空間扭曲混凝土結(jié)構(gòu)柱施工技術(shù)

空間扭曲混凝土結(jié)構(gòu)柱施工技術(shù)摘要:針對藝術(shù)建筑結(jié)構(gòu)中的異形柱在施工過程中產(chǎn)生的一系列結(jié)構(gòu)、模板、支撐及澆筑等技術(shù)難題進(jìn)行研究,最終找出能解決其技術(shù)難題的技術(shù)措施并總結(jié)出一套比較系統(tǒng)的藝術(shù)混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝,收到了理想的效果。1工程概況工程位于上海市徐匯區(qū)龍華街道503街坊,東至龍騰大道、南鄰龍耀路、西鄰云謠路(規(guī)劃)、北鄰龍啟路(規(guī)劃),總建筑面積約93583m2。項目為由相互連接圍合而又相對獨(dú)立的7個體量組成的商業(yè)辦公綜合體,7棟單體地上8～14層,地下3層。主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)。各單體外圍框架柱為斜圓柱(部分圓柱為勁性柱)。每層各框架柱傾斜方向及角度均不相同,工程單體外立面呈現(xiàn)三維空間扭曲立面(圖1)。圖1工程效果圖異形柱的定位結(jié)構(gòu)施工如達(dá)不到圖紙的精確要求,將造成施工質(zhì)量問題并影響后續(xù)幕墻施工的嚴(yán)重后果。因此,其施工技術(shù)一體化技術(shù)的運(yùn)用是結(jié)構(gòu)施工成功的關(guān)鍵。2施工難點(diǎn)及特點(diǎn)2.1建筑造型別致,結(jié)構(gòu)測量定位難度大本工程建筑造型新穎別致,7棟單體外立面均存在一定的內(nèi)、外傾變化,形成B、C樓和E、F樓從下部分離到上部結(jié)合的獨(dú)特現(xiàn)象(圖2)。各單體每根框架異形柱角度均在不同方向變換,導(dǎo)致現(xiàn)場定位較為困難且測量工作量較大。2.2勁性柱內(nèi)鋼筋角度變化多,施工要求高異形柱縱筋直徑為20～28mm,箍筋為φ10mm(12mm)@100mm(200mm)?？紤]到主筋的角度變化,特別是首層變化較大,故采用一定角度的預(yù)彎,而上部變化角度小的則用直筋替代,在綁扎時調(diào)整;箍筋的加工方法應(yīng)確保每根異形柱鋼筋角度符合圖紙要求(圖3)。圖2工程結(jié)構(gòu)模型圖3異形柱模型2.3斜圓柱模板支撐體系復(fù)雜異形柱均為傾斜勁性圓柱,其模板的選擇需考慮施工便利、經(jīng)濟(jì)成本、受力能力等因素,其節(jié)點(diǎn)排架支撐體系的合理優(yōu)化布置是結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.4勁性柱內(nèi)空隙狹小,混凝土成形質(zhì)量要求高異形柱截面直徑為550、600mm,圓柱內(nèi)含H300mm×100mm×35mm×35mm鋼骨?？紤]到柱內(nèi)的大量鋼筋,如何保證等級為C40～C60的柱混凝土澆筑密實是工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)工序。3異形柱施工技術(shù)實施3.1測量定位技術(shù)根據(jù)設(shè)計提供的坐標(biāo)點(diǎn),在各單體首層上沿核心筒外1m左右設(shè)置4個內(nèi)控點(diǎn),用激光垂直儀向上傳遞(模板上預(yù)留放線孔)完成核心筒的定位測量工作。同時在建筑圖上每層4個坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)1m設(shè)置4個外控點(diǎn),對板邊、梁邊、柱邊進(jìn)行有效定位復(fù)核。最后用GPS同步檢驗偏差情況,主體結(jié)構(gòu)施工中軸線偏差控制在5mm以內(nèi)[4-7]。在樓層軸線控制網(wǎng)建立后,考慮到柱為斜圓柱,其在樓板上的切面為橢圓,故需利用BIM模型及CAD圖測出橢圓長邊、短邊長度。根據(jù)圖紙測出每根柱子的傾斜角度、柱梁節(jié)點(diǎn)與柱底中心點(diǎn)的長度、上下樓層軸線間的距離(圖4)。最后在現(xiàn)場實際放出柱底、柱頂?shù)臏y量定位點(diǎn)(圖5)。圖4BIM模型柱定位示意圖5現(xiàn)場柱定位放3.2鋼筋技術(shù)鋼骨加工時,應(yīng)充分考慮到鋼筋綁扎施工的操作面及空隙,并在最大程度上進(jìn)行優(yōu)化。每根柱繪制調(diào)彎柱主筋調(diào)彎控制圖(圖6)。由人工操作液壓彎曲機(jī)在操作平臺上對斜柱的每根主筋進(jìn)行調(diào)彎處理。過程中設(shè)專人指揮,依據(jù)鋼筋調(diào)彎控制點(diǎn)位完成柱主筋的調(diào)彎處理,使主筋逐漸按線就位。再用全站儀對鋼筋調(diào)彎方向及位置進(jìn)行復(fù)核、校正,對偏斜較多的斜柱主筋再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,確保斜柱主筋偏斜方向及彎折角度滿足設(shè)計及驗收規(guī)范要求(圖7)。圖6柱主筋調(diào)彎控制示意圖7柱主筋調(diào)彎控制現(xiàn)場3.3定型模板及支撐體系技術(shù)模板體系采用“定型底座木模+標(biāo)準(zhǔn)節(jié)木質(zhì)圓柱模板+梁柱節(jié)點(diǎn)模板”現(xiàn)拼組合型模板(圖8)。為便于模板安裝,底座和柱身、柱頂模板均按照斜柱圓形截面分成兩瓣組拼的方式進(jìn)行加工與制作。圖8三段模板組合考慮到斜柱形式變化多樣且數(shù)量大,設(shè)計時將模板分成柱頂模板、柱身模板和柱根模板。柱身模板由R=275mm、R=300mm這2種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成(柱頂、柱底模板根據(jù)實際長度調(diào)整)。木質(zhì)圓柱模板以企口連接,并采用厚2.3mm、寬30mm的扁鋼鋼柱箍將模板箍緊(≤300mm)(圖9～圖11)。圖9柱模底縫隙砂漿封圖10現(xiàn)場柱支模圖11現(xiàn)場柱模頂考慮到柱模板為定型圓模板,鋼管與模板接觸面積過小,在圓模板內(nèi)側(cè)邊設(shè)置同柱長的木方并用水平短鋼管固定木方與柱模板。在柱傾斜方向增加2×φ48mm斜撐鋼管,斜撐鋼管與周邊排架水平短鋼管連接,最大程度上起到加固柱模板的作用。在樓板上預(yù)埋鋼管與斜撐固定,保證對主模板的有效拉力(圖12、圖13)。圖12內(nèi)、外傾斜圓柱模板支撐排架支撐模型圖13E、F棟間圓柱模板支撐排架支撐模型根據(jù)樓層排架布置,層高8.4m的排架間距800mm×800mm,內(nèi)外斜柱斜撐為3道(2×φ48mm鋼管),層高5.6、4.2m的排架間距900mm×900mm,內(nèi)外斜柱斜撐為2道(2×φ48mm鋼管)。斜撐傾斜角度為45°～60°。檢查后安裝柱模和柱箍。最后用鋼管在斜柱側(cè)面打斜撐,斜撐固定在整體外架上以保證斜柱側(cè)向穩(wěn)定性(圖14)。圖14現(xiàn)場柱模支撐采用直接分析法軟件NIDA進(jìn)行二階彈性分析。分析中,考慮鋼材自重和勁性圓柱的荷載。勁性圓柱荷載偏安全考慮,全部作用于所設(shè)殼單元處,荷載安全系數(shù)取2.0。經(jīng)計算,支撐系統(tǒng)滿足安全驗算(圖15、圖16)。圖15構(gòu)件截面強(qiáng)度使用情況(柱狀圖)圖16計算整體變形等值線3.4混凝土澆筑技術(shù)斜柱混凝土強(qiáng)度等級為C40～C60,層高最高為8.4m。施工擬采用高拋?zhàn)悦軐嵒炷翝仓?入模坍落度控制在260～270mm,擴(kuò)展度控制在500～550mm,入模溫度不超過35℃。上述措施既有效解決了采用普通混凝土澆筑所需面臨的難題,同時又提高了混凝土澆筑成形后的觀感效果(圖17、圖18)。圖17E、F棟現(xiàn)場外立面圖18梁柱節(jié)點(diǎn)柱子模板拆除后立即包裹養(yǎng)護(hù)氈(1層麻袋片,外罩1層塑料薄膜),包裹高度高出柱頭100m