燒結機冷卻室廠房勁性鋼骨混凝土柱施工技術

李興華

1 工程概況

燒結機冷卻室廠房位于太鋼不銹鋼有限公司廠區內,是一座大型的、現代化的工業廠房,主要用于燒結礦的生產,即制鐵煉鋼系統節能減排優化配置技術改造工程(燒結機)。

工程按結構一類建筑設計,抗震設防烈度為8度。燒結機冷卻室長157 m,寬20.5 m,建筑總高度48.4 m,建筑面積13 075 m2,下部為鋼骨混凝土框架結構,上部為排架結構。該樓主體結構共有21根勁性鋼骨混凝土柱,標高為-6.70 m～46.10 m。實腹式勁性鋼骨混凝土柱尺寸為1 100 mm×1 300 mm,其中鋼骨規格(腹板高度×翼緣板寬度×腹板厚度×翼緣板厚度)為:GHB900×700×20×36;鋼牛腿規格為:1 850×500×20×25,1 000×400×20×25,800×350×20×25等。

2 鋼骨混凝土框架結構的施工特點及難點

1)工程質量要求高,工期緊,場地狹窄。本工程確定為“確保省優工程”,工程地處太鋼不銹鋼有限公司廠區內。施工受到的限制多,柱鋼骨全部廠外制作并分段分層運輸到施工現場。

2)工程體量大,施工難度大。工程體量大(最大單層建筑面積3 602 m2),最大跨度 29.5 m,最大層高14.1 m。使用荷載大而且分布不均勻。建筑物體形復雜且超長(156 m)、寬(20.5 m);45.5 m高勁性柱共21根、用鋼量1 100 t。柱垂直度偏差、制作安裝精度要求高,柱與梁節點構造復雜,構件不得現場二次加工;跨度達25.2 m的主廠房,施工荷載大,局部模板支撐高度達13.8 m。

3 勁性鋼骨柱的制作驗收與勁性鋼骨柱的安裝

3.1 制作

本工程勁性鋼骨柱加工制作要求十分嚴格,在專業加工廠制作,鋼骨柱在出庫前,制作者應根據鋼結構制作標準和有關規范,以及設計圖的要求進行半成品的檢測,并提供材質保證書、復檢報告、探傷報告、自檢表、分項評定表及焊工合格證等資料。

鋼骨柱進場后,在指定位置按順序堆放整齊,并及時驗收。驗收內容包括與安裝質量有關的數據,即:外形幾何尺寸、鋼筋孔洞大小和間距、焊接坡口、附件數量規格、構件安裝中心線等,如與設計要求不符,或因運輸造成變形,應據此采取相應措施在地面修整,以保證后續安裝工作順利進行。

3.2 安裝

3.2.1 地腳螺栓預埋

固定勁性鋼骨柱的84顆M36地腳螺栓的預埋,采用專用螺栓固定架以固定螺栓下部,并用九層板按鋼柱的底座形狀制模開孔來固定螺栓上部。在模板安裝時及混凝土澆筑的全過程,用經緯儀和水平儀隨時檢查校正螺栓的偏差,確保了螺栓安裝精度。

3.2.2 勁性鋼骨柱吊裝

本工程鋼骨柱的高度比較高,根據實際情況進行分段施工,即與主體結構樓層同步施工,柱鋼骨分段安裝就位。“起重吊裝專項施工技術方案”經甲方監理審批后實施,采用“分段一次吊裝滑移就位法”。吊裝時,鋼構件運輸至現場指定位置,吊起時連接板用螺栓固定和纜繩臨時固定,鋼骨柱吊裝后滑移一次到位。

1)使用全站儀或經緯儀對柱內型鋼進行精確定位(偏差不超過±1 mm);2)按柱型鋼編號吊裝就位。下部的鋼骨柱利用型鋼上的加寬翼緣作型鋼的起吊點,使型鋼底部的螺栓孔對準預埋螺栓,并用小塊鋼板沿型鋼四周4個角墊起約30 mm;3)吊裝大致就位后,即在柱型鋼的上部4個方向用纜風繩一頭栓在型鋼的加寬翼緣上,一頭拴在地錨上,移開汽車起重機臂;4)通過調節纜風繩上的花籃螺栓調整型鋼的垂直度(使用線墜檢查)。用兩臺成90°布置的經緯儀進行觀測。在校正過程中不斷調整柱底板下螺母,校畢將柱底板上面的2個螺母擰上,纜風繩松開,使柱身呈自由狀態,再用經緯儀復核。如有小偏差,微調下螺母,無誤后將上螺母擰緊,中、上部鋼骨柱段安裝調整檢查同上方法。

3.2.3 鋼骨焊接

1)確定工藝參數。選擇具有代表性的接頭形式進行焊接方法的工藝試驗,焊后經外觀檢查及超聲波檢測符合要求,據此確定的焊接工藝參數為CO2焊。焊機KR500型,焊絲JM-56,焊絲直徑1.2 mm,電流 250A～300A,電壓29 V～34 V,焊速350 mm/min～450 mm/min,層間溫度50℃～80℃,焊絲伸出長度20 mm,氣體流量40 L/min～60 L/min。2)焊接程序。焊前檢查→預熱→焊墊板及引弧板→測溫再預熱→焊接→保溫或后熱→檢驗→填寫作業記錄表。全過程實行工藝卡傳遞制,不符合要求者詳細記錄,且工藝卡不得流向下一道工序。3)施焊。第一層的焊縫應封住坡口內母材與墊板之間連接處,然后逐道逐層累焊至滿坡口,每焊一道焊縫均應清理鏟磨,出現焊接缺陷應及時磨去并修補。每道焊接層間溫度控制在50℃～80℃,溫度太低時重新預熱,太高時應暫停焊接。一個接口連接焊完,必須中途停焊時,再焊前重新預熱。4)質量控制要求。焊接環境溫度不宜低于5℃,環境濕度不宜高于80%。露天焊接應有防風、防雨措施。組裝、焊接前必須把待焊區域及兩側30 mm～50 mm范圍內鐵銹、氧皮、油污、水分等除去,露出金屬光澤。

4 鋼筋工程

4.1 鋼骨混凝土柱的鋼筋綁扎

為便于型鋼施工,應將柱鋼筋的綁扎控制在型鋼施工后。柱型鋼與柱主筋間采用拉鉤連接。先在型鋼腹板上畫出拉鉤位置線,拉鉤帶拐頭(長度為5倍鋼筋直徑)雙面焊接在型鋼腹板上。拉鉤焊接后,綁扎柱箍筋。為保證柱箍形狀和尺寸準確,柱箍筋加工時先在鋼板上放出柱箍大樣,焊接短鋼筋頭制作柱箍加工胎具。

鋼骨混凝土柱內主筋頭采用等強機械連接,接頭位置按50%錯開35d設置,為方便鋼骨安裝和焊接,鋼骨柱接頭所在樓層,主筋接頭分別設在樓面以上500 mm和1 500 mm處。

柱內型鋼與梁的縱向鋼筋相交時,相互穿插復雜,同時也是結構的重要位置,須按設計和規范要求精心施工。型鋼柱由工廠運至現場,經檢驗合格后,配筋復雜的柱應進行穿插預演,就是在鋼柱吊裝前,用短筋模擬穿設與其相交叉的梁鋼筋。進行穿筋預演就能將型鋼柱安裝完畢后穿筋過程中存在的問題及早暴露,并將其解決在型鋼柱吊裝之前。

梁縱筋與型鋼混凝土柱內的型鋼正交時,可在型鋼上現場開孔,嚴格保證開孔直徑只大于鋼筋直徑2 mm。梁主筋穿過型鋼后,重新焊接洞口封閉,焊接時不得損害梁主筋,以保證梁、柱受力不削弱。如腹板上開孔的大小和位置不合適時,需征得設計單位的同意后,再用電鉆補孔或用絞刀擴孔,不得用氣割開孔。

在梁柱節點部位,柱的箍筋要在梁型鋼腹板上已留好的孔中穿過,由于整根箍筋無法穿過,只能將箍筋分段,再用電弧焊焊接。不宜將箍筋焊在梁的腹板上,因為節點處受力較復雜。

4.2 鋼骨混凝土梁內鋼筋的施工

鋼骨混凝土梁內主筋穿過鋼骨柱的腹板,孔徑為1.5d(d為梁主筋直徑)。鋼骨柱上鉆孔在工廠制作好,定鉆孔位置要考慮鋼筋穿插,在鋼骨柱腹板上鉆孔的標高兩個方向是不同的。梁內主筋穿過鋼骨柱腹板后,兩面塞焊。

在主梁和次梁交接部位,考慮到次梁端部有負彎矩存在,當次梁主筋受主梁型鋼腹板阻隔時,宜于主梁型鋼腹板上開孔,次梁上部鋼筋穿孔貫通,次梁下部鋼筋伸至主梁型鋼腹板邊緣后沿腹板往上錨固在主梁內。

5 混凝土工程

采用勁性鋼骨柱梁混凝土并對混凝土澆灌施工方案進行反復研究篩選,嚴格按確定審批的施工專項方案組織實施。

采用在鋼骨四面均勻下料法,φ30 mm振搗棒進行振搗,間隙狹小處采用鋼筋釬人工插搗,確保混凝土的密實。

為保證梁內型鋼骨架的變形對稱,梁板混凝土宜由中心部位往四周輻射澆筑。

在梁的型鋼翼緣下部和梁柱接頭處,由于澆筑混凝土時有部分空氣不易排出或因梁的型鋼翼緣過寬妨礙澆筑混凝土,為此在適當部位預留空氣排出孔和混凝土澆筑孔。拆模后混凝土無氣泡、收縮分離和裂紋,質量達到GB 50204-2002混凝土結構工程施工質量驗收規范的規定。

6 結語

本工程鋼骨柱梁的高度和跨度之最,結構復雜,承受荷載大,質量要求高,結合本工程的需要,通過QC小組組織技術質量攻關,最終鋼骨混凝土組合結構達到了施工規范要求。

[1]周松盛,周 露,陸 震.混凝土結構設計與施工手冊[M].合肥:安徽科學技術出版社,2007.

[2]劉津明.混凝土結構施工技術[M].北京:機械工業出版社,2006.