超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法

1.前言

江苏省华建建设股份有限公司组织技术攻关，研制了“超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法”，对斜向型钢混凝土组合柱施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了综合研究，重点攻克了超高层建筑中斜向型钢柱和斜向型钢混凝土组合柱的轴线标高控制和测量定位及厚钢板上开斜向孔、半装配式箍筋安装等关键技术，总结出超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法，可指导工程建设工程中斜向型钢混凝土组合柱的施工。

2.工法特点

2.0.1针对斜向型钢混凝土组合柱的借位测量和预留变形量技术、钢板开斜向孔以及半装配式箍筋安装等工艺的研究，解决了斜向型钢混凝土组合柱施工难题，使钢柱定位、混凝土结构成型后的轴线位置、柱高、斜向角度等达到设计要求，保证了结构受力的准确传递。

2.0.2采取的专用夹具法在原钢板上开斜向孔技术，保证了开孔的位置，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。

2.0.3采用了半装配式箍筋安装工艺，使箍筋安装的速度与传统的逐根套装的办法相比提高了一倍以上，节省了人工，缩短了施工周期。

2.0.4其他如型钢柱制作安装、钢筋制作绑扎、模板制作安装、混凝土浇筑等工序的工艺，与直立型钢混凝土组合柱相同，本工法不再赘述。

3.适用范围

适用于超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工。

4.工艺原理

4.0.1根据斜柱在三维空间的变化形态，研究制定借位测量方法，将三维构件精确投影至二维平面，通过竖向投点控制网闭合、测量、排尺、放线，快捷、准确地完成斜柱构件的空间定位；根据工程实践，针对斜向型钢柱在施工及自重荷载下的变形影响和楼面混凝土收缩对斜向型钢柱位置的影响，采用了预留变形量的方法，保证了型钢混凝土组合柱斜度，位置准确。

4.0.2设计采用专用夹具进行钢板开斜向孔，使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，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。

4.0.3根据结构特点和设计要求，对柱的各类箍筋进行统筹安排，将柱的半数箍筋套入下段伸出楼面的型钢柱，另半数箍筋在每根型钢柱吊装前套入型钢柱，随柱吊装，待型钢柱焊接就位后，再逐个就位箍筋。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

5.1.1总体施工工艺流程：标准柱竖向投点控制网闭合，测量，排尺，放线→柱顶标高测量,定相对标高控制值→确定柱顶位移值→超偏处理→抄平结果与下节柱预检数据综合处理→钢柱就位，确定借位值进行粗校→分析测量数据→钢柱重校正→会审安装测量记录，指定施焊顺序，确定特殊部位处理方案→施焊，测量跟踪观测柱→焊接检验→验收→标准柱竖向投点控制的闭合→提供下节钢柱预控数据图→柱模板定位→柱模板安装→验收→浇筑混凝土。

5.1.2钢柱斜向开孔工艺流程：将柱体固定在胎架上→在柱体上画出标高线和定位轴线→标出所有钢筋孔的位置→根据不同方向的斜孔制作临时支架→固定磁力钻开孔→清除临时支架。

5.1.3半装配式箍筋安装工艺流程为：套装1.5m柱高的箍筋→在加工场预先套装一半箍筋在钢骨上→吊装已套箍筋的钢骨→钢骨焊接、探伤→连接竖向钢筋→1.5m柱高堆积箍筋上提绑扎→钢骨预装箍筋套装绑扎→剩余少量箍筋套装绑扎。操作要点如下：

5.2操作要点

5.2.1垂直控制网的布设：地下室工程结束后，用LEICA-ZL天顶垂准仪将地下室控制点投测至首层楼面，建立矩形控制网，作为主楼施工过程的竖直控制和施工放样的依据。矩形四边为控1、控2、控3、控4分别与柱列线平行。

5.2.2垂直控制网的转换：由于首层转换起始点向上开始逐层内收（外扩），为提高工效和防止误差累积，顾及仪器性能条件和消弱施工环境的影响，各层单独控制的同时，实施分段控制。一般一层为一个施工段，当本段施工完毕，将此段四个控制点精确投至上一段的起始楼层，进行矩形控制网的检测及核正，确认控制点准确后，重新埋点。

5.2.3外立面斜率及钢柱的测量控制

1．由点控制面,控制好外围每一根柱的斜率，则这一列斜柱形成的外立面斜率就得到了控制，混凝土柱中暗含钢柱，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、和标高偏差，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。如图5.2.3(a)：

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。见图5.2.3(b)

5）现场吊装就位

以上准备工作完成后，将斜钢柱吊装就位，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、并系好揽风钢丝绳。如图5.2.3(c)：

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揽风钢丝绳进行。

5.2.4柱模板斜率控制

1．为了保证混凝土柱与箱形钢柱斜率的一致性，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15KG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。

5.2.5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．由于斜向型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斜向型钢柱上，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，通过起始层斜柱的施工、综合楼面始斜端测量的结果，并结合型钢柱在此类荷载下的弯矩和挠度验算，得出变形值，在后续层斜柱的施工过程中对钢柱顶端的位置进行了微调，经过后续楼层的施工，纠偏效果良好。

5.2.6钢柱斜向开孔

1．钢板开孔前必须按照设计倾斜角度胎架上，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，在孔的圆周上（90°位置）打四个冲眼，作钻孔后检查用，中心冲眼应大而深。

2．每排斜孔制作一次临时支架，支架的三角撑与钢板电焊，支架钢板平台必须保持水平，以搁置钻机。

3．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，保证圆孔成型。钻孔一排后，拆除临时支架，再重复进行下一排钻孔工作。

5.2.7半装配式箍筋安装

1．套装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高度，待钢骨柱安装完成、柱主筋连接好后，把堆积的箍筋上提绑扎。这样能解决柱下部箍筋套箍困难的问题。

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（见图5.2.7），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．柱主筋连接。直螺纹连接过程中随时调整柱筋，防止钢筋安装偏斜或骨架扭曲。

5．1.5m柱高堆积箍筋上提绑扎。将此部分箍筋按规定间距逐根上提到位进行绑扎，注意控制钢筋骨架的垂直度.

6．钢骨预装箍筋套装绑扎。将钢骨上预套的箍筋按规定间距逐根下套绑扎。

7．补充套装余下的箍筋，检查箍筋间距、水平度、保护层，并调较钢筋骨架。

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很密，因此，要求混凝土坍落度较大。坍落度16～18cm为宜。

6.材料与设备

本工法无需特别说明的材料，除常规的测量、施工设备外，采用的钢结构加工机具设备见表6。

表6机具设备表

序号机械或设备名称型号规格数量国别产地制造年份额定功率(KW)功能

1钢板预处理线XQ69401无锡2001720钢板除锈

2数控气割机GSⅡ-8500D6德国200215切割

3数控直条气割机GS/2-4000BA5无锡20003切割

4鼬鼠式坡口切割机GS-15026大连20020.3切割

5钢板矫平机W43Q-80×15004湖北200240矫平

61250T油压机1250t1湖州2001100压头

71500T油压机1500T1湖州2007160压头

8自动埋弧焊机AC1200/DC100020美国林肯200145焊接

9栓钉焊机RSN20003上海2006100焊接

10砂带打磨机/10国产200630打磨

11远红外电加热板200×4001200扬中发电设备厂20024.5焊前预热

12端面铣12无锡洲翔2006/端面加工

13电加热数字温控箱LWK-9B16吴江温控设备厂200190加热温度控制

14超声波探伤仪EPOCH-Ⅲ230010美国2001/无损检测

15超声波测厚仪LA-104北京2000/钢板检测

16数字式测温仪HY-30212进口日本1999/温度测量

17磁力钻JC49A1扬州金力2007/最大钻孔48mm

7.质量控制

7.1工程质量标准

本工法须执行《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及《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001。

7.2质量保证措施

7.2.1从钢柱的制作加工、安装方法及质量要求，在每一工序施工前均由技术人员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，同时加强质检力量。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，使施工工序质量达到内控要求。

7.2.2防止斜钢骨、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。

7.2.3斜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

8.0.1施工中应严格按《建筑施工高空作业安全技术规范》等国家、地方相关的安全操作规定进行操作。贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针。

8.0.2必须按国家规定的法规条例，对各类操作人员进行安全学习和安全教育,特殊工种必须持证上岗。对生产场地必须留有安全通道，设备之间的最小间距不得小于1.0m。进入施工现场的所有人员，均应穿戴好劳动防护用品，并应注意观察和检查周围的环境。

8.0.3操作者必须严格遵守各岗位的操作规程，以免损及自身和伤害他人，对危险源应做出相应的标志、信号、警戒等，以免现场人员遭受损害。

8.0.4加强机械设备安全管理，防止机械带病运转。各种电动工具要定期检查、维修，防止漏电事故。

施工现场的施工用电，应按施工用电方案进行统一布置，消除乱拖乱拉现象。现场供电采用“三相五线制”，并装好触电保安器，用电设备应按有关规定实行一机一闸一漏电保护，并有安全可靠的接地。

8.0.5所有构件的堆放、搁置应十分稳固，欠稳定的构件应设支撑或固结定位，超过自身高度构件的并列间距应大于自身高度。构件安置要求平稳、整齐。

8.0.6索具、吊具要定时检查，不得超过额定荷载。焊接构件时不得留存、连接起吊索具。

8.0.7钢结构制作中，半成品和成品胎具的制造和安装应进行强度检查，不得凭经验自行估算。

8.0.8钢结构生产过程的每一工序所使用的氧气、乙炔、电源必须有安全防护措施，定期检测泄漏和接地情况。

8.0.9起吊构件的移动和翻身，只听从一人指挥，不得两人并列指挥或多人参与指挥。起重构件移动时，不得有人在本区域投影范围内滞留、停立和通过。

8.0.10所有制作场地的安全通道必须畅通。

9.环保措施

9.0.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，遵照国家或行业的各工种劳动保护条例规定实施环境保护。

9.0.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。

9.0.3噪声必须限制在95dB以下，对于某些机械的噪声无法根治和消除时，应重点控制并采取相应的个人防护，以免给操作者带来职业性疾病。

9.0.4严格控制粉尘在10mg/m3卫生标准内，操作时应佩戴有良好和完美的劳动防护用品以保护。

9.0.5当进行射线检查时，应在检测区域内划定隔离防范警戒线，并远距离控制操作。

10．效益分析

本工法成功解决斜向型钢柱和斜向柱模板的轴线、标高控制定位和厚钢板上开斜向孔是斜向型钢混凝土组合柱施工中需解决的特殊技术课题，为设计在超高层建筑中采用斜向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；部分技术的运用节省了人工，缩短了施工工期；对开发商售楼的效益方面也有很大的回报，经济效益和社会效益十分明显。

11.应用实例

实例一：深圳江胜大厦

深圳江胜大厦工程地下3层，地上部分建筑面积105213平方米，由A、B二栋塔楼组成。A栋写字楼39层，建筑高度178.55m，框架-筒体结构；B栋酒店30层，建筑高度116.15m，框架-剪力墙结构。工程被建设部立项为全国第六批新技术应用示范工程，质量目标为“鲁班奖”。

A栋一层为大堂和商业展示厅，七层、十七层、三十层为避难层兼设备层，其余层为办公，首层层高为10.0m、二层为6.0m、标准层为4.2m、避难层为6.0m，结构形式为框架-核心筒结构，周边框架柱地下二层～十一层为型钢混凝土柱，由于外墙立面的变化，周边型钢混凝土柱从四层楼面标高开始逐层向外倾斜，到七层楼面标高恢复直立状态，斜柱顶端最大位移1605mm，向外倾斜7度。平面变化如下图:

实例二：深圳国际商会中心

深圳国际商会中心工程地下3层，地上55层，建筑面积134081平方米，高度214.5米。结构型式上，主楼为内筒外框型钢混凝土组合结构，内筒及外柱内共有62根H型、十字型钢柱，从地下1层一直到主体19层。在D轴和K轴从1层至6层设斜柱分别延伸到E轴和J轴。