鋼管混凝土疊合柱設(shè)計(jì)

鋼管混凝土疊合柱設(shè)計(jì)

0結(jié)構(gòu)體系性能增強(qiáng)管混凝土管混凝土的混合柱是由截面中間的管道混凝土和管道外側(cè)的鋼筋混凝土制成的。它有四個(gè)改進(jìn)的概念：加強(qiáng)（采用高性能建筑材料）、組合（將不同材料組合在一起）、強(qiáng)度（通過相互限制或加強(qiáng)對弱材料的限制）和重疊（使切割面的內(nèi)部平衡，提高抗張力和延長）。有效組合可以提高結(jié)構(gòu)承載能力和抗疲勞防滑性能，截面比普通混凝土支架顯著減少。這是一個(gè)具有廣闊發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)體系。1地下主副廳區(qū)域3個(gè)主要結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)紹興科技館新館位于紹興鏡湖新區(qū)核心區(qū)域行政中心的南側(cè),北側(cè)為城市干道洋江西路,隔路與行政中心相望,南側(cè)為規(guī)劃路,西側(cè)為九流渡水系,東側(cè)為梅山江水系?？萍拣^新館主要包括科技館展廳、球幕影院兩大功能塊,兩者之間首層脫開,二層以上用鋼桁架連成一體。紹興科技館新館總建筑面積為30963m2,其中地上建筑面積24996m2,地下建筑面積5967m2。展廳部分:一層地下室汽車庫(戰(zhàn)時(shí)為六級二等人員隱蔽所),地下室層高4.0m,標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)8.4m×8.4m;地上展廳3層,標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)15.0m×15.0m,首層層高8.8m,二層層高7.4m,三層層高7.0m;球幕影院部分:地上三層,一、二層層高5.1m,頂層層高隨建筑造型變化,球幕影院屋蓋位于頂層,采用單層鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(直徑21m),網(wǎng)殼建筑最高點(diǎn)高度約29.55m。如圖1所示。一區(qū)結(jié)構(gòu)柱主要為鋼管混凝土柱、疊合柱;三區(qū)結(jié)構(gòu)柱主要為鋼管混凝土柱、十字型鋼混凝土柱。疊合柱及鋼管混凝土柱具有構(gòu)件規(guī)格大、混凝土強(qiáng)度高、柱內(nèi)隔板多、鋼管長度長等特點(diǎn),從而造成鋼管吊裝就位及柱內(nèi)混凝土澆筑困難。需要對鋼管柱吊裝、焊接及管內(nèi)混凝土澆筑采取科學(xué)合理的施工技術(shù),確保疊合柱及鋼管混凝土柱施工過程的安全及工程產(chǎn)品的質(zhì)量。2生產(chǎn)中混層混凝土砌塊柱管的生產(chǎn)2.1工藝詳圖深化→下料→開坡口→卷管(點(diǎn)焊)→焊接直縫→矯圓→組焊鋼管(環(huán)縫)→構(gòu)件及焊縫外觀檢查→焊縫超聲波檢測→合格交驗(yàn)2.2操作要點(diǎn)2.2.1復(fù)雜節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)拼裝模擬采用X-steel軟件進(jìn)行詳圖深化及結(jié)構(gòu)分解,包括節(jié)點(diǎn)拼裝總圖、節(jié)點(diǎn)拼裝順序圖、桿件圖、節(jié)點(diǎn)圖及材料明細(xì)表等,并對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)拼裝模擬,通過數(shù)據(jù)文件發(fā)送至數(shù)控精密切割設(shè)備切割板材,進(jìn)行開坡口、卷管與組焊工作,柱管內(nèi)側(cè)縱縫為自動埋弧焊,內(nèi)環(huán)縫為CO2氣體保護(hù)焊,外環(huán)縫扣槽為埋弧自動焊。2.2.2孔加工和鉆制加工鋼管疊合柱鋼結(jié)構(gòu)制孔主要為螺栓及鋼筋穿過孔,采用數(shù)據(jù)機(jī)床鉆制加工;開設(shè)鋼管穿筋孔前進(jìn)行計(jì)算機(jī)精確放樣,并在鋼管上設(shè)置安裝定位線,避免安裝誤差造成穿筋困難。3管道安裝連接式混凝土砌塊柱管3.1工藝地腳螺栓預(yù)埋→安裝首節(jié)柱→安裝二節(jié)柱→柱管連接→安裝三節(jié)柱→柱管連接3.2操作要點(diǎn)3.2.1側(cè)向擠壓的變化本工程采用端承式柱腳,于地下室底板預(yù)埋連接件;由于混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的影響,地腳螺栓埋設(shè)困難,位置難于固定。而且在澆搗混凝土?xí)r,受振動和混凝土傾倒流淌時(shí)的側(cè)向擠壓會有偏移。為了保證埋設(shè)精度,可采用鋼框固定地腳螺栓預(yù)埋法(如圖2所示),該框架具有很大強(qiáng)度,能防止混凝土澆灌時(shí)的沖擊和振搗等外力而不變形。在混凝土澆搗時(shí)應(yīng)派二名測量員在二個(gè)互相垂直的軸線上用經(jīng)緯儀監(jiān)視偏差情況,一旦發(fā)現(xiàn)較大誤差,應(yīng)及時(shí)調(diào)校正確。待地腳螺栓施工完畢后應(yīng)及時(shí)復(fù)測地腳螺栓的定位軸線、螺栓頂標(biāo)高、螺栓伸出支撐面長度、螺紋長度、平整度、螺桿的垂直度,并作好資料記錄。3.2.2吊裝時(shí)鋼柱與有效街邊距離的確定根據(jù)分段鋼柱質(zhì)量計(jì)算,第一節(jié)柱最大質(zhì)量約為3.8t,現(xiàn)場測量鋼柱與臨時(shí)施工道路約為15m,考慮到現(xiàn)場基坑斜坡臨時(shí)施工道路的安全距離,在吊裝過程中鋼柱與吊車最大距離約為18m幅度,選擇50t汽車吊進(jìn)行吊裝。查浦沅50t汽車吊性能表可知,主臂長36.2m,工作幅度18m,最大起質(zhì)量為4.5t,滿足吊裝要求(如圖3所示)。3.2.3吊裝及定位安裝(1)吊裝前準(zhǔn)備。首先對預(yù)埋錨栓進(jìn)行軸線及標(biāo)高復(fù)測,在底層處放出鋼柱底板的外框控制線及中心線,保證在鋼柱安裝時(shí)準(zhǔn)確定位。根據(jù)計(jì)算選擇合理的鋼柱吊裝吊點(diǎn)及滿足要求的鋼絲繩規(guī)格。鋼絲繩選擇計(jì)算(吊裝簡圖如圖4所示)。(2)首節(jié)鋼柱吊裝就位。鋼柱吊至錨栓上方工作人員進(jìn)行鋼柱穩(wěn)定,并緩慢下落,座落后利用橇桿進(jìn)行軸線及標(biāo)高調(diào)整,然后進(jìn)行水準(zhǔn)儀調(diào)整其標(biāo)高和兩臺經(jīng)緯儀進(jìn)行調(diào)整垂直度。鋼柱標(biāo)高及垂直度調(diào)整完畢后,進(jìn)行錨栓緊固固定。當(dāng)鋼柱吊裝完成并校正完畢后,對地腳進(jìn)行二次灌漿,鋼柱內(nèi)澆灌混凝土。(3)其余鋼柱的吊裝。首層混凝土樓層板澆筑完畢強(qiáng)度達(dá)到75%后,進(jìn)行第二節(jié)鋼柱安裝。要求基礎(chǔ)放坡位置進(jìn)行回填并壓實(shí)。鋼柱吊點(diǎn)與首節(jié)鋼柱吊點(diǎn)設(shè)置相同,鋼柱質(zhì)量8.4t,經(jīng)過計(jì)算ф26的鋼絲繩滿足吊裝要求。查浦沅50t汽車吊性能表可知,主臂長36.2m,工作幅度9m,最大起質(zhì)量為10t,大于構(gòu)件質(zhì)量8.2t,滿足吊裝要求。鋼柱吊裝放樣立面示意圖如圖5所示。(4)鋼柱的焊接。同徑鋼管接長采用等強(qiáng)度對接坡口焊縫,拼接焊縫設(shè)置在每層樓板變高以上1500mm,連接處設(shè)置管壁較厚的內(nèi)襯管段作為環(huán)形焊縫的背襯。將吊起的上節(jié)柱按畫線位置緩緩插入下節(jié)柱內(nèi)(上節(jié)柱內(nèi)襯管外壁若與下節(jié)柱鋼管內(nèi)壁局部存在摩擦就位較困難時(shí),在起重機(jī)協(xié)助下利用耳板及螺栓協(xié)助就位),下節(jié)鋼柱的頂面標(biāo)高和軸線偏差、鋼柱扭曲值一定要控制在規(guī)范以內(nèi),在上節(jié)鋼柱吊裝時(shí)要考慮進(jìn)行反向偏移回歸原位的處理,逐節(jié)進(jìn)行糾偏,避免造成累積誤差過大。鋼柱就位后將接頭耳板螺栓擰緊臨時(shí)固定后施焊,施焊由兩名焊工在對稱位置以同等速度進(jìn)行,相對變焊縫首次焊接的焊縫層數(shù)不超過4層,焊完第一個(gè)4層后清理掉焊縫渣滓,轉(zhuǎn)90°方向焊另兩個(gè)相對邊焊縫,焊完8層后再轉(zhuǎn)置相對邊,如此循環(huán)施焊直至滿足設(shè)計(jì)要求,鋼柱對接焊縫完成后割除耳板(圖6)。4混凝土施工4.1新舊混凝土連接,加強(qiáng)壓力管內(nèi)混凝土采用高位拋落法施工,利用澆筑過程中高處下拋時(shí)產(chǎn)生的動能來實(shí)現(xiàn)自流平并使混凝土充滿鋼管柱內(nèi)。柱底先灌入約100mm厚同強(qiáng)度等級的去石混凝土,以使新舊混凝土連接良好,避免澆筑時(shí)發(fā)生粗骨料彈跳現(xiàn)象。在拋落混凝土的同時(shí)采用粗鋼筋棒進(jìn)行適當(dāng)插搗,上部2mm范圍內(nèi)用振搗棒密插短振,逐層振搗,每層振搗至混凝土表面平齊不再明顯下降,不再出現(xiàn)氣泡,表面泛出砂漿為止,澆筑結(jié)束后清除浮漿,初凝后灌水養(yǎng)護(hù),用塑料布將管口封住,防止異物掉入。安裝上一節(jié)鋼柱前將管內(nèi)積水、雜物清除干凈。對管內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量可采用敲擊鋼管的方法進(jìn)行檢查,如有異?？稍儆贸暡z測,對不密實(shí)的部位應(yīng)采用鉆孔壓漿法補(bǔ)強(qiáng),然后將鉆孔補(bǔ)焊封固。4.2鋼管外混凝土澆筑鋼管外混凝土施工分鋼筋綁扎、模板支設(shè)、混凝土澆筑三部分。鋼筋綁扎前先對鋼管外表面進(jìn)行除銹處理,檢查栓釘?shù)奈恢眉皵?shù)量。由于疊合柱截面較大,內(nèi)部鋼管的存在無法設(shè)置對拉螺栓,所以模板采用定型圓鋼模,采用模板加強(qiáng)背楞斜角對拉形式進(jìn)行加固。鋼管外混凝土采用自密實(shí)混凝土。混凝土澆筑強(qiáng)先用水自上而下對柱模板內(nèi)進(jìn)行沖刷,柱模板根部預(yù)留排水孔,務(wù)必確保鋼管、鋼筋、模板表面濕潤干凈?；炷翝仓r(shí)間控制在2h以內(nèi),為避免人為分層,務(wù)必保證自上而下連續(xù)下料。疊合柱內(nèi)鋼筋、隔板較多,難點(diǎn)是振搗環(huán)節(jié),混凝土振搗采用長軸振搗棒內(nèi)部振搗加外部敲打的方式充分振搗,澆筑結(jié)束后待混凝土沉縮30min左右初凝前,再用長軸振搗棒進(jìn)行一次振搗,以消除模板表面的氣泡,確保混凝土達(dá)到密