2009lw超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工技术

吴碧桥，唐 兵

（江苏省华建建设股份有限公司深圳分公司，广东 深圳 518034）

【摘要】本文通过工程实例，对超高层建筑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，可指导工程建设工程中斜向型钢混凝土组合柱的施工。

【关键词】斜向型钢混凝土组合柱 借位测量 钢骨斜向开孔 半装配式箍筋安装

1前言

超高层建筑越来越多地采用了型钢混凝土组合结构，为了满足建筑型体变化、内部高大空间和结构转换的需要，设计往往采用斜向型钢混凝土组合柱，但与通常的垂直型钢混凝土组合柱相比，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。本文先列举一些作者参与工作的工程实例，通过这些例子概括地介绍目前超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱主要类型和施工特点，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，总结出了超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工方法和技术措施。

2 工程实例

2.1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”。

图2.1-1 江胜大厦主体结构平面图

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1605㎜，向外倾斜7度。平面变化如下图：

三层柱定位图 七层柱定位图

图2.1-2 柱平面定位图

斜向钢柱施工现场图 斜向型钢混凝土柱外观图

图2.1-3 斜柱实物图片

2.2 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。该工程获2006年度中国建筑工程鲁班奖。

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标准层型钢混凝土组合结构平面布置图 斜柱外观

图2.2 斜柱布置图

2.3深圳世贸中心大厦（招商银行总部大楼） 深圳世贸中心大厦（现“招商银行大厦”）是一幢超高层商业金融建筑，该工程建筑面积119000平方米，地下室3层，地上53层，裙楼5层，建筑高度237.2米。大厦立面设计独特，由塔楼六层正四边形平面四边四角逐渐向内收缩至49层为正八边形平面，立面四边倾斜角度1.498°，呈梯形，四角倾斜角度4.666°，呈倒三角形，从51层向上至屋面又从正八边形恢复成与六层平面相同的正四边形平面。塔楼部分1至7层由20根外围柱组成一个边长为44. 5m正四边形平面，外形立面规则，从8层向上，外围16根边柱以104.6mm/4m的斜率沿X方向或Y方向向内倾斜。4根角柱则以173.2mm/4m的斜率向中心倾斜。由一个正方形柱(1500*1500)演变成一个复合巨形柱，在15层开始分叉成两个异形角柱，倾斜并向上延伸至49层。最终形成8个倾斜的平面构成世贸中心大厦主要外形。该工程被评为2003年中国建筑工程鲁班奖和全国建筑业新技术应用示范工程。

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建筑立面 结构立面

图3.3 世贸中心大厦

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3 工艺原理

3.1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。

3.2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。

3.3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。

4 主要施工方法

4.1工艺流程

4.1.1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。

4.1.2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。

图4.1 胎架示意图

4.1.3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：

4.2施工技术措施

4.2.1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。

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4.2.2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。

4.2.3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)：

(a) (b) (c)

图4.2-1 钢柱定位安装图（以工字型钢箍骨为例）

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。 4.2.4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。

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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。

4.2.5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×-4-4

10~～1.0×10，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，通过斜柱起始层斜柱的施工、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。

钻孔机钻杆垫块斜孔支撑架构件钢板

图4.2-2 钢板开孔示意图

4.2.7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

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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。

4.2.8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。 图4.2-3 半装配式箍筋吊装

5 质量保证措施

5.1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。

5.2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较。

5.3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。

5.4针对异型箍筋型式复杂不便于施工的问题，采取施工前先在现场放样做样箍的方法，将每种类型的箍筋按1：1制作实物大样，会同设计人员逐个找出不合理之处进行修改。对确实无法套进钢柱的箍筋，在满足最小配筋率的情况下尽量简化箍筋的形式，把部分异型箍改为矩型箍，减少每组箍筋内的肢数。由于弯钩平直段长度达到180mm，将少量碰到钢骨的箍筋修改为焊接箍筋，确保箍筋安装后不碰到钢骨。

6 体会

6.1通过对斜向型钢混凝土柱施工技术的研究，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，其中关键技术通过省级成果鉴定，达到国内领先水平，部分技术的运用节省了人工，缩短了施工工期；经济效益十分明显。

6.2深圳国际商会中心和深圳世贸中心大厦工程通过对斜向型钢混凝土柱施工技术的应用，降低了工程成本，加快了工程进度，保证了工程质量，已被评为“鲁班奖”和省建、部级“建筑业新技术应用示范工程”，同时，总结的“超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工工法”被评为江苏省省级工法，通过QC小组活动，“超高层建筑斜向型钢混凝土组合柱施工技术攻关”成果获“江苏省工程建设优秀QC成果”奖，研究和应用成果显著。

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