钢框架–劲性混凝土竖向结构施工技术

1?工程概况

二一工程主体结构采用钢筋混凝土剪力墙+劲性混凝土柱+钢梁框架+隔震体系。隔震层位于B2层柱顶，隔震范围为地上主楼范围。劲性柱及核心筒钢骨柱分布于主楼区隔震层以上，即起于B1层楼板（–10.100?m）。经倒排工期，钢结构工程施工工期为5个月，施工总量为2.4万t，为确保工期要求，提出了钢框架结构先行、混凝土后跟施工技术，同时保证了安全质量。

2?主要创新内容

2.1?创新技术原理

展览馆建筑布局具有单层面积大、空间大等特点，结构体系采用钢框架–劲性混凝土竖向结构，有利于实现空间转折变换、大跨度结构的转换。根据结构体系特点，为满足工期要求，提出钢框架先行、混凝土后跟分离技术。根据结构体系设计计算分析，需通过增大剪力墙核心筒钢骨柱截面尺寸，使其承载力变大，形成稳定钢框架体系，满足施工阶段承载力要求，确保钢框架与竖向结构分离施工，节约了工期成本，保证了质量安全。

2.2?主要内容

2.2.1?结构体系计算分析

为确保施工工期，同时根据钢结构安装及核心筒施工效率，提出钢结构先行核心筒两层施工思路，根据施工阶段模拟分析，按结构设计规范标准，分别计算风荷载下侧移及柱应力。竖向剪力墙结构内型钢按暗柱型钢率4?%的构造要求计算，同时由于施工阶段上部荷载影响，多数钢柱应力比超过0.6，部分已超强度值。分析得出：因剪力墙内配置型钢截面偏小，竖向刚度较小，钢结构承载力不满足施工阶段的承载力需求。同时进行钢柱应力比计算分析，多数核心筒内型钢柱应力比超过设计强度60?%，需要采取措施提高其刚度，确保施工安全。

2.2.2?核心筒型钢截面优化设计

根据模型计算结果分析，需要增大部分剪力墙内型钢截面尺寸，使钢骨应力增大，提高结构整体刚度，钢框架能自成体系，满足上部钢结构施工阶段荷载需求，保证了工期目标，确保施工安全质量。

2.2.3?结构体系施工阶段核算

根据截面优化后结果，选取两种不同施工阶段进行模型核算，第一阶段钢框架结构先行至4层、核心筒分离施工至2层，第二阶段钢框架结构先行至6层、核心筒分离施工至4层，再次分别核算结构体系整体刚度、风荷载下的侧移、钢柱的应力结果。

结果表明，风荷载下的侧移较小，层间位移小于10?mm，满足规范要求，同时施工阶段侧移刚度同原结构侧移刚度，钢结构承载力满足施工阶段的承载力需求。钢柱应力比也满足施工需求。

2.2.4?确定结构整体安装方法

根据钢框架结构受力特点，经设计单位进行施工核算，因钢骨柱、钢梁、核心筒钢骨能够形成稳定体系的结构，并为满足施工工期要求，采用钢结构先行与核心筒混凝土分离施工技术，确保吊装机械工作效率最大化，节约人力用工，避免工序相互交叉产生安全质量风险。

2.2.5?合理划分施工分区

施工优先钢结构安装，根据施工进度要求，合理划分钢结构竖向分区，确保钢框架结构与核心筒结构形成分离施工。将钢结构施工在立面上合理划分区域，把本节柱及对应钢梁和斜撑作为一个竖向分区。将每个竖向分区内又分成若干个平面区域，钢结构地下施工按照土建流水段进行平面区域划分；地上施工时，按平面施工部署合理划分A、B两个分区（图1）。

图1?钢结构平面分区示意

2.2.6?钢构件分段划分

核心筒钢构件分段：因L形组合柱、角部剪力墙钢骨柱截面较大且距离塔式起重机较远，为满足塔式起重机吊重需要，按照4层以下1层2节，4层以上1层1节进行分段，分段长度及重量满足要求。核心筒钢骨柱截面较小，按照4层以下1层1节，4层以上两层1节进行分段，满足塔式起重机的端部最小起重量。核心筒钢柱分段如图2所示。

图2?核心筒钢柱分段

2.2.7?钢结构施工安装

钢骨梁安装前，采用全站仪坐标放样对劲性柱定位进行观测，钢骨梁采用二点起吊，在确认钢骨柱两端钢托座标高无误后，吊装钢梁就位，两端采用搁板临时固定，将钢骨梁依次与钢骨柱焊接，焊接采用二氧化碳气体保护焊，焊接材料采用氢含量较低的焊材。焊接材料的选用原则与母材强度等强。

2.2.8?整体工况流程

（1）按平面分区顺序，优先地下室首节钢柱及其配套钢梁安装，核心筒土建结构待钢结构安装完成后进行。（2）经设计单位核算，地上钢框架结构能自成稳定体系，优先施工，核心筒结构后行分离施工，此时钢结构领先核心筒结构2层。（3）钢结构施工遵循优先安装核心筒钢骨柱钢骨梁，然后安装钢框架梁，其施工荷载满足核心筒钢骨柱的竖向压力要求和构件变形要求，确保施工安全。（4）整体钢框架结构先完成封顶，进行屋面钢桁架安装，竖向核心筒土建结构随后完成施工，避免了工序相互交叉干扰，节约了工期。

3?结束语

通过钢结构与核心筒混凝土结构分离施工，使钢结构自成框架体系，核心筒混凝土结构形成分离体系。为确保施工工期，由钢框架结构先行，核心筒混凝土结构后跟，避免了钢结构与土建结构施工工序相互交叉等待的时间，比传统核心筒先行节约工期。因钢结构施工工序相比于核心筒结构施工简单，同时安装需借助吊装机械进行水平垂直运输就位，此项技术确保施工机械最大化工作效率，节省了吊装机械使用台班。