钢筋混凝土柱上接型钢柱施工技术研究

钢筋混凝土柱上接型钢柱施工技术研究

徐东明1蔡小宝1叶澄2

1浙江中普建工有限公司；2傲浒建设集团有限公司

摘要：钢筋混凝土柱上接型钢柱施工技术通过在处理后的原钢筋混凝土柱顶安装分离式禁锢钢护筒，并采用锚固螺栓使加建型钢柱、钢护筒及原钢筋混凝土柱三者连接固定，同时在钢护筒与型钢之间焊接斜肋板，由此，不仅可以避免原混凝土柱顶在加建施工中遭到二次破坏，保证了建筑物主体结构的安全和质量，还大大加强了原混凝土柱与型钢柱节点处连接强度，且分离式禁锢钢护筒施工速度快、安装难度小。

关键词：钢筋混凝土柱；型钢柱；施工技术

1前言

随着我国经济不断发展，部分大中城市楼房用地资源紧张的现象不断出现。据统计，在全国已建成的各类房屋建筑中，有1/4~1/3的房屋具备增层改造条件，因此，采用新建和旧房增层改造相结合的方式是解决住房用地资源紧张问题的有效手段，同时还可以优化已有住房的利用率。当加建层采用钢结构时，原楼房变为钢结构和混凝土组合的结构形式，这样既采纳了钢材自重轻、强度高、韧性好的特有属性，又吸收了混凝土承载性能好，抗压性能强的优点，实现了提高极限承载力、降低自重的双重设计要求。但由于原结构中混凝土柱存在配筋量大、钢筋排数多、钢筋间距较小，加之结构体系抗震等级高，且连接部位空间较小等诸多结构特点，如何实现加层改建工程中将已有钢筋混凝土柱与加建型钢柱进行快速、有效、合理的连接，已成为此类工程施工的难点。传统施工工艺中，将原钢筋混凝土柱柱顶主筋通过塞焊连接于型钢柱柱底的锚固钢板，钢筋自动成为锚板的锚筋，但此种连接方式连接强度低，组合结构节点抗剪能力不足。针对上述情况开发钢筋混凝土柱上接型钢柱施工技术，有效的解决了上述难题。

2工艺原理

本技术在原柱顶设置分离式禁锢钢护筒，护筒上设2~3道环形禁锢环，通过在原柱顶植入了锚固螺栓，将型钢柱底板、钢护筒顶板与钢筋混凝土柱芯三者锚固为一体，并在钢护筒顶部与型钢柱腹板对称设置2~4块钢肋板[1]。钢筋混凝土柱上接型钢柱结构原理如图1所示。

施工时，在原需加建或改建的建筑顶层拆除后，对钢筋混凝土柱顶部进行处理、磨平，一方面对柱顶因受拆除影响产生的裂缝进行修补，另一方面为钢护筒的安装提供条件。钢护筒安装后采用禁锢环紧固，可加大钢护筒与原钢筋混凝土柱的摩阻力，增强上层结构的稳定性。

型钢柱与原钢筋混凝土柱主要通过锚固螺栓及焊接连接，锚固螺栓安装后，对型钢底板与钢护筒顶板进行焊接连接，提供可靠连接的同时增强连接结构的抗剪性能；钢肋板的设置即可加强型钢柱、型钢柱底板、钢护筒顶板之间的连接强度，又可传递一部分型钢柱承受的荷载，使钢筋混凝土柱顶均匀受力。

图1钢筋混凝土柱上接型钢柱施工结构原理示意图

3施工工艺流程

钢筋混凝土柱上接型钢柱施工工艺流程如图2所示：

图2钢筋混凝土柱上接型钢柱施工工艺流程图

4操作要点

4.1原建筑结构顶层拆除

建筑顶层采用手动工具进行人工拆除，楼板锤击粉碎后应暂时保留其钢筋网，待切割放梁前割除。建筑垃圾通道可在顶层楼板上凿洞设置，洞口临边采取围挡封堵措施。建筑顶层保留的承重梁、柱，应在其所承载的全部构件拆除后[2]，进行全面检查勘验，现场施工操作如图3所示。

图3建筑结构顶层拆除现场施工图

4.3钢筋混凝土柱顶部处理

1.在结构顶层拆除后，对切割后需加建施工的钢筋混凝土柱顶进行处理，施工内容包括残留钢筋切割及柱顶混凝土打磨。

2.施工操作时，机器起动装置应设在操作人员方便处，机器工作中不允许检修、加油、更换部件[3]。

3.混凝土打磨处理采用混凝土磨平机。根据原混凝土柱的直径选择相应的夹具，使用前先开启进水咀阀门通水，手扶磨平机主体进行消磨，反复数次，直至混凝土柱顶面符合设计要求。

4.钢筋混凝土柱打磨完成后，对柱顶及柱身进行质量检验，若存在裂缝，应采取机械喷浆的方式修补。

4.4安装分离式钢护筒

1.钢护筒为对半分离式结构，根据原钢筋混凝土柱尺寸进行预制。初步固定后，对钢护筒两侧接缝进行焊接，并用禁锢环进一步加固，禁锢环采用高强螺栓连接，单个钢护筒应设置不少于3组禁锢环[4]。

2.分离式钢护筒安装完成后，对原混凝土柱顶面进行二次检验，合格后焊接钢护筒顶钢板。

4.5吊装型钢柱

1.型钢柱起吊前先加工、焊接底端钢板，然后进行强度和稳定性验算，再明确起吊点，以防因受力不均而引起构件变形，从而影响拼装。

2.钢柱起吊后，当柱脚距钢筋混凝土柱顶30~40cm时，安装人员进行手工调整型钢柱方向，使型钢柱底钢板的螺栓孔对钢护筒顶板的螺栓孔，缓缓落钩就位。现场施工如图4所示。

图4型钢柱吊装现场施工图

4.6安装锚固螺栓

1.根据施工设计图纸，通过在型钢柱底板预留的螺栓孔安装多组膨胀螺栓，用以固定型钢柱，增强结构的连接强度及抗剪性能。

2.所使用的膨胀螺栓应附有出厂质量保证书，并严格按照设计规格使用，使用前，膨胀螺栓表面应光滑平整、无油污，表面处理及除锈等级应符合相关规范要求。

3.膨胀螺栓打设固定后，在保证型钢柱的侧向及竖向稳定性后方可脱钩，脱钩时型钢柱下面严禁站人，防止脱钩时吊环落下伤人[5]。

4.7焊接上下连接钢板

型钢柱底板与钢护筒顶板采取满焊连接。端板必须连续焊完，遇雨天时应停焊，或在连接结构周围及上方加遮挡。

4.8焊接钢肋板

1.钢肋板使用前应根据相关规范进行质量检验，各断面不能出现撕裂现象。

2.焊接前，应对焊接位置进行校验并标记，同时清除型钢柱、型钢柱底板及钢护筒顶板焊接面存在的锈斑、油污、氧化皮等，并对焊接接触面进行预热。

3.焊接时，严格控制钢肋板的垂直度，并与所有接触面满焊连接。

1.选择适宜的钢构件加工场地，绘制各施工环节轮廓，对可能影响施工操作及施工安全的物品进行彻底清理并制定、实施可靠的安全防护措施。

2.编制详细的施工方案和施工进度计划。

3.施工材料运送到现场后应摆放整齐，各种钢结构零部件按规格、类别分别存放，且应存放在干燥、通风的库房，不允许露天存放。

4.根据钢结构形式、重量及现场实际情况，选择起重机械，且满足下列条件：所有起重机械额定起重量之和，必须大于被吊装的单件最大的钢构件重量。

5效益分析

5.1经济效益分析

采用钢筋混凝土柱上接型钢柱技术施工时，基本为机械操作，与传统现浇混凝土预埋地脚螺栓的连接方式相比，具备了施工速度快、安装简便等施工特点，虽然增加了钢护筒的购置费用，但大大缩短了对于混凝土柱的处理时间，缩短施工工期，从而降低工程总造价；且技术所采用的钢构件构造简单，均可快速预制生产，总体综合对比，本施工方法成本有所下降，经济效益明显。

5.2技术效益

本技术在原钢筋混凝土柱顶安装钢护筒，既能避免钢筋混凝土柱在加建施工中遭到二次破坏，又加强了原钢筋混凝土柱的强度，且分离式禁锢钢护筒安装操作简单，施工速度快；同时采用多组锚固螺栓与焊接组合连接加建的型钢柱，使得型钢柱与原钢筋混凝土柱连接强度更高，抗剪性能更强；并在型钢柱底端焊接钢肋板，可将型钢柱承受的荷载更均匀的传递到原钢筋混凝土柱，进一步加强型钢柱自身的稳定性。

5.3社会效益

采用钢筋混凝土柱上接型钢柱施工技术加建或改建楼层时，所采用的施工材料均为常规材料，取材方便，无污染，其核心材料均为钢材，具有很好的可回收性，且施工操作规范、简单、成熟，消除操作工人的安全隐患。采用本技术施工，保证加建层稳定性的同时，施工效率高，施工时安全可靠，该技术推进了高层建筑钢混组合结构施工技术的进步，具有良好的社会效益。

6结论

钢筋混凝土柱上接型钢柱施工技术，适用于工业与民用建筑楼层的加建及改建工程，特别适用于原钢筋混凝土结构楼层加建型钢柱工程。经过实际工程应用得到如下结论：

1.在原钢筋混凝土柱顶安装分离式禁锢钢护筒，有效避免原钢筋混凝土柱顶在加建施工中遭到二次破坏，保证了建筑物主体结构的安全和质量，同时加强了原钢筋混凝土柱的强度，且分离式禁锢钢护筒安装操作简单，施工速度快。

2.分离式禁锢钢护筒外围设置环形禁锢环，加强了分离式禁锢钢护筒与原钢筋混凝土柱的摩阻力，进一步提高了原钢筋混凝土柱的承载力及与上部结构的连接强度。

3.采用多组锚固螺栓连接加建型钢柱、钢护筒及原钢筋混凝土柱三者，使得型钢柱与原钢筋混凝土柱连接强度更高，抗剪性能更强。

4.型钢柱底端焊接钢肋板，一方面可加强型钢柱自身的稳定性，另一方面可将型钢柱承受的荷载更均匀的传递到原钢筋混凝土柱。

参考文献：

[1]金星，岳翠兰，葛海东.型钢混凝土柱与框架梁钢筋复杂节点施工技术[J].建筑技术，2008，39（9）：667-670.

[2]曹清涛.型钢混凝土柱与框架梁钢筋复杂节点施工技术[J].科学与财富，2014（2）：277-277.

[3]陈卓.型钢混凝土柱与框架梁钢筋复杂节点施工技术[J].门窗，2014（4）：201-201.

[4]游冬.型钢混凝土柱与框架梁钢筋复杂节点施工技术[J].科学技术创新，2014（24）：181-181.

[5]李智斌，赵杰，张涛.钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱连接关键技术研发[J].施工技术，2014，43（3）：1-3.