基于大跨度門式剛架的外露式鋼柱柱腳施工技術(shù)★

李振興，吳金池，徐 亮

(湖北工建集團(tuán)第三建筑工程有限公司,湖北 武漢 430000)

0 引言

鋼柱柱腳是鋼結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點(diǎn),其作用是將鋼柱下端軸力、剪力、彎矩傳遞給基礎(chǔ),使鋼柱與基礎(chǔ)有效地連接在一起,確保上部結(jié)構(gòu)承受各種外力作用[1-4]。鋼柱柱腳類型按柱腳位置分外露式、外包式、埋入式和插入式[5-8]。輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋和重工業(yè)廠房中通常采用外露式鋼柱柱腳,抗震設(shè)防烈度為6度、7度且高度不超過50 m的多層和高層鋼框架也可采用外露式鋼柱柱腳[9]。

外露式鋼柱柱腳施工時(shí)一般采用地腳螺栓將鋼柱與基礎(chǔ)進(jìn)行連接固定,地腳螺栓通常預(yù)埋于基礎(chǔ)內(nèi)。目前,安裝地腳螺栓時(shí)一般是基礎(chǔ)混凝土澆筑前在其上方采用定位鋼板、經(jīng)緯儀、鋼卷尺、水準(zhǔn)儀等逐個(gè)調(diào)整懸空地腳螺栓的水平定位及豎向標(biāo)高,同時(shí)采用短鋼筋將調(diào)整好的懸空地腳螺栓與基礎(chǔ)鋼筋籠進(jìn)行臨時(shí)固定,待基礎(chǔ)混凝土初凝前再次采用經(jīng)緯儀、鋼卷尺、水準(zhǔn)儀等逐個(gè)復(fù)核經(jīng)短鋼筋臨時(shí)固定的懸空地腳螺栓的水平定位及豎向標(biāo)高[10-15]。

現(xiàn)有外露式鋼柱柱腳在安裝地腳螺栓時(shí)使用設(shè)備多、步驟復(fù)雜,而且定位不準(zhǔn)確,這是因?yàn)?1)由于地腳螺栓在基礎(chǔ)混凝土澆筑前處于懸空布置,容易晃動(dòng),導(dǎo)致地腳螺栓的水平定位及豎向標(biāo)高調(diào)整比較困難,且采用短鋼筋進(jìn)行臨時(shí)固定時(shí)容易使地腳螺栓發(fā)生偏移,另外在基礎(chǔ)混凝土澆筑時(shí)因振動(dòng)棒振動(dòng),容易使地腳螺栓發(fā)生水平及豎向移位,進(jìn)而導(dǎo)致地腳螺栓定位不準(zhǔn)確;2)地腳螺栓在基礎(chǔ)內(nèi)的錨固長度一般不宜小于25d(d為地腳螺栓直徑),且地腳螺栓懸空布置,當(dāng)?shù)啬_螺栓垂直度稍有偏差,就會(huì)導(dǎo)致地腳螺栓的水平偏差過大。

為解決上述問題,以東風(fēng)本田聯(lián)合廠房項(xiàng)目的門式剛架為例,介紹外露式鋼柱柱腳通過增加一套用于對地腳螺栓進(jìn)行定位的定位機(jī)構(gòu),可以達(dá)到地腳螺栓安裝方便、定位準(zhǔn)確的目的,為外露式鋼柱柱腳的施工提供了一些施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

東風(fēng)本田汽車有限公司生產(chǎn)能力擴(kuò)建項(xiàng)目位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)72MD地塊,該項(xiàng)目總裝、調(diào)整檢測、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配聯(lián)合廠房主體1層—2層為鋼結(jié)構(gòu)廠房,總建筑面積約109 323 m2。該項(xiàng)目包括總裝車間、調(diào)整檢測車間、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間、生產(chǎn)準(zhǔn)備車間等多個(gè)大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房,項(xiàng)目鳥瞰圖見圖1。其中生產(chǎn)準(zhǔn)備車間為單層兩跨的大跨度門式剛架,建筑面積約10 100 m2,平面軸網(wǎng)尺寸為54 m×136 m,跨度依次為30 m和24 m,高度為7.5 m,柱距為6 m,鋼柱柱腳采用外露式,生產(chǎn)準(zhǔn)備車間橫斷面見圖2。外露式鋼柱柱腳包括鋼柱(1)、柱腳底板(2)、地腳螺栓(3)、抗剪鍵(4)、定位機(jī)構(gòu)(5)、灌漿料(6)、混凝土基礎(chǔ)(7),其中地腳螺栓包括螺栓本體、底部固定螺母、頂部固定螺母、調(diào)節(jié)螺母、墊板,定位機(jī)構(gòu)包括橫向定位板(51)、縱向定位板(52)、斜撐板(53)、連接件(54)、立柱(55)、通孔(56),外露式鋼柱柱腳典型詳圖、地腳螺栓詳圖、定位機(jī)構(gòu)立面圖、定位機(jī)構(gòu)平面圖見圖3—圖6。

2 新技術(shù)的特點(diǎn)

本項(xiàng)目施工面積大、工期緊、鋼柱柱腳地腳螺栓安裝定位難度大。針對現(xiàn)有技術(shù)中地腳螺栓定位不準(zhǔn)確的問題,本項(xiàng)目提出了一種外露式鋼柱柱腳的新技術(shù),包括柱腳底板、地腳螺栓、抗剪鍵、定位機(jī)構(gòu)、灌漿料、混凝土基礎(chǔ),他們各自的特點(diǎn)詳見以下介紹。

2.1 柱腳底板

柱腳底板固定安裝于鋼柱的底部,柱腳底板上設(shè)有若干個(gè)與地腳螺栓數(shù)量和位置相對應(yīng)的安裝孔,柱腳底板在混凝土澆筑后通過安裝孔安裝在地腳螺栓上,頂部固定螺母固定連接于螺栓本體伸出柱腳底板外的頂部,并與底部固定螺母一起將鋼柱、柱腳底板、地腳螺栓、定位機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)鋼筋籠固定連接成一體。柱腳底板的厚度根據(jù)柱腳荷載的大小計(jì)算確定,但不小于20 mm,柱腳底板上安裝孔的孔徑視地腳螺栓的型號而定,本技術(shù)經(jīng)優(yōu)化計(jì)算得到如表1所示的柱腳底板安裝孔孔徑優(yōu)化表。

2.2 地腳螺栓

地腳螺栓包括螺栓本體、底部固定螺母和頂部固定螺母(頂部固定螺母通常采用雙螺母)、調(diào)節(jié)螺母、墊板。螺栓本體的兩端設(shè)有與底部固定螺母和頂部固定螺母相配置的螺紋,若干個(gè)地腳螺栓從對應(yīng)的通孔穿過定位井架,一對底部固定螺母螺紋連接于螺栓本體的底部且分別位于定位井架的上方和下方,并將螺栓本體與定位井架連接成一體。調(diào)節(jié)螺母螺紋連接于螺栓本體的頂部且位于柱腳底板下方,通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母就可以控制柱腳底板的水平定位及豎向標(biāo)高,操作簡單方便,而且調(diào)節(jié)螺母可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)精度好。墊板分別設(shè)置于調(diào)節(jié)螺母與柱腳底板之間、頂部固定螺母與柱腳底板之間,墊板的規(guī)格與地腳螺栓的規(guī)格有關(guān),墊板的寬度為3d(d為地腳螺栓直徑),墊板的厚度為20 mm(d≤48 mm)或30 mm(d>48 mm),墊板開螺栓孔的孔徑為d+2 mm。地腳螺栓在基礎(chǔ)內(nèi)的錨固深度視其材質(zhì)而定,本技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得到,當(dāng)?shù)啬_螺栓的材質(zhì)為Q235時(shí),地腳螺栓的預(yù)埋深度為12d;當(dāng)?shù)啬_螺栓的材質(zhì)為Q345時(shí),地腳螺栓的預(yù)埋深度為17d。

表1 柱腳底板安裝孔孔徑優(yōu)化表

2.3 抗剪鍵

基礎(chǔ)混凝土內(nèi)設(shè)有抗剪槽,將抗剪鍵焊接在柱腳底板的下方,安裝鋼柱時(shí),使抗剪鍵位于抗剪槽內(nèi),抗剪鍵的高度可根據(jù)柱腳剪力的大小確定,但不小于150 mm。

2.4 定位機(jī)構(gòu)

定位機(jī)構(gòu)包括上下間隔一定距離水平設(shè)置的兩個(gè)水平框架以及將兩個(gè)水平框架固定連接成一體的若干個(gè)立柱,通孔開設(shè)于每個(gè)水平框架上,連接件固定安裝于每個(gè)水平框架的外周。水平框架包括橫向定位板、縱向定位板和斜撐板,2個(gè)橫向定位板和2個(gè)縱向定位板呈井字狀固定連接在一起,斜撐板傾斜設(shè)置于兩個(gè)橫向定位板之間,通孔開設(shè)于橫向定位板與縱向定位板的相交處,通孔的孔徑為d+2 mm,連接件安裝于橫向定位板的兩端。橫向定位板、縱向定位板、斜撐板、立柱和連接件均采用角鋼制作。橫向定位板的兩端搭設(shè)在連接件水平設(shè)置的角板上,橫向定位板的安裝位置可以在角板寬度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。定位機(jī)構(gòu)各部件的選型視地腳螺栓的型號而定,本技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得出如表2所示的定位機(jī)構(gòu)優(yōu)化選型表。

表2 定位機(jī)構(gòu)優(yōu)化選型表

2.5 灌漿料

灌漿料為高強(qiáng)無收縮灌漿料,其強(qiáng)度等級不小于混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度等級的2倍,且其厚度不小于50 mm。

2.6 混凝土基礎(chǔ)

混凝土基礎(chǔ)包括基坑、預(yù)埋于基坑內(nèi)的基礎(chǔ)鋼筋籠和澆筑于基坑內(nèi)的混凝土。混凝土基礎(chǔ)的外形尺寸每邊應(yīng)超過柱腳底板200 mm以上。

3 新技術(shù)的工藝流程

開挖基坑、綁扎鋼筋→安裝連接件→安裝橫向定位板→安裝縱向定位板→安裝立柱→安裝斜撐板→安裝地腳螺栓→澆筑基礎(chǔ)混凝土→鋼柱安裝就位→灌注灌漿料。

4 新技術(shù)的操作要點(diǎn)

4.1 開挖基坑、綁扎鋼筋

根據(jù)圖紙要求放線后開挖基坑,澆筑基礎(chǔ)墊層后在基礎(chǔ)墊層上鋪設(shè)并綁扎基礎(chǔ)底板鋼筋、豎向縱筋及箍筋使其形成基礎(chǔ)鋼筋籠。

4.2 安裝連接件

在地腳螺栓的預(yù)埋深度范圍內(nèi)將由角鋼制作的連接件水平安裝在基坑內(nèi)相對兩側(cè)的基礎(chǔ)鋼筋籠上,每側(cè)基礎(chǔ)鋼筋籠上各安裝2個(gè)連接件,每個(gè)連接件的一肢豎直安裝在基礎(chǔ)鋼筋籠上,其另一肢朝內(nèi)水平設(shè)置,位于上方的兩個(gè)連接件的另一肢等高設(shè)置,位于下方的兩個(gè)連接件的另一肢等高設(shè)置,連接件與基礎(chǔ)鋼筋籠之間通過焊接進(jìn)行牢固連接。

4.3 安裝橫向定位板

將由角鋼制作的橫向定位板放置于連接件的另一肢上,每個(gè)橫向定位板上設(shè)有2個(gè)通孔,位于上方的兩個(gè)連接件上放置2個(gè)橫向定位板,位于下方的兩個(gè)連接件上放置2個(gè)橫向定位板,將所有通孔位置調(diào)節(jié)至與對應(yīng)的地腳螺栓的預(yù)埋位置一致,然后將橫向定位板與連接件通過焊接進(jìn)行牢固連接。

4.4 安裝縱向定位板

準(zhǔn)備4個(gè)由角鋼制作的縱向定位板,每個(gè)縱向定位板上設(shè)有2個(gè)通孔,將2個(gè)縱向定位板呈井字狀固定安裝在位于上方的橫向定位板上,將2個(gè)縱向定位板呈井字狀固定安裝在位于下方的橫向定位板上,并使所有通孔位置調(diào)節(jié)至與對應(yīng)的地腳螺栓的預(yù)埋位置一致,縱向定位板與橫向定位板之間通過焊接進(jìn)行牢固連接。

4.5 安裝立柱

將由角鋼制作的4個(gè)立柱分別豎直在橫向定位板與縱向定位板相交形成的4個(gè)交叉處,每個(gè)立柱的一肢與上下兩個(gè)橫向定位板通過焊接進(jìn)行牢固連接固定連接,其另一肢與上下兩個(gè)縱向定位板通過焊接進(jìn)行牢固連接。

4.6 安裝斜撐板

準(zhǔn)備由角鋼制作的2個(gè)斜撐板,其中一個(gè)斜撐板傾斜設(shè)置于上方兩個(gè)橫向定位板之間,另一個(gè)斜撐板傾斜設(shè)置于下方兩個(gè)橫向定位板之間,斜撐板與橫向定位板之間采用焊接進(jìn)行牢固連接,此時(shí)即完成定位機(jī)構(gòu)的安裝。

4.7 安裝地腳螺栓

將4個(gè)地腳螺栓從對應(yīng)的通孔穿過定位機(jī)構(gòu),并通過一對底部固定螺母將螺栓本體與定位機(jī)構(gòu)連接成一體。

4.8 澆筑基礎(chǔ)混凝土

安裝基礎(chǔ)模板并在基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)留抗剪槽,按規(guī)范要求澆筑基礎(chǔ)混凝土,在混凝土澆筑完成后及時(shí)覆蓋薄膜對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.9 鋼柱安裝就位

在鋼結(jié)構(gòu)加工車間依次將抗剪鍵焊接在柱腳底板的下方、柱腳底板焊接在鋼柱的底部,在螺栓本體上依次安裝調(diào)節(jié)螺母、墊板,采用吊車將鋼柱(含柱腳底板、抗剪鍵)吊裝至對應(yīng)位置,同時(shí)將地腳螺栓穿過柱腳底板的螺栓孔后,依次調(diào)整調(diào)節(jié)螺母來控制柱腳底板的水平定位及豎向標(biāo)高,待調(diào)整好后在地腳螺栓上依次安裝墊板、頂部固定螺母,此時(shí)鋼柱(含柱腳底板、抗剪鍵)即安裝就位。

4.10 灌注灌漿料

配制高強(qiáng)無收縮灌漿料,對柱腳底板、抗剪鍵與混凝土基礎(chǔ)之間的縫隙采用高強(qiáng)無收縮灌漿料填充密實(shí)。

5 結(jié)語

本技術(shù)提供了一種外露式鋼柱柱腳及其施工方法,通過增加一套定位機(jī)構(gòu),該定位機(jī)構(gòu)通過連接件與基坑鋼筋籠固定連接成一體,形成可靠的穩(wěn)定的支撐體系,能達(dá)到地腳螺栓安裝方便、定位準(zhǔn)確的目的。

首先,本技術(shù)調(diào)節(jié)好定位機(jī)構(gòu)安裝高度并使所有通孔與地腳螺栓的預(yù)埋位置一一對應(yīng),安裝地腳螺栓時(shí)只需將地腳螺栓從對應(yīng)的通孔穿過定位機(jī)構(gòu)再通過一對底部固定螺母固定于定位機(jī)構(gòu)上即可,安裝簡單可靠,還可避免現(xiàn)有技術(shù)中因地腳螺栓懸空布置容易晃動(dòng)導(dǎo)致地腳螺栓的水平定位及豎向標(biāo)高調(diào)整困難的問題,保證地腳螺栓的定位準(zhǔn)確性。

其次,相比于現(xiàn)有技術(shù)采用短鋼筋進(jìn)行臨時(shí)固定易使地腳螺栓發(fā)生偏移,本技術(shù)的地腳螺栓通過定位機(jī)構(gòu)與基礎(chǔ)鋼筋籠形成一體的穩(wěn)固連接體系,使得地腳螺栓不易發(fā)生偏移,進(jìn)一步保證地腳螺栓的定位準(zhǔn)確性。

再次,本技術(shù)通過設(shè)置定位機(jī)構(gòu)將地腳螺栓與基礎(chǔ)鋼筋籠形成一體的穩(wěn)固連接體系,在基礎(chǔ)混凝土的澆筑過程中可以避免因振動(dòng)棒振動(dòng)引起地腳螺栓發(fā)生水平及豎向移位的問題,進(jìn)一步保證地腳螺栓的定位準(zhǔn)確性。

最后,本技術(shù)通過設(shè)置定位機(jī)構(gòu)將地腳螺栓與基礎(chǔ)鋼筋籠形成一體的穩(wěn)固連接體系,大大提高了地腳螺栓的抗拔能力,因此在滿足地腳螺栓設(shè)計(jì)抗拔力的條件下,本技術(shù)可以減小地腳螺栓的錨固深度至少8d,地腳螺栓在基礎(chǔ)內(nèi)的錨固深度大大減少,可以降低因地腳螺栓垂直度稍有偏差導(dǎo)致地腳螺栓的水平偏差過大的情況發(fā)生,進(jìn)一步保證地腳螺栓的定位準(zhǔn)確性。