V 型劲性钢结构柱在大型公共建筑中的应用

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V 型劲性钢结构柱在大型公共建筑中的应用

王兴安

中咨工程管理咨询有限公司西安分公司 陕西西安 710000

摘要:V型劲性钢结构柱既可提高结构的强度,也可呈现特殊建筑外观,可将其用于大型公共建筑工程中。基于此,文章以西安奥体中心主体育场工程为例,论述V型劲性钢结构柱特点,结合建筑施工工序与注意事项,总结如何在大型公共建筑中应用V型劲性钢结构柱,发挥其作用。

关键词:劲性钢结构大型公共建筑;混凝土

前言:基于大型公共建筑的公共活动特征,在大型公共建筑施工中,不仅要考虑公共建筑的稳定性,还需凸显建筑特色,提高建筑的美观性。为满足该要求,大型公共建筑通常选择劲性钢结构,将钢筋混凝土与钢材混合,利用钢材的力学性能,提高结构稳定性,利用劲性钢结构的多样性,提高结构美观性。

  1. 工程概况

本文以西安奥体中心主体育场为例,分析V型劲性钢结构柱的应用。该大型公共建筑地上五层,总建筑面积约156499㎡,为钢筋混凝土框架剪力墙结构+空间钢桁架结构屋面结构。主体育场钢结构分上下两个部分,上部钢结构罩棚外轮廓呈正圆形,采用空间异形钢管桁架结构,下部钢结构未28组V型柱及28组中环钢支撑柱与钢罩棚焊接连接并与下方覆盖的看台观众席连接。其中V形柱采用十字劲性结构,截面形式:十800×1400×40×40,十400×1100×40×40材质采用Q345B。在大型公共建筑施工中,V型劲性钢结构柱属于新型结构,斜柱相互交叉形成“V”型,加强节点与周边梁柱端部的连接,可提高劲性钢结构柱的强度与刚度,避免建筑施工或使用中钢结构柱出现二阶弯矩,保障大型公共建筑的稳定性[1]。同时,V型劲性钢结构柱便于大型公共建筑的构件集合,可呈现有规律的建筑视觉效果,提高大型公共建筑的美观性[2]

  1. V型劲性钢结构柱在大型公共建筑中的应用

2.1优化设计重要节点

在该大型公共建筑工程施工前,施工单位结合钢筋混凝土框架剪力墙结构+空间钢桁架结构屋面的特殊结构设计要求,构建BIM模型,优化设计V型劲性钢结构柱的重要节点,降低施工难度,也为实际施工提供指导,缩短工期。细化来说,施工单位选择Sketchup、X-teel软件构建三维模型,利用模型模拟施工,评估设计方案的缺陷,进行重要节点的优化,具体设计内容如下:

  1. 对拉螺栓孔,设计人员根据工程要求(结构柱第一道对拉螺栓与地面的距离为200mm,相邻螺栓的距离为900mm),明确对拉螺栓在V型劲性钢结构柱的位置,直接在型钢柱腹板上预留圆孔,便于标准化施工。

  2. 主筋与箍筋。在该大型公共建筑中,V型劲性钢结构柱和传统规格的1000mm×1000mm混凝土结构相比,钢筋分布更为密集。就此,设计人员根据钢支撑牛腿的位置,明确劲性钢结构柱的主筋位置,应用复合箍筋与拉钩箍筋,优化主筋与箍筋的分布,使V型劲性钢结构柱能够按照自上而下顺序施工。

2.2钢结构的加工拼装

根据优化设计的内容,事先进行V型劲性钢结构的加工,选择三维数控加工工艺,利用自动生产线完成加工。将分段加工的V型劲性钢结构进行预拼装,将底柱为基础,每两节柱作为一个单元,按照从下至上顺序拼装,并准确定位V型劲性钢结构柱的各个构件与零件,为其编号,将预拼装的结构与构件、零件运输至施工现场后,根据编号就位,确保构件尺寸与公差符合工程要求,保障V型劲性钢结构柱的质量。

2.3劲性钢结构柱的吊装

在该大型公共建筑中,结合V型劲性钢结构柱与大跨度钢桁架的特点,施工单位选择吊装工艺,具体流程如下:

  1. 测量放线。在钢结构吊装前,已完成土建施工,施工单位根据施工图纸,在施工现场进行测量放线,明确定位依据点与建筑物测量验线,测放钢结构柱的轴线和埋件的十字交叉线,以及对应的标高控制点[3]

  2. 钢桁架吊装。根据钢结构特点,在每榀桁架中选择3个吊点,应用1600kN规格的汽车吊进行吊装施工,将钢桁架垂直吊起,在移动至就位点上方200mm的位置时,停止运动,由施工人员协助,将钢桁架对准螺栓孔、十字线;再控制钢桁架缓慢下降,在钢桁架柱脚接触土建基础后,停止运动,检查轴线和中心线的对准状况,核查钢垫板的数量,要求钢桁架安装误差低于3mm;确认无误后再继续下降,直到钢桁架达到设计标高。

2.4钢筋绑扎施工

在吊装完成后,施工单位进行钢筋绑扎施工,根据施工图纸规范绑扎节点主筋,使其数量与参数符合要求,切实提升大型公共建筑的结构强度。在该大型公共建筑工程中,施工单位在钢骨柱加工时,于柱身腹板处预留孔洞,便于钢筋绑扎。细化来说,在钢筋绑扎施工时,施工人员通过钢骨柱身腹板处预留的孔洞,进行梁钢筋的绑扎,使其与另一跨连接;梁两侧的部分钢筋穿入钢骨柱内,发挥锚固作用;部分钢筋与钢骨柱翼板加强板连接,选择焊接连接方式,焊接工艺为双面搭接焊。

2.5混凝土浇筑施工

在混凝土浇筑施工前,施工单位进行模板安装施工,施工单位结合V型劲性钢结构柱的特点,选择三节式周转栓接模板。该模板包括三段结构,在混凝土浇筑时,仅有浇筑两段,预留一段作为下一层混凝土浇筑的支撑点,拆模时保留一段,无需设置下部支撑,显著提高混凝土浇筑效率。在实际施工中,施工单位根据绑扎后的V型劲性钢结构柱框架特点,安装模板,以螺栓连接相邻的两段模板,并使用双面胶密封连接部位,避免浇筑时出现漏浆问题。基于V型劲性钢结构柱的特点,在混凝土浇筑时面临斜面阻隔砂浆输送、密实钢筋阻碍振捣等问题,影响混凝土结构的密实度,易引起蜂窝、麻面、裂缝等质量通病。针对这类问题,施工单位在该大型公共建筑施工中,选择自密实混凝土,并优化混凝土浇筑流程,保障V型劲性钢结构柱优势的发挥,具体要点如下:

  1. 对于斜度较大的V型劲性钢结构柱,施工单位在应用振捣棒振捣的同时,辅以平板振捣器,在模板外侧进行振捣。对于不便使用平板振捣器的区域,选择人工敲捣措施,强化混凝土振捣效果,保障结构强度与密实度,避免麻面等质量问题的出现。在使用振捣棒振捣时,合理选择下棒点,确保劲性钢结构柱的四角均受到充分振捣,每个振捣点的振捣时间控制在3s内。

  2. 在混凝土浇筑时,选择汽车泵运输自密实混凝土,将V型劲性钢结构柱分为4个部分,分别在4个部分下料,避免某一部分的模板受到过大压力,出现位移。施工单位选择分层浇筑工艺,每次下料的混凝土厚度设置为0.5m,缓慢下料,相邻两次下料的时间约15min。同时,施工单位在浇筑时安排施工人员敲击模板外侧,敲击工具选用橡皮锤,尤其是V型劲性钢结构柱的四角位置,应增加敲击次数,既可排出混凝土内的气泡,也可提高混凝土的密实度。

通过上述施工流程,该大型公共建筑工程按照规定日期要求完工,质量验收均合格,目前已投入使用。基于V型劲性钢结构柱的独特结构形式,大型公共建筑外观表现出网格化特点,吸引众多游客参观,凸显大型公共建筑的功能。总的来说,V型劲性钢结构柱优势显著,可在大型公共建筑中推广应用。施工单位应按照规范流程施工,保障V型劲性钢结构柱优势发挥。

结论:综上所述,在大型公共建筑中,设计人员可利用BIM技术,优化设计V型劲性钢结构柱的重要节点,事先进行钢结构的加工拼装,按照吊装、绑扎、模板施工、混凝土浇筑流程施工,保障大型公共建筑的施工质量,切实发挥V型劲性钢结构柱的作用,推动大型公共建筑施工技术的可持续发展。

参考文献:

[1]张怡,罗惠平,苏振华,等.国家速滑馆项目大型异形劲性结构施工技术[J].施工技术,2020,49(10):1-3+98.

[2]高树栋,武传仁,王中录,等.国家速滑馆复杂劲性钢结构安装技术[J].建筑技术,2019,50(04):461-463.

[3]赵雅,朱冲,余佳亮,等.靖江文化中心复杂劲性结构深化设计技术[J].施工技术,2019,48(02):41-46.

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