新型钢牛腿节点施工工法_2.pdf

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1、 新型钢牛腿节点施工工法 1.前言 随着社会经济的发展，人们对建筑的使用要求不断提高，超长结构开始大规模出现。为了避免超长结构由于变形协调问题造成的一系列不利影响，在结构适当位置设置变形缝。常规采用的双柱设缝的方法占用建筑使用面积，影响建筑美观；同时，变形缝处结构需要承受 荷载的不断加大也使普通混凝土牛腿设缝的方法不能完全满足要求。针对实际情况，亟需一种新型的变形缝节点处理方法。本项目标段 A 区块配套设施项目面对变形缝处理时遇到的建筑使用面积不容减少、承受荷载大、建筑外观要求高等问题，采用钢套筒与混凝土柱连接、钢牛腿上焊接球形钢支座的新型钢牛腿节点，充分利用钢材高强的受力性能，既满足了建筑荷

2、载及外观的要求，同时又降低了材料消耗，节约了成本。2.工法特点 1.采用牛腿设缝，避免了双柱设缝对建筑效果的不利影响，节约了使用面积。2.采用钢牛腿，满足荷载要求，同时极大发挥了钢材的高强性能，使牛腿高度得以降低。3.钢牛腿与混凝土柱采用钢套筒节点连接，克服了普通连接方式存在的问题，节省了材料用量，达到了极好的建筑效果。4.钢牛腿上焊接球型钢支座，使两侧结构通过球型钢支座来实现变形协调，大大节省了结构及支座的自身成本。3.适用范围 新型钢牛腿节点能够更好的满足建筑使用要求，外观效果较好，但同时对施工的组织策划、技术水平、施工操作等的要求也较高，该节点特别适用于：1超长结构工程或者建筑外观要求较

3、高的工程；2常规变形缝节点不能满足要求的工程；3跨度大、变形缝处荷载高的工程。4.工艺原理 变形缝节点处采用钢牛腿，钢牛腿通过钢套筒与下部混凝土柱相连，钢牛腿上焊接球形钢支座，钢牛腿另一侧框架梁置于球型钢支座上。钢牛腿与球型钢支座承载能力高达 10000KN，完全可以满足荷载要求。整个钢牛腿节点通过体系内部的相互配合和与外界结构的良好连接，达到同时满足承受荷载和变形协调要求的目的。5.施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程：钢牛腿支架安装牛腿吊装搭设操作架柱钢筋绑扎圆柱模安装及加工牛腿定位焊接固定球型钢支座定位焊接混凝土浇筑及养护拆支架及钢模后续结构施工结构及埋件设计龙门吊深化加工构件支

4、架深化加工轨道铺设龙门吊安装卷扬机安装 5.2 主要施工工艺操作要点 1.构件的加工 构件的加工包括轨道及支架预埋铁件的加工、支撑架体的加工、龙门架体的加工以及钢牛腿的加工等。图 5.2.1 钢牛腿节点详图 2.埋件的预埋及轨道的铺设 在结构面浇筑混凝土前预埋钢轨和钢支架的预埋件，待混凝土浇筑完成并养护 7 天后开始进 H 型钢做轨道的铺设，通过焊接的方法将 H 型钢与预埋件可靠连接，不得松动，两段 H 型钢对接连接采用夹板固定，轨道与工字钢之间采用螺栓连接。3.龙门吊的施工 轨道安装应符合龙门吊施工的要求：平直度、跨距、标高、应符合规范要求，龙门吊的加工由加工厂制作。龙门吊制作完成后应在施工

5、现场在地面进行组装。龙门吊在平面移动采用卷扬机进行牵引，使龙门吊沿轨道进行运动。4.支架的吊装与就位 钢牛腿及钢牛腿支架采用 160T 汽车吊结构平台上，平台上预先做好吊放点的加固及面层保护工作，调运完成后立即采用龙门吊将钢牛腿运至安装处附近的指定位置，每个指定位置均选吊放点要求进行楼面保护，钢构件在楼层上不得集中堆载。5.钢牛腿的安装 吊起构件待构件吊起高度略超起吊高度后，移动龙门吊及吊点葫芦使得构件放置在安装好的支架上，然后缓缓放落吊钩，确保构件就位准确无误然后根据设计要求进行加固，松下吊钩后，移动龙门吊进行下一个构件吊装。电焊工进行该构件进行加固连接，并用缆绳进行加固，以保证在混凝土浇筑

6、时不会出现偏移等变化。图 5.2.2 钢牛腿的安装 6.钢筋、模板的安装 钢筋绑扎需分两次进行，第一次是在牛腿安方就位后进行钢牛腿以下柱主筋的接长，主筋从钢牛腿上部穿入，在牛腿下部进行套筒的连接；第二次是在钢牛腿安装完成，龙门吊移开，柱浇筑混凝土前进行钢牛腿上部钢筋的接长。由于操作空间有限，钢筋接头留齐，均采用 Sa 级接头。钢筋绑扎完成后进行圆柱模的安装，由于牛腿位置限制，采用现有的玻璃钢圆柱模板不能满足施工需要，故需重新定制圆柱模板，在该部位采用“错台接口清水覆膜圆模板”，该模板分为 2 片，从用木方进行加强，外侧设置成品配套的钢制抱箍进行加固，加固完成后将支架剩余腹杆进行连接固定。图 5

7、.2.3 定制圆柱模安装 7.球形钢支座定位、焊接 在浇筑混凝土前，球型钢支座应与钢牛腿顶板进行焊接。焊接时，先将支座准确定位后，用对称间断焊接法将支座板与牛腿顶板焊接。焊接时应防止支座钢体过热，以免烧坏硅脂及聚四氟乙烯板以及引起支座本身变形。球型支座钢板采用二氧化碳气体保护焊连接。施工时，应保证支座支承面的水平及平整，支座支承面四角高度差不得大于 2mm。图 5.2.4 球型钢支座示意图 8.混凝土浇筑、养护及拆模 钢牛腿安装就位、调平加固，并完成钢筋和模板的施工，经过验收后方可进行混凝土的浇筑，浇筑采用塔吊进行配合，人工进行操作。混凝土浇筑完成浇筑并养护 5 天后进行拆模，拆模时先将支架影

8、响拆模的腹杆拆除，再将模板取出，之后再将腹杆进行恢复。6.材料与设备 6.1 主要设备 1）160T 汽车吊；2）龙门架及配套设备；3）卷扬机、缆风绳等。6.2 主要材料 1）钢牛腿；2）球型钢支座；3）支架；4）其他所需主要工程材料。图 6.2 主要材料及设备现场使用示意图 7.劳动组织 1）汽车吊司机 1 人；2）吊装设备操作工 6 人，其中卷扬机 2 人，龙门吊 3 人，测量定位 1 人；3）钢筋工、木工、混凝土工按工程施工配备。8.质量控制 8.1 钢结构的检测与检验 对本项目钢结构的检测与检验，除了应符合国家、地方相关的钢结构规范、行业标准、文件要求外，还应满足以下要求：8.1.1

9、材料检测 1）钢材工艺性能、力学性能(抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯、硬度、冲剂)检测；首批(600t 以内)由同一厂家、同一牌号、同一炉罐、同一质量等级、同一品种、同一交货状态及同一规格组成的钢材，按 60 吨位一批取样抽查复验。2）焊接材料的检测 焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴等焊接材料与母材的匹配应符合设计要求及国家现行行业标准建筑钢结构焊接技术规程JGJ81 的规定。检查数量：全数检查。检查方法：检查质量证明书及烘焙记录。8.1.2 钢结构焊接检测 1）焊缝表面缺陷应 100检查，检查标准按照现行国家有关规范进行。2）焊缝内部缺陷检查：要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺

10、陷的检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤。8.1.3 钢构件涂层厚度检测 抽检比例按构件数量抽查 20%，且同类构件不应少于 6 件，每个构件检测 5处，每处的数值为 3 个相距 50mm 测点涂层干漆膜厚度的平均值。8.1.4 焊接工艺评定 针对本工程的焊缝接头形式，根据 建筑钢结构焊接技术规程(JGJ81-2002)“焊接工艺试验”的具体规定，编制专项的焊接工艺评定方案，组织进行焊接工艺评定，确定出最佳焊接工艺参数。以便制定完整合理详细的工艺措施和工艺流程，指导现场焊接施工作业。8.2 钢构件现场验收内容与缺陷修补 现场构件验收主要是焊缝质量、构件外观和尺寸检查，质量控制重

11、点在钢结构制作厂。经检查，缺陷超出允许偏差范围的构件，在现场进行修补，满足要求后方可验收，对于现场无法进行修补的构件应送回工厂进行返修。构件验收内容与缺陷修补具体见表 8.2：8.2 验收内容与缺陷修补表 序号 类别 验收项目 验收工具、方法 拟采用修补方法 1 焊缝 焊缝探伤抽检 无损探伤检测 碳弧气刨后重焊 2 焊角高度尺寸 量测 补焊 3 焊缝错边、气孔、夹渣 目测检查 焊接修补 4 构件表面外观 目测检查 焊接修补 5 多余外露的焊接衬垫板 目测检查 去除 6 节点焊缝封闭 目测检查 补焊 7 交叉节点夹角 专用仪器量测 制作厂重点控制 8 现场焊接剖口方向角度 对照设计图纸 现场修正

12、 9 构件 外观 及 外形 尺寸 构件截面尺寸 卷尺 制作厂重点控制 10 11 构件长度 卷尺 制作厂重点控制 构件表面平直度 水准仪 制作厂重点控制 12 加工面垂直度 靠尺 制作厂重点控制 13 节点、钢梁牛腿角度和三维坐标 全站仪 制作厂重点控制 14 构件运输过程变形 经纬仪 变形修正 15 预留孔大小、数量 卷尺、目测 补开孔 16 螺栓孔数量、间距 卷尺、目测 铰孔修正 17 连接摩擦面 目测检查 小型机械补除锈 18 构件吊耳 目测检查 补漏或变形修正 19 表面防腐油漆 目测、测厚仪检查 补刷油漆 20 表面污染 目测检查 清洁处理 21 技术资料 质量保证资料与供货清单 按

13、规定检查 补齐 9.安全措施 钢牛腿节点施工具有重点工序、重点工程、空中作业危险性较大的特点，制订严格的安全保护措，具体如下：1.施工中必须遵守高处作业安全技术的管理规定和中华人民共和国行业标准建筑施工高处作业安全技术规范JGJ80-90 及国标 GB6067-85起重机械安全规程等中的有关规定。2.对每一个职工必须经过三级安全教育，对特殊工种如电工、电气焊、吊车司机、大型动力设备的操作工必须持有安全操作合格证。3.开工前要认真组织施工人员熟悉施工图纸、技术资料和有关验收规范及施工组织设计，每道工序都要有安全技术交底，交底人员及施工班组负责人要签字见证。4.现场内的电气线路（临时线路）和电气设

14、备，装拆和接线等工作，应由电工负责，他人不得乱动。使用电动工具必须装设漏电保护器。室外的电动机具的外壳接地必须良好，并采取防雨、防潮措施，使用时必须站在绝缘板上。5.高空作业时，临时搭设的脚用架，梯子一定要牢固，且有防滑措施。6.高空作业时所用工具应随手放入工具袋内，作业中走道、通道和登高用具，应随时清扫干净，拆卸下的物料和废料均应及时清理运走，不得任意乱置或向下丢弃。传递物禁止抛掷。7.吊装时，在保证不变形的情况下，还要注意吊点的合理，平衡，经常检查索具、夹扣等，各固定绳索一定要拴牢固，可靠。10.环境措施 1.制订合理施工能耗指标，提高施工能源利用率，优先使用国家、行业推荐的节能、高效、环

15、保的施工设备和机具。2.材料堆场、加工厂沿道路布置，减少材料二次转运及材料运输对道路的需求。3.合理安排施工顺序、工作面，以减少作业区域的机具数量，相邻作业区充分利用共有的机具资源。4.施工现场不符合的控制：环境监测、监控和监督过程中发现不符合时，应分析确定引起不符合的原因，能及时整改的应监督整改；不能及时整改的，下达书面整改通知单，并对整改情况进行验证。所采取的措施应与该问题的严重性和伴随的环境影响相适应。11.效益分析 11.1 经济效益 1.钢牛腿节点的运用一举解决了双缝设柱影响建筑效果和普通混凝土牛腿很难满足承载力要求的问题。2.在钢牛腿节点运用过程中充分发挥了钢材的受力性能，降低了材

16、料消耗，节约了施工成本。3.钢套筒节点外包混凝土，保证了建筑效果。整个钢牛腿节点美观大气，极少占用空间，提高了建筑的长远使用效益。4.原盆式橡胶支座产生效益：200（合同价格）-1800（成本价格）*279=-446400 元（亏损）变更后球形钢支座产生效益：预计实际收入小计=607492 元（盈利）。故产生效益：将原合同盆式橡胶支座改为球型钢支座后，减亏 446400 元，增效 607492 元，最终整体创效 1053892 元。11.2 社会效益 1.钢牛腿节点的新型变形缝处理方式通过前期的研究探索，成功在工程实践中得以运用。同时，施工过程中各项技术也慢慢成熟，在类似工程中具有很强的推广使

17、用价值。2.钢牛腿节点减少了混凝土的使用，有利于绿色施工的开展及国家创建“资源节约型，环境友好型”社会目标的实现。；12.工程实例 本项目标段 A 区块配套设施项目本市本区彭埠元区域内，原本火车本标段旧址，东临 X 路，北临 B 路，南临 A 路，西接本项目工程主站房，主楼结构类型为框架核芯筒体系。目前，该钢牛腿节点已在该项目相应区域大规模使用，工程实践效果较好，施工技术逐渐成熟。表 12.1 工程概况 分项 概况 建筑面积 总建筑面积 665860m2，其中地下建筑面积 366826m2，地上建筑面积 299034 m2 建筑规模 地下 3 层（局部地下 2 层），地上裙房 3 层，4 幢主

18、楼为 1116 层不等 建筑高度 主楼最高（16F）高度为 86.60m，裙楼（3F）高度为 16.6m 结构形式 结构形式为框架剪力墙结构，基础类型钻孔灌注桩、承台基础 设计年限 基准期 50 年；耐久性满足 100 年 建筑高程 0.000m=绝对标高 6.000m（黄海高程）。为了满足建筑要求，本标段标段 A 项目部分采用了钢牛腿（牛腿总数 273个，其中钢牛腿 29 个）。钢牛腿充分发挥了钢材的高强性能，降低了施工成本，保证了使用空间和外观效果，从而获得了满意的经济效益和社会效益。附工程应用照片：图 12.1 钢牛腿进场 图 12.2 钢套筒内部结构 图 12.3 钢牛腿吊装 图 12.4 钢牛腿施工整体图 图 12.5 本标段标段 A 钢牛腿平面分布图（实心圆点处）