浙江文化广场十字型钢y型型钢混凝土柱施工工法

'十字型钢Y型混凝土柱施工工法1.前言针对我公司近年来承建的大型公共建筑（影剧院等）中出现的十字型钢Y型混凝土柱施工难点，我公司联合设计单位和其他施工单位等，成立了专项课题小组，积极开展科技创新，对“十字型钢Y型混凝土柱”施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了详细的研究，重点攻克了型钢柱吊装、标高轴线定位控制、厚钢板上开斜向孔以及梁柱钢筋节点连接等关键技术，总结出本工法。本工法已在多个工程中得到了推广应用，符合国家节能减排的方针，取得了显著的社会效益及经济效益；工法的关键技术已获得国家发明专利（证书号第号，专利号：ZL8.5）。2.工法特点2.1利用现代计算机电脑模拟技术，用结构施工模拟分析及变形分析计算来指导施工，见图2.1。图2.1十字型钢Y型柱图2.2建立完善的三维空间施工测量控制体系，能精确测量所控制构件的安装定位及成型钢骨结构的监测。2.3利用已获得国家级发明专利（证书号第号，专利号：ZL8.5）对Y型十字钢构件进行快速、安全、优质吊装。2.4在厚钢板上开长向椭圆孔技术，保证了开孔的位置和11 角度准确，保证了梁纵向受力筋能准确顺利穿过型钢柱，避免了现场纠偏、补开孔的工作量，保证了质量和施工进度。3.适用范围本工法适用于多层和高层的大型公共建筑有十字型钢Y型混凝土柱的施工。也适合异形劲性柱结构施工，如影剧院、体育馆、文化艺术馆等。4.工艺原理4.1依据结构施工模拟分析及变形分析计算来确定Y型钢柱安装预调值与每一施工工序完成后结构的变形情况。4.2根据利用空间三维坐标测量技术，指导构件安装就位并监测成形结构的变形、结构拐点与结构关键部位的变形情况。4.3利用已获得国家级发明专利（证书号第号，专利号：ZL8.5）对Y型十字钢构件进行快速、安全、优质吊装。4.4经结构设计计算，对钢板开长向椭圆孔，并在开孔处进行补强处理，满足了开孔精度要求，解决了斜柱钢骨斜向开孔、水平穿筋难题。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工模拟及变形分析建立三维测控体系钢柱吊装就位粗校分析测量数据钢柱重校正施焊会审安装测量记录特殊部位处理验收指定施焊顺序焊接检验钢筋绑扎模板安装验收混凝土浇筑图5.1.1施工工艺流程图5.1.1总体施工工艺流程，见图5.1.15.1.2钢柱开孔工艺流程，图5.1.2钢柱固定轴线定位标注钢筋孔的位置设置标高固定磁力钻开孔图5.1.2钢柱开孔工艺流程图11 5.2操作要点5.2.1施工模拟及变形分析1．结构施工过程仿真施工工况模拟分析采用有限元分析软件（ANSYS）对结构支撑体系进行仿真力学分析，确定整个结构体系的挠度是否对支模等有影响，分析杆件的应力等，校核设计方案可行性。2．依据施工过程模拟分析的结果，提出可供施工使用的Y型构件安装预调值。3．对施工过程中结构的整体稳定性进行模拟分析，发现钢骨结构稳定性不足时，提出相应的加强措施并模拟分析加强后的结构。5.2.2建立三维测控体系建立独立的三维坐标体系，以此为基准计算各控制点的三维坐标和其他构件坐标。1.建立施工测量三维控制网依据现场控制点作为一级平面控制点布设成为闭合环线，建立三维控制测量系统。2.确定钢柱三维空间定位标识点柱的空间控制点的坐标由三向坐标（X、Y、Z）组成，即理论计算坐标+施工变形预调值。X＝x+Δx;Y＝y+Δy;Z＝z+Δz;x、y、z——为理论计算坐标Δx、Δy、Δz——为各向施工变形预调值5.2.3Y型钢柱的测量控制1.由点控制面,控制好每一根Y型柱的垂直度，那么这一列斜柱形成的外立面斜率就得到了控制，由于混凝土柱中暗含十字型钢柱，施工测量中需两次进行斜率及定位控制。2.钢柱测量控制1）始斜端测量定位在楼面混凝土浇筑完成后，对钢柱始斜端的位置、标高进行逐个测量，记录钢柱在X、Y方向上和设计的偏差以及标高偏差，确定偏移值，为超偏处理提供数据。2）始端中线定位在安装完成的始斜端柱头定位其各个面的几何中心线，即型钢柱各个平面中心线。确定相对标高控制线，做好明显的标志。3）安装段中线定位斜钢柱在工厂加工、检验、检测完成后，亦定位其各个面的几何中心线和相对标高控制线，做好明显的标志，作为和现场安装完成钢柱的对接控制线。4）现场平面定位根据设定好的相对标高线和楼层混凝土面的实际标高，将上段柱的相对标高控制线处的斜钢柱截面投影到楼层混凝土面上，并找出各个面的几何中心点，作为斜柱安装的控制点。11 图5.2.3-2-5吊装就位图5）现场吊装就位以上准备工作完成后，将Y型型钢柱吊装就位，用相对标高作为其粗略的控制线，用连接耳板和螺栓临时连接、并系好缆风钢丝绳（见图5.2.3-2-5）。6）纠正偏移首先纠正标高偏差，标高偏差是通过上下段柱的坡口焊缝宽度来调整的，标高调整到位后用铁削子临时固定焊缝。然后是X或Y轴位置调整，方法是用经纬仪或线垂将相对标高控制线和各个面的几何中心线的交点与它们在楼层混凝土面上投影点对齐。X和Y方向的纠偏主要是通过千斤顶和缆风钢丝绳进行。5.2.4预留变形量1.受建筑物变形影响，一般网点和钢柱在混凝土浇筑后会向中部收缩，收缩变形量为0.4×10-4～1.0×10-4，所以在校正柱斜率时，设置一定的外伸量（1-3mm），用以抵消这部分收缩值。2.由于Y型十字钢柱是向内或向外倾斜一定角度的，纠偏以及焊接完成后的施工过程如柱钢筋绑扎、混凝土浇筑中不可避免地有竖向荷载施加在Y型十字钢柱上，有加大其倾斜的趋势，而此时钢柱已经没有任何的拉接加固措施，通过起始层Y型十字钢斜柱的施工楼面始斜端测量的结果，并结合Y型十字钢柱在此类荷载下的弯矩和挠度验算，得出变形值，以便在后续层Y型十字钢柱的施工过程中对钢柱顶端的位置进行微调。5.2.5Y型十字钢柱长向椭圆开孔1.钢板开孔前必须按照工厂制作完成，在钢板上标出所有钢筋孔的位置，在构件上划出孔的中心和直径，长向孔径为钢筋直径的2倍。2.固定磁力钻开孔时应保持钻杆竖直，钻头在专用夹具的卡位和夹持下精确定位和保持钻进角度，在斜钢板上钻出斜向孔，钻孔时应浇水降温，保证孔的成型。钻孔一排后，拆除临时支架，再重复进行下一排钻孔工作。5.2.6半装配式箍筋安装1.预套1.5m柱高的箍筋。在上下层柱主筋进行直螺纹连接之前，先将部分箍筋套入，堆积到1.5m柱高度内，这样能解决柱下部箍筋套箍困难的问题，待钢骨柱安装完成且柱主筋连接好后绑扎箍筋。2.钢骨预套箍筋。在加工场地先将钢骨柱水平放置，并用木方垫高，将一半的箍筋套装在钢骨上半段，利用钢骨的穿筋孔，设置Φ32的插销临时固定箍筋，将箍筋和钢骨同时吊装，由于部分箍筋在加工场地套箍容易，吊装后不受钢骨焊接、主筋连接的影响，操作简便，质量可靠。3.钢骨吊装和11 焊接。钢柱吊装可利用连接板上的螺栓孔，为了便于吊装和防止起吊时连接板变形，应采用专用吊具，吊具用高强度螺栓与连接板连接。安装时应采取临时固定措施，并进行垂直度观测，防止钢骨偏位。4.柱主筋安装。利用钢筋机械套筒连接技术，将已加工的带有丝螺纹的柱筋与预留的柱筋进行有效连接，施工中要注意钢筋安装的偏斜或柱筋骨架的扭曲。5.柱箍筋绑扎。在柱主筋上划出箍筋的位置线，将预套的箍筋逐根上提到位后进行绑扎，同时补充套装余下的箍筋，检查箍筋间距、水平度、保护层等和注意控制柱钢筋骨架的垂直度。5.2.7柱模板斜率控制图5.2.8Y型混凝土柱1．为了保证混凝土柱与Y型十字钢柱斜率的一致性，采用同一平面控制网，进行测量控制。2.利用投影法控制柱模的斜率，在楼面柱模定位放线中，弹出倾斜后柱模顶端及中部每个边在楼面上的投影线。柱模就位时，用线锤分别测出柱顶及中部的投影是否与投影线一致，这样一根柱通过三点(柱顶，柱中，柱根)控制其斜率。3.每次柱位放线后，用1.5KG线锤测出每两层柱模投影线的差值。通过外控的方法检查每次放线的准确性，如实测值大于±2mm，则必须重新放线。5.2.8柱混凝土浇筑由于劲性柱中钢骨将柱身分成几个部分，因此在浇筑混凝土时必须分层下料，同时振捣时必须对称振捣，以防钢柱受扭。由于劲性柱身中有隔板，特别是梁柱节点处钢筋密集，因此，要求混凝土坍落度较大，坍落度为160～180mm为宜（见5.2.8）。6.材料与设备6.1材料本工法为结构施工阶段，所用材料种类较多，尤其是配套材料，为保证质量，材料进场后需派专人严格进行验收管理，按规格、种类等要求分开堆放，以方便后步施工中材料的使用。6.2设备主要机械设备仪器表表6.2序号设备仪器名称规格型号单位数量用途备注1钢板预处理线XQ6940套1钢板除锈2数控气割机GSⅡ-8500D台6切割3数控直条气割机GS/2-4000BA台5切割4鼬鼠式坡口切割机GS-1502台6切割11 5钢板矫平机W43Q-80×1500台4矫平61250T油压机1250T台1压头71500T油压机1500T台1压头8气体保护焊机NB-3台1焊接9双丝双弧埋弧焊机MZ9-2X1000/1200台3焊接10栓钉焊机RSN20003台10焊接11砂带打磨机台10打磨12远红外电加热板200×台1焊前预热13端面铣床台1端面加工14电加热数字温控箱LWK-9B台16加热温度控制15超声波探伤仪EPOCH-Ⅲ2300台10无损检测16超声波测厚仪LA-10台4钢板检测17数字式测温仪HY-3021台1温度测量18磁力钻JC49A台1钻孔19吊车LR1750台1安装钢柱20经纬仪J2台1测量柱垂直度21水准仪S3台1测量柱水平度22钢筋机械成套套1钢筋加工23木工机械成套套1模板加工24振动棒ZX-50个3砼浇筑7.质量控制7.1质量控制标准《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001；《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002；《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001；《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001；《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002《钢结构设计规范》GB50017-20037.2质量控制项目与应对措施，见表7.2质量控制项目与应对措施表7.2序号质量控制项目应对措施1钢构件现场拼装为了保证构件现场拼装质量，必须在工厂对构件进行预拼装，检查构件相互间的连接情况及曲面变化，并及时进行修正，确保构件质量满足设计和安装要求。2钢构件现场吊装（1）严格进行构件交接验收，不合格构件，不得交付安装。（2）采用先进软件和高密度测量仪器，确保工况计算的准确性和测校精度。11 （3）根据吊装计划，及时组织构件进场，对吊装进行动态管理，随时掌握吊装进度和质量情况，确保作业有序展开。（40对钢结构各专业指定专业人员进行协调管理，派驻厂代表监督制作质量和进度。（5）运用仿真技术，模拟预拼装和安装过程，为预拼装和安装提供参考。（6）制定测量专项方案，选用先进的高精度测量仪器进行钢结构安装测量。（7）利用临时支撑、千斤顶或缆风绳等调节装置进行校正。3钢构件现场焊接（1）采用焊条手工电弧焊（SMAW）的工艺技术，严格按焊接工艺评定进行焊接。（2）加强焊接前、焊接中和焊接后的预热、层间温度和保温等技术措施，消减焊接残余应力，防止层状撕裂和冷裂纹的出现。（3）制定合理的焊接顺序，严格控制焊接的插入时间。（4）实施多层多道焊，每焊完一焊道后应及时清理焊渣及表面飞溅。4测量（1）按《工程测量规范》GB50026和《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定进行测量精度控制。（2）在钢筋绑扎及混凝土浇筑过程中，测量人员及时跟踪监测，防止偏位。（3）采用全站仪测量三维坐标对构件进行精确定位。（4）对测量、放线、验线精度与检验方法进行复核校验，对焊接节点标高、位置等质量控制点的控制提出预控措施。7.3质量控制管理7.3.1建立质量管理体系按ISO9001标准建立质量体系，由项目经理、项目副经理和项目技术负责人、各职能部门成员组成质量管理体系。质量管理体系见图7.3.1。监理工程师总包单位项目经理质量监督站项目副经理工程管理部质量安全部质量监督保证施工过程保证进场物资保证项目技术负责人材料设备部图7.3.1质量管理体系图7.3.2配备一支责任性强、有管理水平、有能力、施工经验丰富、善于打硬仗的项目班子，并落实各项责任制，使责、权、利全面到位。11 7.3.3加强检查力度。对检查中发现的问题，不仅要提出整改意见，更要提出改进措施，使工程质量不断提高。7.3.4由项目经理管理层到施工班组操作层分二个层次建立责任制，使责任制纵向到底、横向到边形成网络。7.3.5强化技术交底力度。采用书面或录像方式进行详细技术交底。1.从钢柱的制作加工、安装方法及质量要求，在施工前均由技术负责人进行详细交底及现场指导。对于复杂节点的处理先做样板，组织现场操作人员现场学习，同时加强质检力度。将质量检查工作贯穿于施工全过程，并严格执行质量奖罚制度，使工序质量达到内控要求。2.防止Y型十字钢骨、柱主筋偏位。在钢骨安装、柱主筋连接时要对钢骨和连接好的柱筋进行临时固定，防止偏位或扭曲后无法套箍。对个别偏位的柱筋要在箍筋绑扎前进行调校。3.Y型十字钢柱的安装应严格按图纸规定的轴线方向和位置定位，受力和孔位应正确；吊装过程中应使用经纬仪严格校准倾斜角度，并及时定位。8.安全措施8.1安全技术措施，见表8.1。安全技术措施表8.1序号安全技术控制项目安全技术措施1高空及交叉作业（1）高空作业施工人员必须佩带安全带（2）悬空作业下方必须张挂安全网（3）施工人员进入施工现场必须戴好安全帽（4）严禁交叉危险作业2起重运输作业（1）吊装作业区进行围蔽，做好安全警示挂牌（2）起吊重物时，司索人员应与重物保持一定安全距离（3）听从指挥人员的指挥，发现不安全情况时，及时通知指挥人员（4）卸往运输车辆上的吊物，要注意观察中心是否平稳，确认不致倾倒时，方可松绑，卸物。（5）工作结束时，所使用的绳索吊具应放置在规定的地点，加强维护保养，达到报废标准的吊具、吊索要及时更换。（6）起重吊车行走路线，吊点基础，必须按设计荷载能力进行铺设及捣制，并经测试。（7）吊装工程施工人员必须持证上岗。（8）吊装施工准备工作中，必须对运输机械和大重型吊车进行技术性能测试和检查，吊车必须要有有效使用期内的年审合格证，所有索具、吊环、夹具、卡具、缆风绳等的规格技术性能必须符合设计要求，所有自制加工的机具原材料必须进行理化试验，吊车定位后由于吊杆高度较高必须做好防雷接地。（9）吊装作业应执行交接班制度，在交接班时，应向接班人员进行吊装作业有关安全注意事项、吊车工况等，并做好交接班记录。3安装平台排栅搭设（1）必须按设计规定的荷载能力使用，严禁超载。11 （2）作业面的荷载，如施工人员、小型工具、机具应避免结集于一处，应按设计荷载能力均匀分布。（3）所有钢结构构件或备用钢材，不允许放置在安装排栅平台上。（4）不得随意拆除排栅结构杆件顶撑和锚固件。（5）不能随意拆除安全防护措施，防护设施未设置或不符合要求时，要予以补设，符合安全要求才能使用。4施工用电（1）严禁操作电工无证上岗。（2）严禁无经验电工单独值班。（3）严禁带病、疲劳、酒后上岗。（4）现场电工必须严格遵守操作规程、安装规程、安全规程。（5）建立施工现场临时用电安全技术档案，并由专职临电施工员组织临电施工资料的整理和归档。8.2安全组织措施8.2.1建立安全组织体系。安全管理工作根据谁施工谁负责的原则，建立并健全以项目经理为首的安全生产、文明施工等管理体系组织架构。8.2.2建立和健全各级安全管理责任制。8.2.3建立工程安全管理制度，坚持安全生产知识教育。8.2.4贯彻执行安全检查制度，对危险部位施工建立动态管理制度。9.环保措施9.1绿色施工控制框架（见图9.1）绿色施工施工管理环境保护节材与材料资源利用节水与水资源利用节能与能源利用节地与施工用地保护组织管理规划管理实施管理评价管理人员安全与健康管理扬尘控制噪音振动控制光污染控制水污染控制土壤保护建筑垃圾控制地下设施、文物和资源保护节材措施结构材料围护材料装饰装修材料周转材料提高用水效率非传统水源利用用水安全节能措施机械设备与机具生产、生活及办公临时设施施工用电及照明临时用地指标临时用地保护施工总平面布置·图9.1绿色施工控制框架9.2环境保护目标11 目标：在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的施工活动，实现四节一环保（节能、节地、节水、节材和环境保护）。运用ISO14000环境管理体系，将绿色施工有关内容分解到管理体系目标中去，使绿色施工规范化、标准化。9.3环境保护措施，具体见表9.39.1建立环境保护目标目标：在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源或与减少对环境负面影响的施工活动，实现四节一环保（节能、节地、节水、节材和环境保护）。运用ISO14000环境管理体系，将绿色施工有关内容分解到管理体系目标中去，使绿色施工规范化、标准化。9.2绿色施工控制框架（图9.2）环境保护措施表表9.3序号控制项目对应措施1施工管理（1）对整个施工过程实施动态管理，加强对施工策划、施工准备、材料采购、现场施工、工程验收等各阶段的管理和监督。（2）结合工程项目的特点，有针对性地对绿色施工作相应宣传，通过宣传营造绿色施工的氛围。2节材措施（1）现场材料堆放有序。（2）避免和减少二次搬运。（3）采取技术和管理措施减少支撑、脚手架等的用量和提高周转次数。（4）应尽量就地取材。（5）对焊接材料进行严格控制，严禁有铺张浪费的现象。（6）吊机选择合理，并安排有序。3节能措施（1）制订合理施工能耗指标，提高施工能源利用率。（2）优先使用国家、行业推荐的节能、高效、环保的施工设备和机具，如选用变频技术节能施工设备等。（3）施工现场设用电控制指标，定期进行计量、核算、对比分析，并有预防与纠正错误。4施工噪声（1）对机械进行定期维修、保修，提高机械性能，降低噪声污染。（2）对施工噪声及施工所产生的振动进行有效的控制，合理安排施工作业时间。（3）定期在施工现场进行噪声检测，掌握施工区域的噪声情况，以便适时采取降噪手段。5粉尘防治（1）做到场地硬化，定期洒水，减少灰尘对周围环境的污染。（2）汽车在工地范围内，控制车速不大于5km/h。（3）禁止在施工现场焚烧有毒、有害和有恶臭气味的物质。（4）严禁向建筑物外抛掷垃圾。10.效益分析10.1本工法成功解决十字型钢Y型混凝土柱的Y型钢柱吊装和斜向柱的轴线、标高控制定位及厚钢板上开长向椭圆孔等特殊技术课题，为在今后设计和施工中采用Y型型钢混凝土组合柱从而满足建筑型体变化、内部高大空间和结构转换的需要，提供了成套的、成熟的施工工艺；10.2施工前详细进行策划，合理留设施工缝，关键技术的运用节省了材料、机械设备及人工成本，其中节约机械设备台班费和周转材料租赁费约27.93万元），缩短了施工工期（约1个月）；10.3对节省投资成本和自然资源的消耗及环境保护方面等有重大意义11 ，经济效益和社会效益十分明显。11.应用实例11.1宁波文化广场项目Ⅳ标段工程该工程位于宁波市东部新城河清北路与宁穿路交叉口，地面建筑分为1号楼影院和2号楼剧院，地下为设备用房及汽车库。总建筑面积70458平方米，其中地下建筑面积24073平方米，层数一层，局部三层；地上建筑面积46385平方米，1号楼影院建筑面积22952平方米，层数五层；2号楼剧院建筑面积23433平方米，层数四层，局部五层。工程造价2.4亿元。本工程采用十字型钢Y型混凝土柱，总的型钢用量为4000多吨。施工情况：工程于2010年4月开工，于2013年8月竣工。结果评价：施工全过程处于安全稳定、快速优质的可控状态，工程质量优良，达到建筑设计要求，无安全生产事故发生。工程得到了社会各界的一致好评，舆论反响巨大。本工程获得浙江省文明标化工地称号和宁波“甬江杯”优质工程称号等，本工程质量目标为确保“钱江杯”优质工程，争创“鲁班奖”优质工程。11.2集士港文化体育中心该工程位于宁波城西联丰路延伸段，建筑面积约17000m2，地上三层，地下一层，结构屋面高度15.80m。工程造价7500万元。主体为框架结构，部分采用型钢混凝土结构。其中影院及公共区域部位设计采用十字型钢Y型混凝土柱，总的型钢用量为1500多吨。施工情况：工程于2010年5月开工，于2013年6月竣工。结果评价：施工全过程处于安全稳定、快速优质的可控状态，工程质量优良，达到设计的建筑要求，无安全生产事故发生。工程得到了社会各界的一致好评，舆论反响巨大。本工程获得鄞州区文明标化工地称号。11'