超高层建筑结构设计中应考虑的问题SRC型钢柱施工方法探析

更新时间:2024-03-09 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:15944 浏览:63314

【摘 要】本文结合超高层建筑结构设计中的实践,首先对超高层建筑结构设计中的问题进行了探讨,然后结合笔者所在的工程分析了SRC型钢柱的施工方法,以促进超高层建筑的顺利发展.

【关 键 词】超高层建筑;SRC型钢柱;结构设计中的问题;施工方法

一、超高层建筑结构设计应考虑的问题

1.采用SRC柱时,柱中型钢下端的埋置部位问题

高层及超高层建筑地下室的层数依据基础埋深、使用功能、地质条件综合确定,少则二至三层,多则四层及以上.如果地下室的竖向刚度和水平刚度能满足《抗规》6.1.14条和《高规》5.3.7条的相关要求,那么,地下室的顶板可作为上部结构的嵌固部位,即是说计算时可以地下室的顶板为固定端对上部结构(悬臂体)进行抗震、抗风等进行整体计算.《抗规》6.1.3条和《高规》4.8.5条规定,当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用或更低等级.超高层建筑结构的底层柱及抗震墙,因要考虑延性和降低轴压比等技术因素,同时又要从使用上考虑尽可能减少竖向构件截面,以争取更大的使用率等非技术因素,往往采用SRC柱.如果为多层地下室,且嵌固端在首层,那么,在不考虑延性因素,轴压比能满足要求的前提下地下一层以下的柱是否可不设SRC柱.

笔者认为,对超高层建筑结构SRC柱中的型钢应锚固到基础中,锚固在地下一层以下的柱中存在不安全因素,原因是:对带有地下室的高层建筑来说,目前计算时通用的做法是:考虑土体或大底盘对地下室的侧向约束,将地下室刚度进行放大.因此,将地下室顶板作为上部结构嵌固部位计算,和实际结构变形相比存在一定误差.某些超高层项目,出于多种理由本应将生根于基础面或基础中的SRC中的型钢,移至地下一层以下柱中,此做法,有待商榷[3].

2.地基规范允许的基础整体倾斜对超高层建筑的整体稳定性影响问题

《地基规范》3.0.4.2条规定:计算地基变形时,传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用.相应的限值应为地基变形允许值.同时,《地基规范》5.3.4条对建筑物的地基变形允许值规定如下:多层和两层建筑的整体倾斜,当高度高于100m时,建筑物的地基变形允许值为0.002,也就是1/500.超高层建筑的基础一般为刚性基础,如果忽略高层建筑地下室的埋深、地下室外墙因土压力产生的摩擦力等要素对整体倾斜产生的约束作用.那么,上部结构也将有1/500的倾斜.

目前,大家公认重力二阶效应,一般由两部分组成.一是构件自身挠曲引起的附加重力效应,叫效应;二是结构在水平荷载或水平地震作用下产生侧移变位后,重力荷载由于该侧移而引起的附加效益,即效应.对一般高层建筑结构而言,效应的影响相对较小,一般能够忽略不计,由于结构侧移和重力荷载引起的效应相对较为明显,可使结构的内力和位移增加,位移较大时甚至导致结构失稳.故重力二阶效应实际上是效应.也即现行《抗规》与《高规》涉及的效应[4].


高层和超高层建筑结构只要有水平侧移,就会引起重力荷载作用下的侧移二阶效应.其大小及结构侧移和重力荷载自身大小直接相关.高层和超高层建筑基础的整体倾斜,从理论上讲,会使高层建筑结构产生水平侧移,也会引起效应.现行《高规》或《抗规》有关涉及效应的规定中,似未明确考虑规范允许的基础整体倾斜对结构侧移的累积效应.作者认为,对超高层建筑来说,一般高宽比比较大,效应敏感.其结构弹性计算与弹塑性变形计算时,结构侧移中应考虑地基规范允许的基础整体倾斜值的累积侧移,同时考虑由此对结构整体稳定性的影响.

二、超高层建筑SRC型钢柱的施工方法

笔者所在工程主体结构地上43层,地下2层,嵌固位置为地下2层底板,主体结构采用框架-核心筒结构,主体结构柱采用SRC型钢混凝土柱,钢骨柱为十字型截面,截面型号十900×500×20×28.根据本工程的特点,确定了如下的施工方法:

1.第一段钢骨柱及上部钢骨柱的吊装

安装前要对予埋件进行复测,并在基础上进行放线.根据钢骨柱的底标高调整好螺杆上的螺帽.然后钢骨柱直接安装就位.当由于螺杆长度影响,螺帽无法调整时,可以在基础上设置垫板进行垫平,就是在钢骨柱四角设置垫板,并由测量人员跟踪抄平,使钢骨柱直接安装就位即可.每组垫板宜不多于4块.垫板与基础面和柱底面的接触应平整、紧密.钢骨柱用汽车吊吊升到位后,首先将钢骨柱底板穿入地脚螺栓,放置在调节好的螺帽上,并将柱的四面中心线与基础放线中心线对齐吻合,四面兼顾,中心线对准或已使偏差控制在规范许可的范围以内时,穿上压板,将螺栓拧紧,并在钢骨柱四周及时拉设缆风绳确保其稳固,此时即为完成钢骨柱的就位工作.当钢骨柱吊装并校正完毕后,及时利用缆风绳进行固定,保证钢骨柱的稳定,同时通知土建单位对地脚进行扎筋、(二次)浇灌等施工,对钢骨柱进一步稳固.

上部钢骨柱的安装与首段钢骨柱的安装不同点在于柱脚的连接固定方式上不同.上部钢骨柱吊点设置在钢骨柱的上部,利用四个临时连接耳板作为吊点.吊装前,下节钢骨柱顶面和本节钢骨柱底面的渣土和浮锈要清除干净,保证上下节钢骨柱对接面接触顶紧.

2.钢柱校正

钢柱的校正主要有钢柱错口校正、钢柱轴线校正、垂直度校正及钢柱标高的调整.第一节柱柱脚的位移调整以基面中线与柱身中线对齐为标准,如有偏差,用千斤顶往反方向调整,千斤顶的反作用受力点可作用在劲性柱脚插筋的根部.第一节柱校正到位后用揽风绳拉住柱顶耳板与底板固定或用角钢与柱身焊接并支撑在混凝土地面上,且将柱底板与垫块围焊,以防柱钢筋施工过程中对钢柱的垂直度的影响[1];

上部柱校正完后应用马板在柱接头处将上段柱与下段柱相对固定,待钢柱对接焊完后将马板割掉;

钢柱标高的调整:对于标高偏差超规范的钢柱须对标高进行调整,对于标高偏差较大的须在加工厂进行调整,偏差较小的可以在现场调整,一般调整方法是在钢柱接头位置加垫铁;

钢柱轴线校正到正确位置后,进行钢柱垂直度复核,确保钢柱垂直度在规范允许范围内;

钢柱垂直度的校正采用两台经纬仪分别置于相互垂直的轴线控制线上(借用1m线),精确对中整平后,后视前方的同一轴线控制线,并固定照准部,然后纵转望远镜,照准钢柱头上的标尺并读数,与设计控制值相比后,判断校正方向并指挥吊装人员对钢柱进行校正,直到两个正交方向上均校正到正确位置.

3.钢骨柱垂直度校正及焊接偏差预留值

用两台经纬仪从柱的纵横两个轴向同时观测,依靠千斤顶进行调整.柱底部依靠揽风绳葫芦高速柱顶部,无误后固定柱脚,并牢固栓紧揽风绳.

由于钢骨柱接头焊接后会有一定收缩,因此钢骨柱在垂直度校正时必须预留焊接收缩值,外侧柱的垂直度误差,以向外侧倾斜3mm控制预留焊接收缩量,高层的外侧柱在安装时外侧无揽绳拉点,所以在安放柱时有意识的将柱向外侧倾,内侧系上揽风绳,既保证安全性又保证容易调整的状态.

4.检查验收

钢骨柱吊装校正好后,通知监理单位验收构件校正结果,验收合格后进行下道焊接工序,焊接校正等工序施工完毕,在自检合格的基础上,通知监理单位、土建单位以及第三方检测机构进行现场检查,并做好相应的资料和影像记录[2].

三、总结

应该根据超高层建筑结构设计实践,充分考虑超高层建筑结构设计中的问题,同时积极探析SRC型钢柱的施工方法,进而确保超高层建筑能够顺利发展.