大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)匿摴腔炷粱┕ぜ夹g(shù)
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馬立功 王全逵 劉坤 李天一
中建二局第四建筑工程有限公司 天津 300457
摘要：在現(xiàn)有技術(shù)中，大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)即屋頂基座多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，但受2種結(jié)構(gòu)自身材料特點(diǎn)的影響，利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架屋頂?shù)幕A(chǔ)，均不能充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)�；诖�，提出了一種新型的大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)幕翠摴腔炷粱�，能充分發(fā)揮鋼與混凝土2種材料的特點(diǎn)，在實(shí)施中取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞：大跨度網(wǎng)架屋頂 鋼骨混凝土基座 抗震 梁柱節(jié)點(diǎn)
中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI: 10.14144/j．cnki.jzsg.2015.10.009
隨著科技的發(fā)展與建筑技術(shù)的進(jìn)步，大跨度建筑已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展方向之一，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)，它具有剛度大、變形小、應(yīng)力分布均勻、能大幅度減輕結(jié)構(gòu)自重和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，近年來，網(wǎng)架屋頂已廣泛應(yīng)用于大型商場及體育場館等公共建筑。在現(xiàn)有技術(shù)中大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)即屋頂基座多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，混凝土的抗壓強(qiáng)度高，但抗彎能力很弱，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面往往較大限制了建筑的有效使用空間，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)，且易被銹蝕、不耐高溫。利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架屋頂?shù)幕A(chǔ)，均不能充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。
針對目前網(wǎng)架屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)存在的問題，本文提出了一種新型的大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)幕翠摴腔炷粱�，能充分發(fā)揮鋼與混凝土2種材料的特點(diǎn)，具有截面尺寸小、剛度大、延性及耐久性好，且節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)，利用該基座能增加建筑的有效使用空間，可充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)，并能提高施工精度、保證施工質(zhì)量，縮短工期。
1 工程概況
某工程建筑高度99.90 m；層數(shù)最高34層，地下2層。地下1層至地上3層采用鋼骨混凝土柱，地上2層、3層、4層為大跨度鋼骨混凝土梁。其中：鋼骨柱φ1000 mm，柱內(nèi)鋼骨為φ510 mm×24 mm鋼管，所用材質(zhì)為Q345B，每層14根。每根柱質(zhì)量約1.50 t。鋼骨梁截面700 mm×l 300 mm，梁內(nèi)鋼骨為800 mm×300 mm×26 mm×14 mm的H型鋼，跨度最長25 m、最短17 m，每根鋼梁質(zhì)量在0.50 t左右。④一⑧軸／
軸、
軸，
軸間14根圓形鋼骨柱及18根矩形鋼骨梁（包括懸挑鋼骨梁）分別組成1-3層的高大圓形及橢圓形空間。長度大于12 m的鋼梁均分成2段進(jìn)行剛性對接（圖1）。
2 施工技術(shù)特點(diǎn)
1)基座主要包括圓形鋼骨混凝土柱及矩形鋼骨混凝土梁，鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁中配有鋼筋。鋼骨混凝土梁支撐于鋼骨混凝土柱上，其包括兩端支撐梁及懸挑梁，由鋼骨混凝土梁組成圓形或橢圓形空間，用于支撐建筑物上部的網(wǎng)架屋頂。
2)鋼骨混凝土基座能充分發(fā)揮鋼與混凝土2種材料的特點(diǎn)。
3)具有截面尺寸小、剛度大、延性及耐久性好，且節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)。
4)可增加建筑的有效使用空間。
5)能充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。
3 施工方法
3.1工藝流程
鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁內(nèi)的鋼骨制作——鋼骨混凝土柱的鋼骨安裝——鋼骨混凝土柱的鋼筋安裝——鋼骨混凝土柱模板安裝——鋼骨混凝土柱混凝土澆筑——鋼骨混凝土梁底部鋼筋安裝——鋼骨混凝土梁的鋼骨安裝——鋼骨混凝土梁上部鋼筋安裝——鋼骨混凝土梁模板安裝——鋼骨混凝土梁混凝土澆筑——養(yǎng)護(hù)
3.2施工方法
鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法比較復(fù)雜，構(gòu)件內(nèi)有型鋼，型鋼外包鋼筋混凝土，如何處理好型鋼安裝與鋼筋安裝的銜接問題、模板安裝問題和混凝土澆筑問題，必須經(jīng)過周密的計(jì)劃。
首先需要進(jìn)行鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁內(nèi)的鋼骨的制作，其中的H型鋼翼緣焊接采用坡角熔透焊，對接焊接順序?yàn)椋?
1)接口處開雙面坡口，先焊大坡口一側(cè)，焊至深約15 mm時(shí)，翻轉(zhuǎn)焊另一側(cè)；
2)翻轉(zhuǎn)后反面采用碳弧氣刨清根，深度為4-5 mm，清根后采用砂輪打磨，清除坡口內(nèi)焊渣，至焊道露出金屬光澤，焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制底層焊接電流，反面焊縫應(yīng)焊滿；
3)再翻轉(zhuǎn)鋼板繼續(xù)焊接另一面，直至焊滿；
4)為減小變形，以上順序亦可增加翻轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行。
在完成鋼骨混凝土柱的鋼骨即鋼管柱的制作后，開始對其進(jìn)行安裝，安裝流程為：埋設(shè)預(yù)埋件——吊裝鋼柱至樓層——人工平移到位——吊裝支架搭設(shè)——鋼柱吊裝就位——垂直度校核——螺栓終擰、垂直度復(fù)核——會(huì)審安裝測量記錄、確定焊接順序——施焊中跟蹤觀測柱垂直偏差——焊接完成，垂直度測量——校正驗(yàn)收。
本工程鋼管柱采用塔吊分2次吊裝，第1次先將鋼柱吊上樓層，第2次再吊裝安裝到位。鋼骨柱吊裝到位后，在安裝之前，從立柱頂端向下量出理論標(biāo)高為1m的截面，并做一明顯標(biāo)記，鋼骨柱的四側(cè)用數(shù)字及字母分別做好標(biāo)記，便于校正立柱標(biāo)高及軸線時(shí)使用。上下鋼骨柱連接時(shí)，用鋼楔子或千斤頂通過調(diào)整柱與柱之間的縫隙，按照先標(biāo)高、后位移、最后垂偏的原則進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝校正。鋼柱安裝時(shí)每節(jié)鋼柱垂直度校正控制采用外控借線法觀測，用2臺(tái)經(jīng)緯儀安裝在外控點(diǎn)位上，在2個(gè)垂直方向上同時(shí)觀測，配合安裝校正。上下鋼骨柱進(jìn)行對接時(shí)，采用全熔透坡口焊，一級焊縫。2次吊裝過程為：
1)下部鋼管柱吊裝。因考慮到鋼管混凝土澆筑高度限制，鋼管柱采用每層1節(jié)，長約6.30 m，質(zhì)量約1.90 t。鋼管柱采用塔吊分2次吊裝。第1次先將鋼柱吊上樓層，第2次再吊裝安裝到位。
(1)鋼柱第1次吊裝至樓層，為保證安全起吊，鋼柱橫放，設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，并采用一定的防滑保護(hù)措施。吊裝時(shí)不采用焊接吊耳，在構(gòu)件本身用鋼絲繩綁扎時(shí)，對構(gòu)件及鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)。
(2)在鋼柱被吊裝至樓層后進(jìn)行安裝前，從立柱頂端向下量出理論標(biāo)高為1m的截面，并做一個(gè)明顯的標(biāo)記，型鋼柱的四側(cè)用數(shù)字及字母分別做好標(biāo)記，便于在校正立柱標(biāo)高及軸線時(shí)使用。在立柱下底腳板上表面，做通過立柱的縱橫十字交叉軸線。經(jīng)抄平放線，嚴(yán)格控制與支承面的行列軸線和標(biāo)高，經(jīng)驗(yàn)收合格并出具合格資料后方可進(jìn)行吊裝。
(3)鋼柱起吊安裝時(shí)采用一點(diǎn)捆綁起吊，吊點(diǎn)設(shè)置在柱頂處，并利用柱端的耳板螺栓孔，穿入專用吊裝索具或銷軸進(jìn)行吊裝。嚴(yán)禁直接穿人普通索具進(jìn)行吊裝，以防在起吊過程中磨損栓孔和索具。索具要求捆扎穩(wěn)固可靠(圖2)。
2)上部鋼管柱吊裝。
(1)先將型鋼柱吊裝至樓層，為保證安全起吊，型鋼柱橫放，設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，并采用一定的防滑措施。吊裝時(shí)不采用焊接吊耳，在構(gòu)件本身用鋼絲繩綁扎時(shí)對構(gòu)件及鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)。
(2)上下型鋼柱連接時(shí)，首先將型鋼柱吊裝就位至安裝面，然后找出柱底軸線位移，再安裝鋼柱耳板上的高強(qiáng)螺栓，用鋼楔子或千斤頂通過調(diào)整柱與柱之間的縫隙，按照先標(biāo)高、后位移、最后垂偏的原則進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝校正。鋼柱安裝時(shí)每節(jié)鋼柱垂直度校正控制采用外控借線法觀測，用2臺(tái)經(jīng)緯儀安裝在外控點(diǎn)位上，在2個(gè)垂直方向上同時(shí)觀測，配合安裝校正。上下型鋼柱進(jìn)行對接時(shí)，采用全熔透坡口焊，一級焊縫，腹板采用夾板焊接連接(圖3)。
在鋼管柱吊裝結(jié)束之后進(jìn)行鋼骨柱鋼筋的安裝，其安裝方式與普通柱基本相同。待鋼骨柱鋼筋安裝完畢后即開始進(jìn)行模板安裝，并完成混凝土的澆筑。
在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)施工中，鋼骨混凝土梁鋼筋的安裝是其難點(diǎn)之一，而我們所采取的措施是：在鋼骨混凝土梁底部鋼筋安裝和鋼骨混凝土梁上部鋼筋安裝的過程中，充分考慮鋼筋的布置情況，對每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鋼筋都進(jìn)行CAD放樣，明確了鋼筋的位置關(guān)系，尤其在多根梁交匯于l根框架柱部位時(shí)，必須進(jìn)行鋼筋排布，遇到鋼筋排列不下的問題，可采用鋼筋的等強(qiáng)度代換或等面積代換；鋼骨混凝土梁的上部縱向鋼筋應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)；當(dāng)梁內(nèi)鋼筋要穿過柱內(nèi)鋼管時(shí)，應(yīng)先安裝需穿過鋼管的鋼筋，再安裝不穿過鋼管的鋼筋；鋼筋連接采用機(jī)械連接；梁端第1個(gè)箍筋應(yīng)設(shè)置在距離柱節(jié)點(diǎn)邊緣50mm處，梁端與柱交界處箍筋應(yīng)加密，加密區(qū)箍筋間距與加密區(qū)的長度均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；梁側(cè)面受力筋及下部受力筋位置均應(yīng)設(shè)置墊塊，以保證保護(hù)層厚度；當(dāng)受力鋼筋為雙排時(shí)，用φ25 mm的短鋼筋墊在2層鋼筋之間，短鋼筋間距2 000 mm，短鋼筋長度為梁寬減去兩側(cè)保護(hù)層厚度。
值得注意的是，在鋼骨混凝土梁的鋼骨安裝過程中，應(yīng)將長度大于12 m的H型鋼骨分2段制作安裝，鋼骨與鋼骨之間采用腹板高強(qiáng)螺栓連接、翼緣板焊接時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行高強(qiáng)螺栓連接，后進(jìn)行翼緣焊接。高強(qiáng)螺栓應(yīng)在孔中自由穿入，當(dāng)孔有少量錯(cuò)位時(shí)，用沖釘找正，然后穿入，同一節(jié)點(diǎn)上螺栓穿入方向一致；螺栓的緊固順序由螺栓群中部向四周擴(kuò)展，由節(jié)點(diǎn)剛度較大的部位向剛度較小的部位過渡。
鋼筋安裝完畢后，進(jìn)行鋼骨混凝土梁模板的安裝，安裝時(shí)應(yīng)先安裝梁底模板，再安裝梁側(cè)模板，梁底模板及梁側(cè)模板均選用厚18 mm木模板；梁底模板下縱向布置40 mm×90 mm木方，木方間距均為500 mm，木方下采用鋼管作托梁，托梁直接與底部鋼管滿堂架連接；梁兩側(cè)模板外先水平設(shè)置40 mm×90 mm木方作為水平肋，水平肋外再豎向設(shè)置40 mm×90 mm木方作為縱肋，水平肋間距為250 mm，縱肋間距為500 mm；梁兩側(cè)模板通過M12對拉螺桿連接，沿梁高度方向等距離設(shè)置3道對拉螺桿，螺桿兩端加上雙螺帽，具體如圖4所示。
在鋼骨混凝土梁混凝土澆筑過程中，混凝土投料時(shí)要從型鋼兩邊下料，分層投料高度在50 cm左右；混凝土分3次分層澆筑，第1次澆至H型鋼下翼緣上緣水平位置，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行第2次分層澆筑，將混凝土澆筑到鋼骨梁的上翼緣上緣水平位置．待混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后，澆筑上翼緣以上部分及混凝土樓板，混凝土澆筑成型后，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，24 h后適當(dāng)松動(dòng)梁側(cè)模，確保側(cè)向的養(yǎng)護(hù)效果，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在14d以上。
3.3注意事項(xiàng)
1)澆筑的過程中要高頻率的振搗，并進(jìn)行外部振搗。
2)控制混凝土配合比及澆筑的連續(xù)性。
3)混凝土澆筑班主要協(xié)調(diào)好澆筑時(shí)的措施。
4)鋼骨梁混凝土澆筑必須連續(xù)作業(yè)，并分層進(jìn)行，每層厚度控制在350-400 mm，每層間隔時(shí)間不超過2h�；炷帘仨氂�φ35 mm振動(dòng)棒振搗，振搗到位密實(shí)，不得出現(xiàn)漏漿�；炷翝仓尚秃�，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，24 h后適當(dāng)松動(dòng)大梁側(cè)模，確保側(cè)向的養(yǎng)護(hù)效果，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在14d以上。
4 施工效果
在大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中采用鋼骨混凝土基座施工技術(shù)，有效地解決了傳統(tǒng)施工技術(shù)中存在的不足，減小了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，節(jié)省了鋼材用量，減輕了結(jié)構(gòu)自重，增加了建筑的有效使用空間，并可使施工工期縮短，有效地解決建筑美學(xué)與結(jié)構(gòu)安全的矛盾，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
