证特殊结构强度，经设计确认将型钢梁混凝土与竖向结构混凝土强度等级统一采用C60混凝土。5为了保证方便浇筑、保证腹杆混凝土的密实，上下弦杆和腹杆统一采用自密实混凝土。6材料与设备6.1材料及配件6.1.1钢材。箱梁材质Q345B，确保所使用焊条与钢材匹配。 22以上钢筋采用直螺纹套筒、并按照规定做试件实验。6.1.2C60自密实混凝土配比，见表6.1.3-1。材料名称水泥砂5-20mm石外加剂矿粉水品种，标号，规格P.II52.5砂20mm石子聚羧酸恒基S95自来水重量配合比11.841.870.0150.2220.38每立方米材料用量(kg/m3)4508308406.61001736.1.3其他材料及配件见下表其他材料及配件见表6.1.4-1表6.1.4-1其他材料及配件序号材料名称规格型号序号材料名称规格型号1双面覆膜胶合板12mm厚、2440x1220mm4对拉螺栓M16、M14、M12等2钢管Φ48mm、壁厚3.5mm5槽钢10#、22#3方木50*80mm66.2主要机具设备80T汽车吊，电焊机，套丝机，经纬仪、水准仪、水平尺等。7质量控制7.1规范与标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-1989《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》JGJ130-20017.2质量控制措施7.2.1加工完后应做抛丸除锈并加以防护，雨天时钢构件应适当覆盖防锈。防止生锈。大风阴雨天气下不能施焊7.2.2构件包装运输应在保证构件、零件不变形、不损坏、不散失。7.2.3钢梁的吊装就位应控制的主要项目有：标高、轴线位置、顺直度。钢梁就位安装应拉线检查垂直度和拼装单元的顺直度，尽量避免构件焊接时对钢梁顺直的影响。7.2.4桁架安装时严格按设计要求0.2%的标准起拱。7.2.5车间内及现场施焊的二级焊缝应进行探伤检测。7.2.6上、下弦水平杆混凝土首先从梁的一侧浇筑，待另一侧出浆后方可再次浇筑另一侧。7.2.7斜腹杆砼采用Φ30小直径振捣棒插入振捣外，安排专人从外侧敲击模板检查砼是否灌实，及时处理。8安全措施8.0.1 钢结构安装人员、吊装人员必须经过培训取得合格证后，方可进行施工，作业时应密切配合。进入现场戴好安全帽。高空作业时，结构吊装应设置防坠落措施，作业人员应系好安全带且悬挂点牢固可靠。8.0.2施工作业前，必须对工作现场周围环境、行驶道路、架空电线、建筑物以及构件重量和分布等情况进行全面了解。吊装现场设警戒标志，并设志人警戒。非工作人员严禁入内，吊车旋转半径内严禁人员进入，起重臂下、吊物下严禁站人。钢结构梁在完全固定好前，除操作人员外，其他人员严禁进入警戒区。8.0.3构件起吊绑扎必须牢固，起吊点应通过构件的重心位置，吊升时应平稳避免振动或摆动，在构件就位并临时固定前不得解开索具。8.0.4吊装好的钢梁、柱必须焊接牢固并设临时斜拉固定方可脱钩。当天的完成安装构件应及时形成稳定的空间体系。8.0.5安装时所采用的吊机，索具，焊机等的机械性能要完好并达到施工的标准8.0.6起重机械必须按规定的起重性能作业，使用吊车要计算准确，工作时先试吊，不能勉强够力使用，不得超载荷和吊不明重量的物件。吊装时统一指挥，作业时要跟上操作脚手架，不能趴在梁上工作。8.0.7起吊重物应绑扎平稳、牢固，不得在重物上堆放或悬挂零星物件。标有绑扎位置或记号的物件，应按标明位置绑扎，绑扎钢丝绳与物件的夹角不得小于30度。9环保措施9.0.1加强施工管理、严格保护环境，现场使用的材料、设备及周转材料做到统一堆放，并做好施工清扫工作，保持施工环境整洁，避免造成污染。9.0.2现场加工出现的噪声的解决。构件加工能在车间完成的，避免在现场制作，减少现场噪音污染。10效益分析10.1经济效益10.1.1本工法所用模板支撑体系均是通用的周转材料，施工方便、成本低廉。10.1.2本工法所采用的分段式吊装方法便于施工更加经济的吊装机械，节约资金。10.1.3本工法分两次浇筑，减少了模板支撑体系的负荷，既有利于施工安全，又减少了模板支撑的数量。10.2社会与环保效益型钢混凝土转换桁架能够良好的施工组织是主体结构能够按期封顶的关键。本工法通过对型钢混凝土转换桁架进行深化设计，对型钢结构加工吊装、钢筋绑扎、模板支撑体系及混凝土浇筑等整个施工过程的研究，形成了一套可以应用于型钢混凝土转换桁架的综合施工技术，能够保证结构质量、保证施工安全，并可有效地节约自然和社会资源。11工程实例11．1工程概况青岛高新区创业中心工程位于青岛高新技术产业区智力岛，合同总额为3.4亿元。本工程地下二层，地上共四个单体工程分别包括：D座5层餐饮公寓健身楼、C座10层办公楼、B座19层办公楼、会议中心、A座23层办公楼，总建筑面积为m2，地上建筑面积83240m2，地下建筑面积21130m2。 图11.1-1箱型钢梁截面图A、B座为8.4m柱网的框架核心筒结构，首层高度6m，标准层层高为4.2m。A座首层、B座五层为展示大厅，大厅中央为满足大空间使用要求，设计取消中柱，以实现高层建筑物内部上、下层结构柱网的局部变化，A座二层B/1-6轴、B座六层C/12-16轴采取4.2m与楼层同高的一道型钢混凝土结构的转换桁架对下层柱网进行单层转换，如图11.1-1所示。11.2施工情况11.2.1A座桁架（HJ1）位于一层顶至二层顶之间1-5/B轴线，转换桁架长度34m，标高5.15-10.15m，HJ1型钢骨架主材为Q345B级钢；上下弦型钢混凝土梁截面尺寸800×800mm内衬箱型钢梁骨架规格-25×500×250mm、长度34m，单根重量约10t；4根斜腹杆截面700×750mm内衬箱型钢骨架规格-25×250×250mm、斜腹杆型钢总重量约约4.1t，整个HJ1重量合计约24.1t。11.2.2将原设计竖向C60与水平向C35混凝土构件，强度等级统一为C60且为自密实混凝土。11.2.3地下室周边未回填时，基坑边缘距离建筑物约11m，计算工作半径为20m。为了缩短了起重机的工作半径，基坑提前进行回填，作业距离缩短4米，实际工作半径为16m。采用80t汽车吊代替原设计120t的汽车吊即可够满足吊装要求。11.2.4A座桁架下柱于2009年6月28日施工完成，第一次混凝土浇筑（一层顶板标高至5.95）于2009年7月10日完成，最终混凝土浇筑（二层顶板标高至10.15）于2009年7月26日完成浇筑标志着A座转换桁架施工完成。11.3应用效果本工程所采用的型钢混凝土转换桁架的施工效果良好，混凝土外观成型美观，主体混凝土结构强度符合设计要求，并获得青岛市优质结构工程奖。11.4设计优化探讨本设计的斜腹杆采用型钢结构，必须将转换桁架作为一个整体进行施工，由于其工序较多，而且型钢结构的安装及其四周的钢筋绑扎较为困难，故整个转换桁架的施工时间较长，对结构施工的制约较大。如能将四根斜腹杆改为钢结构构件，则上下弦杆可以分层操作，即下弦杆安装并与下层结构混凝土浇筑后，再施工上弦杆及相应的水平结构，待混凝土达到强度等级后，插入钢腹杆的安装，整个转换桁架层的施工与普通混凝土结构基本相同，省去了转换桁架的工序，而且避免了三维钢筋密集交叉绑扎，减少了现场作业的难度，可以大大缩短施工工期。'