屋頂組合結構鋼柱帽安裝連接施工

林榮東 葉李平 喬燦 吳少華

中建海峽建設發展有限公司 福建 福州 350014

1 引言

傳統的混合結構中鋼梁與混凝土柱均采用將柱內插型鋼形成型鋼混凝土柱的方式進行連接，其工程造價高昂且施工工序繁瑣，直接將鋼梁插入混凝土柱中，需要對混凝土柱開槽以形成對應的結構柱截面，則需要進一步增大混凝土柱的尺寸，以保持整體的穩定，并且容易造成混凝土柱的剛性下降；因此設計出能夠避免鋼梁與混凝土柱連接時需要設置內插型鋼從而增大結構造價和剛性下降的裝置十分有意義。

鑒于此,亟待設計一種新型連接裝置，來解決結構柱受力承載問題，同時簡化鋼梁的連接問題，從而降低施工成本、提高安裝效率[1]。

2 工程概況

福州市某校區建設工程禮堂等樓棟采用鋼結構彩鋼瓦坡屋頂，將在組合結構即鋼結構鋼梁和混凝土柱中的節點處通過預制鋼柱帽進行安裝連接。屋頂混凝土柱截面積650*550～850*850mm等。屋頂混凝土柱與鋼構連接平面布置詳圖1，屋頂混凝土柱與鋼構連接的鋼柱帽現場布置詳圖2。

圖1 屋頂混凝土柱與鋼構連接平面布置詳圖

圖2 屋頂混凝土柱與鋼構連接的鋼柱帽現場布置

3 施工工序

在混凝土柱和鋼構節點處設置預制鋼柱帽時，強調重點解決鋼柱帽的臨時定位安裝，因此在實際施工中，首先在混凝土柱中設置預埋鋼板，然后在鋼柱帽表面設置安裝耳板，最后通過雙片連接鋼板采用栓接固定，起到臨時連接目的；后期在混凝土澆筑完成并達到強度后再進行割除[2]。如圖3。

圖3 混凝土柱與鋼構連接的鋼柱帽大樣（左）、現場安裝實體（右）

為確保施工質量，施工工序依次為鋼柱帽工廠預制→屋面框架混凝土結構柱澆筑并預埋鋼板→鋼柱帽運輸→采用塔吊吊放至屋面→工藝間歇（待混凝土柱強度滿足后）→采用塔吊安裝鋼柱帽→定位校核→通過安裝耳板和預埋板的臨時連接固定→鋼構與鋼柱帽的安裝連接→鋼柱帽與混凝土柱底部的模板安裝→模板間隙密封處理→通過澆筑口澆筑→養護[3]。

4 施工控制難點

4.1 鋼柱帽構造要求

作為一種組合結構中鋼梁與混凝土柱的簡易連接裝置，鋼柱帽構造包括4大部分，分別是：

1）底部的臨時安裝耳板和中部、上部的鋼梁連接耳板，如圖4；

圖4 上部、中部、底部耳板

2）內部“8排”栓釘錨固作用，如圖5；

圖5 錨固栓釘

3）內部設置相互垂直的扁鋼勁性加強作用，如圖6；

圖6 勁性扁鋼

4）頂部設置排氣孔，如圖7；

圖7 排氣孔

4.2 鋼柱帽臨時安裝定位

臨時安裝過程中，按照預定位置將鋼柱帽吊裝至結構柱上方，安裝過程中緩慢放下，下降過程中應盡量避免柱筋受鋼柱帽內部栓釘的作用產生過大偏移[4]。安放至預定位置后校核標高、位置，同時保證垂直度要求后，采用8.8級高強螺栓和連接鋼板同鋼柱帽的安裝耳板、預埋板的后焊接耳板連接緊固，來實現鋼柱帽與混凝土結構柱臨時安裝固定的目的。如下圖8所示：

圖8 連接鋼板（左）、臨時固定構造做法（右）

5 施工控制要點

屋頂組合結構鋼柱帽安裝連接施工存在高處作業隱患，吊裝過程涉及塔吊等大型機械配合作業，且預制鋼柱帽重量大、標高定位和垂直度控制較難，因此本文控制要點依據施工經驗，結合班組操作的實際情況提出，具有一定的普遍性[5]。

5.1 預埋件安裝

5.1.1 柱筋綁扎

根據設計要求完成屋面層梁板鋼筋及柱筋的綁扎。

5.1.2 預埋件焊接

結合樓層標高、鋼柱帽底部高度及圖紙要求確定預埋件焊接位置和混凝土柱澆筑高度，并在柱筋上標記出對應高度的控制點，然后在屋頂層上按照設計位置進行預埋件焊接定位。

將預埋件固定在對應高度的鋼筋上，待高度復核后采用焊槍進行人工焊接。

圖9 預埋件材料及焊接定位

5.2 模板安裝

根據結構墻柱位置安裝模板，并采用方鋼加固。對模板的縫隙進行填塞處理，防止產生漏液，模板內面涂刷脫模劑。同時清理模板內的雜物、積水和鋼筋上的污垢。在澆筑過程中，防止模板扣件松動，尤其是漲模情況發生[6]。

5.3 混凝土澆筑

向模板內澆筑混凝土過程中，邊澆筑邊使用插入式振搗棒分層振搗，振搗棒避免觸動鋼筋和預埋件，同時在下側敲打模板，防止產生蜂窩、麻面和孔洞[7]。

5.4 鋼柱帽施工方法

鋼柱帽施工方法的核心思路采取的是“工廠預制生產，現場吊裝連接”。具體施工方法如下：

5.4.1 圖紙深化

1）根據建筑設計圖紙，深化鋼柱帽制作大樣節點圖，并標明各柱帽編號、尺寸等信息。

2）進一步深化各零件圖加工節點，包括各類耳板、吊裝鋼板等；整理零件材料表，包括零構件材料表、構件栓釘表。

圖10 零構件材料（左）、栓釘（右）

5.4.2 預制生產

在廠內生產時，按照材料表和大樣控制尺寸加工鋼柱帽各零構件，需保證尺寸規格無誤；同時，管理人員加強對廠內人員的安全技術交底和深化圖紙交底。必要時，安排項目人員駐場，定期檢查。

當柱帽身鋼板拼接為L型對接時，采用單邊V形焊縫；當耳板等零件與鋼板拼接為T型對接時，采用雙面角焊縫即可。焊接過程中應及時檢查焊接飽滿度、外觀質量、夾渣、孔洞、裂縫、熔融情況等，確保符合焊接質量要求，同時請第三方有資質的單位進行檢測并出具檢測合格報告。

5.4.3 現場吊裝

1）現場安裝前對鋼構班組進行培訓和安全技術交底。由于鋼柱帽規格不一，應按圖紙的使用部位進行控制，核對軸線、標高等[8]。

2）采用塔吊吊裝鋼柱帽時，按照預定位置將鋼柱帽吊裝至結構柱上方，安裝過程中緩慢放下，通過鋼柱帽底安裝耳板和結構柱埋件采用同厚度的鋼板進行臨時固定。

為確保鋼柱帽垂直度符合要求，需配合工人輔助調整，采用扳手固定耳板上的螺絲。

3）待鋼柱帽臨時定位牢固后，開始鋼梁與鋼柱帽安裝。通過M22的高強螺栓將鋼梁連接至耳板；鋼梁端部與柱帽連接位置采用V形單邊焊接，確保飽滿度合格。

4）吊裝作業應編制《C.0.34結構吊裝記錄表》并記錄歸檔，確保軸線、標高等合格正確。

圖11 鋼柱帽與鋼梁連接示意

5.4.4 鋼柱帽澆筑

首先，澆筑前檢查柱帽內的預留柱鋼筋倒伏碰撞的情況，并安排人員進行調整垂直。

其次，在鋼柱帽底與混凝土柱交接處需采用模板掛模封堵，間隙處施打泡沫劑。

最后，通過柱帽頂部鋼板預留孔φ300mm采用斗車裝運混凝土澆筑。值得一提的是，混凝土澆筑在鋼柱帽或鋼梁安裝后均可進行，且其澆筑養護原則上不占用關鍵工期。

圖12 掛模密封（左）、澆筑養護（右）

6 結束語

本工程采用新型的屋頂組合結構鋼柱帽裝置，吊裝簡單，施工便捷效率，且現場安全反饋良好。同時，在屋頂混凝土結構養護期間，便已完成鋼柱帽的吊運工作，并按編號分區堆放在屋頂結構相應位置，故相比于傳統內插型鋼方式，高效便捷，有利于節約工期和成本造價。同時，通過廠內預制加工的生產方式促進綠色施工的延續，符合可持續性發展的理念。