劲性混凝土柱在赤峰体育中心的应用
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【摘 要】劲性柱一般广泛应用于大型结构中，力求截面最小化，承载力最大，来节约空间。常见的一般有H型钢劲性混凝土、十字钢柱混凝土、圆钢柱混凝土等。赤峰市体育中心体育场在A、C、D区中C-E轴为劲性混凝土柱，其中97根为钢板拼焊“工”字型钢，2根为圆钢管混凝土柱，共计99根。本工程通过从柱内型钢设计、加工、柱内型钢安装、劲性混凝土柱的钢筋绑扎、模板安装及混凝土浇筑等方面制订有效的技术措施，解决了一系列施工难题。
【关键词】劲性混凝土柱；工字钢；综合施工技术
1、工程概况
劲性柱一般广泛应用于大型结构中，力求截面最小化，承载力最大，来节约空间。常见的一般有H型钢劲性混凝土、十字钢柱混凝土、圆钢柱混凝土等。应用在赤峰市体育中心体育场中的劲型柱，是整个体育场屋面挑棚的支撑点，罩棚钢结构在二层柱子预埋件上生根，在屋顶部位做为挑棚的支撑点，是整个的罩棚起关键的结构部位，通过从柱内型钢设计、加工、柱内型钢安装、劲性混凝土柱的钢筋绑扎、模板安装及混凝土浇筑等方面制订有效的技术措施，解决了一系列施工难题。因此我项目部把劲性柱质量有效控制做为一项课题进行研究，希望对类似工程项目起到一定的借鉴作用。
2、施工特点与难点
1）柱内型钢截面尺寸大，数量多，单个重量大，安装不便：体育场共分为A、B、C、D四个区，在A、C、D区C-E轴为劲性混凝土柱，其中97根为钢板拼焊“工”字型钢，工字钢柱截面尺寸为500×250×20×30mm。
2）柱内型钢间的连接质量要求高:劲型柱连接焊缝质量要求采用全熔透焊接，由于钢柱的布置均在柱子钢筋里面，操作空间受限制，钢柱连接上下中心线重合难度较大，接头质量达到一级焊缝要求。
3）梁柱节点施工复杂：环向框架梁钢筋在从劲性柱腹板预先打好的孔中穿过，径向框架梁钢筋焊接在劲性柱翼板预先焊好的牛腿上，不论是穿环向穿钢筋还是径向焊接钢筋，现场条件都对施工不利，操作难度大。
3、劲性柱深化设计
3.1、利用CAD软件，认真分析框架梁柱钢筋与型钢柱的位置关系，下料尺寸、穿孔钢筋数量等，保证梁柱接头部位钢筋能顺利找到自己位置，相互之间不发生冲突，复核无相互影响后打出正式的CAD图，指导劲性柱制作与加工。
3.2、钢柱每段的制作长度问题在车间制作条件和现场吊装能力满足的前提下进行加工。
3.3、钢柱制作长度和标高、现场钢柱安装标高、梁筋标高等会产生一定允许偏差。当多种允许偏差叠加在一起时，会造成梁截面与钢柱牛腿截面标高偏差，梁钢筋无法穿过钢柱预先留设的孔洞。施工中加强控制外，另深化设计时应考虑牛腿尺寸与梁截面相比不宜过大，应适当留有余地，保证孔位的基本准确，同时也要注意纵向、横向钢筋穿孔标高应错开，避免两个方向钢筋相碰。如图3.1。
4、劲性柱安装
4.1、钢柱制作与验收
由于劲性柱的加工、制作要求十分严格，通常是委托专业加工厂制作。构件验收分出厂前检验和现场验收两步进行；对构件要重点检查其型号、编号、长度、孔位和孔径以及附设耳板的位置和尺寸，对构件外观检查其挠曲变形、焊缝外观质量、焊缝坡口几何尺寸及相关检测试验资料等。
4.2、第一节钢柱的定位和安装
4.2.1.预埋螺栓施工
柱脚底板与钢柱基础节连为一体，钢柱生根于钢筋混凝土底板内。4根预埋M40锚栓，锚入承台混凝土内长度为30d。钢柱由四根预埋M24柱脚锚栓固定，柱脚螺栓的预埋质量直接关系到首节劲性柱的安装。柱脚螺栓主要是通过套板控制螺栓相互之间距离，利用固定支架控制螺栓不变形、位置准确。固定架在基础绑扎钢筋时就应事先埋入，然后同基础钢筋连成一体，同时保证套板面标高符合设计要求。浇混凝土时将支架、套板、螺栓一次固定、浇成一体。柱脚板底预留45mm缝隙采用C40高强无收缩灌浆料灌实。
4.2.2.基础节钢柱安装：
安装前将每根锚杆的调整螺母上标高调至设计的柱脚板底标高。当钢柱吊至距其位置上方200mm左右时，使其稳定，将柱脚底板的栓孔与锚杆对直，缓慢下落，下落过程中避免磕碰地脚螺栓丝扣。落实后专用角尺检查,调整钢柱使钢柱的定位线与基础定位轴线重合。
钢柱就位后在锚杆上加设100*100*20的锚杆垫板，即用单螺栓对连接板进行临时固定。用激光经纬仪在两个相互垂直的方向进行垂直度校正，微动四角锚杆的调整螺母可完成钢柱基础节的垂直度和标高的校正及轴线的调整，将基础节的底板与预埋螺栓采用双螺帽拧紧，并将锚杆垫板与柱底板四周进行围焊，焊缝高度大于10mm。在灌无收缩砂浆灌注收缩砂浆时，一边灌入，一边搅动，防止产生气泡。
4.3、首层以上的劲性柱安装
4.3.1、分节吊装
劲性柱进场验收合格后运至劲性柱吊装区内待吊装，钢柱在吊装前应在柱头位置划出钢柱柱顶安装中心标记线，以便上层钢柱安装的就位使用。同时将临时连接板绑在钢柱上，与钢柱同时起吊。
4.3.2、临时固定
钢柱就位后，对齐安装定位线，利用耳板及螺栓作为临时固定。每节柱翼板的接头端设置了连接耳板，柱就位时，使上下柱接头处两个方向的安装线对齐，用高强螺栓 (充当临时螺栓)把连接板和上下耳板连接起来，稍加拧紧，即可脱钩。
4.3.3、劲性柱校正
1）从钢柱接头位置的四处耳板间隙中打入钢楔块，通过打入钢楔块的深度校正钢柱的垂直度、标高以及对接间隙；击打连接板与耳板间隙中的楔铁可校正钢柱的平面位置。
2）劲性柱校正分四步进行：初拧时初校；终拧前复校；焊接过程中跟踪监测；焊接后的最终结果测量。初拧前可先用长水平尺粗略控制垂直度，待形成框架后进行精确校正。焊接后应进行复测，并与终拧时的测量成果相比较，以此作为下一步施工的依据。
4.3.4、劲性柱焊接
1）劲性柱之间采用完全熔透的剖口对接焊缝连接，焊缝间隙5mm，坡角45。所有焊缝均为一级焊缝。
2）钢柱焊接时必须按“先翼板后腹板，同时对称逆向施焊”的原则进行，每根柱派2名焊工同时焊接，焊接速度应保持一致。
3）施焊时第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板之连接处，然后逐道逐层累焊至填满坡口，每道焊缝焊完后都必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。
4）焊接完成后，及时敲除焊渣，检查焊缝质量，并请专业检测单位到现场100%焊缝进行无损探伤，无损探伤合格后方可开始下一道工序施工。
5、穿劲性柱框架梁钢筋施工
5.1、根据预先排好的图纸，在加工场根据图纸尺寸和标高在工字钢腹板上把框架梁的钢筋位置进行打孔，开孔处钢筋通过后用等厚钢板焊接补强。
5.2、由于体育场劲性柱环向轴线为弧形，因此在钢筋下料时在满足规范和设计要求的前提下，尽量使钢筋长度减小，减少钢筋绑扎难度，先进行节点钢筋绑扎，再绑扎其余钢筋。
5.3、径向梁钢筋焊接双面5d焊接在劲性柱翼板的牛腿上。由于梁不能架起绑扎，为防止梁筋箍筋绑扎困难，支设模板先立底模，留下侧模不支，待梁钢筋绑扎完毕后再进行支设模板。
6、劲性柱模板施工
由于受柱内型钢柱的影响，加上柱内钢筋较为密集，无法采用常规的中间穿对拉螺杆的方法进行柱模板的加固。为了保证柱模板的刚度，采用定型钢模板，分四块组成，板与板用Φ14螺栓连接，面板厚5mm，主楞采用[10槽钢，间距400mm,外侧用抱箍槽钢加固，标高2000mm以下间距为400mm；2000mm以上间距为600mm，抱楞间拉杆采用Φ20圆钢制作。
7、劲性柱混凝土施工
由于劲性柱间钢筋及钢骨十分密集，里面空间很狭小，混凝土流动性被严重限制，浇筑砼时，施工的关键控制点是确保型钢和钢筋之间的砼的密实度。选择合适的砼施工配合比，严格控制砼塌落度，在浇筑砼时要分层下料，控制每层下料深度在500cm左右，振捣一定要充分，并加强钢柱两侧对称振捣，通过振动棒在有效半径内的充分振捣，从而使型钢空隙部分的砼挤密，确保钢骨柱砼的浇筑质量。
8、结束语
赤峰市体育中心体育场劲性柱的施工中，通过制定有效的技术措施和施工方法，克服劲性混凝土的施工难度，施工质量均符合设计和规范要求，达到质量好、速度快的效果，确保了主体结构安全性，为下一步屋面施工打下了坚实的基础，得到了建设单位和监理公司的一致好评，也为我公司今后同类工程的施工积累了实践经验。
参考文献
[1]GB50010―2002，混凝土结构设计规范[s]，北京：中国建筑工业出版社 ，2002
[2] GB50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范，北京：中国建筑工业出版社，2002
王文军，1976年5月1日生，河南省林州市人，工程师。