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地铁车辆段剪力墙约束边缘柱型钢混凝土施工技术

发表时间：2021/6/18 来源：《基层建设》2021年第6期作者：胡林

[导读] 摘要：由于当前我国经济蓬勃发展，需要提升对资源的整合以及科学利用，在城市轨道交通沿线，进行TOD开发，剪力墙约束边缘柱采用型钢混凝土框架结构，解决了由高大空间转换到小空间的问题；相对于传统的结构，型钢混凝土组合结构是一种创新性结构，是在原先结构基础之上发展起来的能够承担高层建筑施加的压力，具有低延性等特质，可以使得横向截面变小，还可以使得脆性破坏得到改变。

        中铁五局集团成都工程有限责任公司四川省成都市 610031
        摘要：由于当前我国经济蓬勃发展，需要提升对资源的整合以及科学利用，在城市轨道交通沿线，进行TOD开发，剪力墙约束边缘柱采用型钢混凝土框架结构，解决了由高大空间转换到小空间的问题；相对于传统的结构，型钢混凝土组合结构是一种创新性结构，是在原先结构基础之上发展起来的能够承担高层建筑施加的压力，具有低延性等特质，可以使得横向截面变小，还可以使得脆性破坏得到改变。有着混凝土结构以及钢结构上的优势，在底层大空间剪力墙结构体系上十分使用。本文研究了西安的一个地地铁车辆段，即地铁6号线侧坡车辆段运用库上盖开发高层建筑剪力墙落地，以剪力墙约束的缘柱型钢混凝土框架结构实际运用，对剪力墙约束的缘柱型钢混凝土框架结构的施工技术以及方法展开了阐述。
        关键词：地铁车辆段、剪力墙约束边缘柱；型钢混凝土；深化设计；施工技术
        1、工程概况
        西安地铁六号线侧坡车辆段，西安市政府推行TOD模式实现轨道交通沿线上，对土地资源的综合性使用，对本车辆段实行上盖开发，运用库盖下一层为车辆段用房，层高10米剪力墙约束边缘柱结构，二层为小汽车库，层高5米，盖上为17~19层高层建筑，剪力墙约束边缘柱增设型钢，使用了型钢混凝土的组合结构，解决盖下建筑功能由高大空间向小空间的转换。
        2、工程施工重难点分析
        2.1重点
        1）剪力墙约束边缘柱型钢混凝土结构中钢筋的安装，钢筋混凝土梁以及型钢柱，在节点位置的钢筋安装质量。
        2）柱脚锚栓位置的定位，型钢柱轴线，高程和垂直度的控制。
        3）剪力墙约束边缘柱型钢混凝土浇筑质量控制。
        4）剪力墙约束边缘柱型钢混凝土异形模板安装质量控制。
        2.2难点
        1）上盖物业预留型钢柱与以及型钢柱留出的中心位置以及型钢截面尺寸没有实现一致，在变截面的角度上，难以实现控制。
        2）由于型钢采用一级焊缝，型钢在加工过程中的质量、焊缝和焊接过程中的质量都有所限定，因此焊缝加工难度较大。
        3）剪力墙约束边缘柱中加入型钢，钢筋安装困难，特别是混凝土梁钢筋与型钢柱节点部位的钢筋安装。
        4）剪力墙约束边缘柱型钢混凝土结构钢筋密集，使得混凝土浇筑的过程很难。
        3、型钢柱深化设计
        3.1深化设计原则
        在进行型钢的进一步设计过程中，要得到主体结构图纸，实现工程规范的标准，同时还要为型钢安装、加工及柱脚筏板上层钢筋、梁柱节点部位钢筋安装给出更多的参考。
        3.2深化设计内容
        1）根据上盖预留插筋图内型钢中心位置确定剪力墙约束边缘柱内十字型钢柱十字交叉点，并绘制型钢变截面位置、角度等细部构造。
        2）结合混凝土梁以及型钢柱在节点上，钢筋本身的具体状况，画出梁穿过型钢柱翼缘或腹板贯通钢筋的穿孔数量、直径、位置等节点大样。
        3.3深化设计方法
        在型钢柱的进一步深化设计中，使用Tekla Structure软件，实现了三维建模过程，尤为关键的工作，在于传统混凝土梁以及型钢混凝土柱的节点。在对模型进行建立的前提下，获得深化设计图纸。
        3.4深化设计过程与施工的衔接
        土建施工以及型钢设计工作的衔接尤为关键，需要关注以下问题。
        1）根据十字型钢的长度，变形截面位置、柱脚标高、筏板及梁主筋标高等进行偏差控制，保证梁钢筋以及筏板钢筋，能够完全顺利在型钢柱翼缘及腹板上的预留孔洞的穿过；另外，在进行深化设计的时候，要将纵、横向梁钢筋穿孔标高作为重点。
        2）梁柱节点部位在深化设计时，梁纵筋采用型钢翼缘、腹板穿孔及绕过型钢等多种方式相结合的方法组织实施，为了使得型钢截面面积的损失降低，在腹板开孔以及型钢翼缘上，其截面损失率保持在低于25%的水平，其余梁纵筋采用梁加腋的方式绕过型钢柱，翼缘开孔后采用钢板补强。
        3）为确保混凝土浇筑质量，型钢内加劲肋只在柱角及梁柱节点部位设置。

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        4、型钢柱安装
        4.1工艺流程
        钢柱测量定位→地脚螺栓埋设→筏板第一次混凝土浇筑→型钢安装与校正→柱脚无收缩混凝土灌缝→筏板上层钢筋安装（穿型钢柱）→筏板模板安装及砼浇筑→剪力墙约束边缘柱型钢组合结构钢筋安装→剪力墙约束边缘型钢组合结构混凝土浇筑（浇筑到梁底）
        4.1测量定位及地脚螺栓埋置
        在筏板底部钢筋安装完成后，借助全站仪，依照图纸，对型钢柱中心十字控制线进行放样定位，在相应的四个位置钉入水泥钉，拉好控制线，安放与钢柱底座相同螺栓孔及尺寸的预埋钢板，根据钢板上预留螺栓孔，优先安装四个角落预埋螺栓，并测出标高控制点，焊接进行固定；完成后，根据预埋钢板上螺栓孔位置进行剩余螺栓安装，施工过程中注意控制预埋螺栓的垂直度。在筏板第一次混凝土浇筑前应对锚栓位置、标高、垂直度进行复核后方可浇筑混凝土。
        4.2型钢柱的安装与较正
        在安装之前，检查构件的焊缝、尺寸以及栓钉焊接质量，确保满足相应标准后并上报监理工程师验收后，组织安装。
        吊装就位：结合钢柱编号，对构件尺寸、规格等位置进行检查，核对准确无误后，采用履带吊，利用十字型钢柱上预留的吊装孔吊装就位。完成就位之后，借助全站仪对标高、轴线等进行检查。
        4.3柱脚灌浆
        完成十字型钢柱的固定工作之后，在柱脚板下的空隙，使用细石混凝土来浇筑。进行施工的时候，对松散混凝土进行清理，在型钢柱一侧，进行浇筑及振捣，至另一侧混凝土比柱脚板板下表面高，才停止；
        4.4筏板上层钢筋安装及二次砼浇筑
        根据设计要求，筏板上层纵横向钢筋均需穿越型钢，为确保筏板钢筋安装质量，需对型钢腹板及翼缘板进行开孔，在进行二次深化设计过程中，事先确定型钢纵横向开孔位置、标高及尺寸，针对翼缘板需在其开孔的位置实现补强；筏板上层受力钢筋设计为U形筋，在型钢位置受穿型钢柱影响，需增设接头，接头采用直螺纹连接。筏板二次混凝土浇筑应加强型钢柱周边振捣，使得型钢柱在其加劲肋的地方，混凝土的浇筑质量得到保证。
        5、剪力墙约束边缘柱型钢混凝土施工
        5.1钢筋安装
        约束边缘柱主筋多为36、40的四级钢，均采用直螺纹连接，因单根重量较大，安装时常使用机械或定滑轮起吊配合安装。箍筋能够对混凝土有很强的约束效果，要确保箍筋实现闭合；剪力墙约束边缘柱箍筋由矩形箍筋、拉筋两部分组成，箍筋直径为HRB40012/14/16的钢筋，硬度较大，可调性较差，且箍筋规格多、尺寸较长，施工应严格控制箍筋加工质量，确保箍筋顺利安装。
        在箍筋安装过程中，先对内侧箍筋进行安装，之后进行外侧箍筋的安装。为加快工程进度便于施工，现场采用U型开口箍筋，安装完成焊接成封闭箍筋。在进行焊接的地方，要避免主筋受到伤害。
        剪力墙约束边缘柱钢筋保护层厚度，使用标准的预制混凝土垫块，绑在柱竖筋外皮上，距离是1000mm。
        5.2模板加固及砼浇筑
        剪力墙约束边缘柱型钢混凝土结构属于异形结构形式，结构形式多样，模板采用预拼劲性骨架大木模板，模板面板采用木胶合板，厚度是15mm，在劲性骨架上，采用钢管槽钢，借助螺丝固定，拼成4~5m长的整体模板；另一种直接用100*50mm方木钉成边框，用钉子将胶合板钉在边框上，形成整张木框大模板，长可达7~9m。在进行模板安装的过程中，使用塔吊或汽车起重机吊装就位，采用拉杆及方钢进行对拉加固。在型钢柱柱身区域，受型钢影响不能设置对拉螺栓，为避开型钢柱，对螺栓间距设计为1.2m，为确保模板安全，增强主龙骨的刚度，主龙骨采用10#双方刚全高加固，间距：400mm~600mm，在拉螺栓选择上，采用强度高的精轧螺纹钢，直径Φ20，垫板采用10mm厚的钢板。
        由于剪力墙约束边缘柱内钢筋十分密集，且受十字型钢柱影响，混凝土流动性严重限制，型钢深化设计时，在满足设计受力及规范的前提下，只在梁柱节点及柱脚设加劲肋，加劲肋中心预留r=200mm孔，便于混凝土浇筑；在进行浇筑时，使用软管作为溜槽，保证混凝土在自由下落高度上，低于2米，避免混凝土离析，在振捣时，对型钢柱两侧对称振捣，确保型钢柱周边混凝土振捣密实，保证工程质量。
        6、梁柱节点部位钢筋安装
        在型钢柱深化过程中、加强与原设计单位、型钢加工厂家的沟通，在梁柱节点型钢柱翼缘板及腹板穿孔，在梁柱节点处，其纵横方向上梁的上部钢筋，根据规范要求应完全贯通，因此型钢柱翼缘及腹板，在纵横方向上的梁钢筋预留孔洞，需要保持错开，间距为12mm。梁柱节点中梁部分主筋直接按照型钢预留孔穿筋安装，剩余部分主筋通过梁两侧加腋绕开型钢，在梁加腋上，采用1：6结构形式，展开施工，对翼缘进行开孔之后，使用钢板实现补强；当纵筋绕开型钢后，梁加腋位置采用增设架立筋的方法进行稳定钢筋骨架。
        在梁柱节点的关键区域，箍筋能够提升型钢混凝土框架本身的抗震水平，所以其十分关键，柱封闭箍筋在梁柱节点位置受梁主筋影响，安装十分困难，因此，采用将柱箍筋加工成U形开口箍，之后经过焊接，形成封闭箍筋，保证梁柱节点关键区域施工质量。
        7、结语
        通过西安地铁六号线侧坡车辆段运用库剪力墙约束边缘柱型钢混凝土结构工程的施工实践证明，剪力墙约束边缘柱型钢混凝土的相关施工工艺，可以使得施工过程简单化，攻克了上述的技术难题，使得施工过程的质量得到保证，施工进度也更加顺利。
        参考文献：
        [1]魏德为，付效铎.异形型钢混凝土结构深化设计与施工.天津建设科技建筑工程.第26卷第5期：17-21；
        [2]岳翠兰，程占甫，金星.型钢混凝土结构施工技术第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文2007 年
        [3]李时宁.实例分析型钢混凝土结构剪力墙施工技术[J].甘肃科技，2015，12：74~75.