首节劲性钢柱常见问题与防治措施

北京某工程劲性钢构件均由底板生根至屋面，由于底板标高种类多，致使劲性钢柱柱底标高多达100种，构件类型包括多种截面形式的劲性钢柱及劲性钢梁。由于劲性结构施工复杂且贯穿整个结构施工过程，直接影响该工程的施工质量及总体进度，为此进行相关研究，且研究成果获得了专利授权。

劲性钢柱是在常规钢筋混凝土柱的竖向钢筋中间增加型钢钢柱，在型钢柱外围焊接焊钉增加钢柱与混凝土的握裹力，组成共同受力的竖向构件。劲性柱钢芯的型钢柱称为劲性钢柱，首次吊装固定在地脚螺栓的第一段钢柱为首节劲性钢柱。

1?首节劲性型钢柱施工常见问题

1.1?柱底标高问题

由于首节劲性钢柱由基础底板开始安装，受到土建结构很多边界条件的影响，柱底标高极易与土建结构标高不一致，造成首节劲性钢柱无法安装，常见首节劲性钢柱柱底标高问题主要分以下两种。

1.1.1　首节劲性钢柱位于地下室外导墙处的柱底标高问题

按地下室外墙防水构造要求，基础底板浇筑时，地下室外墙导墙留置的施工缝须高于底板约500?mm，位于地下室外导墙位置的劲性型钢柱柱底标高须高于底板500?mm。但由于劲性钢柱深化设计时，外墙位置未明确按常规的底板标高设计，导致安装时才发现劲性钢柱柱底标高低于导墙顶面标高而难以安装。

由于地下室外墙位置防水构造要求，需在外导墙顶面居中预埋止水钢板，止水钢板下半部分位于导墙内，上半部分位于地下室外墙内，以满足地下室与底板导墙施工缝的防水封闭要求。但由于劲性型钢柱与止水钢板位置冲突，无法预埋或劲性钢柱无法安装而需切除破坏止水钢板，造成地下室外墙防水失效。

1.1.2　劲性型钢柱位于基础底板高低跨交界处的柱底标高问题

基础底板高低跨高差不大时，土建施工中通常将高低跨同时浇筑混凝土，由于劲性钢柱柱底标高位于基础底板高低跨交界处的低跨标高，导致高低跨同时浇筑时钢柱地脚螺栓无法安装。

1.2?与混凝土钢筋连接的常见问题

劲性钢柱与钢筋必须可靠连接才能协同受力，为此通常采用以下两种连接节点：（1）劲性钢柱预先焊接可焊钢筋连接器，混凝土钢筋与可焊钢筋连接器采用螺纹连接；（2）劲性钢柱预先焊接钢板搭筋板，混凝土梁筋搭接焊接连接。

1.2.1?采用连接器连接的常见问题

劲性钢柱上钢筋连接器的定位需根据土建施工单位提供的钢筋排布图确定，在加工时预先焊接在劲性钢柱上。该连接形式主要问题是：

（1）由于土建单位钢筋排布图提供较晚、后期设计变更、现场钢筋施工时未根据钢筋排布图施工、劲性钢柱安装偏差大等问题，造成连接器位置偏差大，钢筋无法连接；

（2）施工过程中，钢筋连接器或钢筋丝头成品保护不到位，造成丝扣损坏或钢筋丝头与钢筋连接器螺纹丝扣规格不匹配，导致钢筋无法拧紧。

1.2.2?采用钢板搭筋板连接的常见问题

以混凝土梁钢筋与箱型劲性钢柱搭筋板连接为例，搭筋板需根据钢筋直径和排布层数进行设计，搭筋板宽度不超过劲性钢柱的截面宽度，顶层搭筋板长度为5?d+20?mm（d为钢筋直径），二层钢筋搭筋板长度应为钢筋直径10?d+20?mm。但由于搭筋板标高及设计变更等原因，往往会造成搭筋板标高偏差过大，影响混凝土梁的钢筋保护层厚度。另外，因搭筋板与柱竖向钢筋发生冲突，无法安装柱竖向钢筋时，通常因需开穿筋孔或U形口避让竖向钢筋而削弱搭筋板强度，该连接方式不适合梁、柱钢筋密集节点部位。

1.3?首节劲性型钢柱常见的安装问题

首节劲性钢柱安装前，底板混凝土浇筑时柱竖向钢筋已安装完成，首节劲性钢柱安装常会因劲性柱竖向钢筋密集导致劲性钢柱安装后地脚螺栓无法拧紧、劲性钢柱固定不牢等问题，其他专业施工时造成劲性钢柱位置偏移等质量问题。

2?首节劲性钢柱常见问题防治及解决措施

2.1?柱底标高常见问题防治及解决措施

2.1.1?地下室外导墙位置的劲性钢柱柱底标高问题

（1）劲性钢柱位于地下室外导墙位置的柱底标高，深化设计时应与土建单位密切沟通，熟知地下室外墙导墙位置；与设计单位沟通，明确外导墙位置的劲性钢柱应按外导墙标高确定。

（2）劲性钢柱位于地下室外导墙止水钢板时，需与设计单位沟通调整劲性钢柱外导墙的做法，将外导墙止水钢板弯绕于劲性钢柱外侧，若外导墙宽度较小无法弯绕，可局部增加导墙厚度，以保证止水钢板连续，并满足劲性钢柱安装需求，避免破坏止水钢板，造成质量问题（图1）。

图1?劲性钢柱与止水钢板冲突的处理

2.1.2　底板高低跨交界处劲性钢柱柱底标高问题防治及处理措施

劲性钢柱位于基础底板高低跨交界处的低跨标高时，往往会导致土建单位无法同时浇筑高低跨，对此可在深化设计时经设计单位同意，将劲性型钢柱柱底标高调整为高跨标高，同时在低跨部分劲性钢柱柱脚下部局部新增混凝土墩台，以保证劲性钢柱柱脚生根点不悬空（图2）。

图2?劲性钢柱同高跨标高的处理

若因受力问题无法调整劲性钢柱柱底标高，可于混凝土浇筑前在劲性型钢柱高跨周围设施工缝，以留出劲性型钢柱的安装操作空间，待劲性型钢柱安装完成后再对高跨留设的空间进行二次浇筑混凝 土（图3）。

图3?劲性钢柱同底跨标高处理

若无法采用上述施工方法时，可将首节劲性钢柱分段，劲性钢柱分段高度宜为1.3???m左右，作为劲性钢柱预埋段与埋件在底板钢筋绑扎时同时进行安装。采用此种施工方法时需考虑劲性钢柱预埋段与地脚螺栓的加固安全问题，进行施工模拟计算确定合理可靠的临时加固措施。此方案会增加安装吊次和首节劲性钢柱的焊缝探伤工序，对施工进度影响较大；还会增加与土建施工的工序穿插，经济性差，不适宜大截面劲性钢柱或大量劲性钢柱处理???（图4）。

图4 ?劲性钢柱高低跨混凝土同时浇筑的处理

2.2?首节劲性钢柱与混凝土钢筋连接

首节劲性钢柱与混凝土钢筋连接，无论采用钢筋连接器还是采用搭筋板连接，均存在一些无法解决的问题，通常需结合应用。在钢结构深化设计时，需与钢筋翻样人员确定钢筋排布原则，施工过程中还需对变更进行及时沟通。本工程采用云平台技术进行各专业图纸、BIM模型、成果文件数据的实时共享，并采用BIM视频模拟交底等方法，保证了各专业间技术配合与现场落实的一致性（图5）。劲性钢柱上的可焊连接器、现场钢筋接头连接器、现场钢筋套丝设备均由同一家厂商供应；通过加强过程中的成品保护，保证了丝扣规格一致；采用自主专利技术保证劲性钢柱的安装精度，解决了首节劲性钢柱与混凝土钢筋连接的常见问题，取得了显著成果。

图5?劲性钢柱与梁钢筋连接处理

2.3?首节劲性型钢柱常见现场施工问题

为解决由于劲性钢柱周围竖向钢筋密集、劲性钢柱安装后地脚螺栓无法拧紧影响安装精度的难题，研发了“一种用于劲性结构狭小空间的地脚螺栓紧固装置及其使用方法”，该专利技术可适应任何钢筋密集劲性钢柱的地脚螺栓紧固作业（图6），提高了劲性钢柱的安装效率，加强了工序间的过程验收检查，保证了首节劲性钢柱的施工精度，经济效益显著。

图6?劲性钢柱狭小空间的地脚螺栓紧固装置

3?结束语

针对首节劲性钢柱柱脚标高问题，需在深化设计阶段加强与设计人员及各有关专业的沟通，熟知设计意图，保证各专业的施工质量；针对首节劲性钢柱钢筋连接问题，本工程应用互联网云平台与BIM模型相结合，解决了各专业的技术配合沟通问题，成果显著，具有良好的示范作用；针对关键难题，通过研发专利技术和常规过程控制，保证了首节劲性钢柱的施工质量，具有较好的推广价值。