异型柱施工工法在高层建筑施工中的应用

2021-08-16中国水利水电第八工程局有限公司

门窗 2021年1期

伍洲中国水利水电第八工程局有限公司

1 前言

随着建筑业的不断发展，高层建筑如雨后春笋般呈现在人们面前。为了满足更多的建筑使用功能要求，优化建筑空间布局、提高空间利用率，异型柱的运用越加广泛。结合高层建筑工程实践经验分析可知，异型柱的施工相对复杂，加强相关工法研究具有重要意义。

2 异型柱的产生背景

基于我国现代建筑工程发展情况来看，传统方矩形柱在室内有柱角突出，如图1（a），既影响室内观瞻效果，又减少了建筑的使用面积，为解决柱角突出这一问题，异型柱应运而生。异型柱是指柱截面形状为T形、L形和十字形，如图1（b），且截面各肢宽厚比不大于4的柱。异型柱的柱肢与墙体平齐，避免室内柱角外露，改善住宅室内使用环境，便于家具摆放，提高室内空间利用效率，综合经济效益明显，日益受到建筑设计师、开发商和用户的欢迎。

图1 方形柱与异型柱示意图

结合我国高层建筑工程实践经验分析可知，异型柱的应用优势可归纳如下：

（1）异型柱肢厚与填充墙基本一致，有效减少了建筑内部柱棱角凸出等问题，建筑使用面积大幅增加。

（2）异型柱的使用可有效解决传统的柱脚凸出问题，整体空间更加整齐，室内布置更合理有序，在美观性方面优势明显。

（3）高层建筑施工中需合理布置异型柱，由此获得良好的建筑结构抗震性能。

3 异型柱施工工法在高层建筑施工中的应用

近年来，高层建筑施工中异型柱的运用越来越广泛，除了钢筋混凝土异型柱以外，钢骨混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土等异型柱结构也逐渐发展起来，下文主要就此展开详细分析。

3.1 施工材料

异型柱截面相比矩形柱复杂，柱肢比较薄，截面形心和剪心往往不重合，在水平荷载作用下易发生扭转，对结构产生不利影响。同时，钢筋混凝土异型柱的抗震性能较差，JGJ 149—2017《混凝土异型柱结构技术规程》对异型柱结构体系的使用范围有严格要求，钢筋混凝土异型柱只能适用于抗震设防烈度为八度（0.3g）及八度以下地区，且建筑最大使用高度也低于同等条件下的矩形柱结构，见表1。

表1 混凝土异型柱和方形柱结构的建筑最大适用高度（m）

钢骨混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土等异型柱结构在这种背景下应运而生，钢骨、型钢以及钢管等可约束核心混凝土，从而使混凝土的强度和延性得以改善，同时由于混凝土对异形钢管、钢骨、型钢的支撑作用，可有效提升其屈曲承载力。钢管、钢骨、型钢与混凝土之间的相互作用使得此类异型柱的刚度、承载力和延性均比钢筋混凝土异型柱有很大提高，抗震性能得到极大改善，从而使异型柱结构能够用于高设防烈度地区，同时房屋最大适用高度也能得到显著增大，综合经济性能提升明显。

3.2 异型柱施工工法

3.2.1 基本工艺流程

结合相关建筑施工经验可得，异型柱施工流程如图2所示。

图2 异型柱施工流程

异型柱结构特殊，阴角加固不便，几何形状不易控制，浇筑难度大，因此施工中必须重视内侧模板固定、混凝土浇筑、结构棱角处成品保护等工作，获得可靠的异型柱成型质量，满足设计要求，发挥相应的承载性能。

3.2.2 施工要点

混凝土异型柱施工要点如下：

（1）施工准备：完善材料验收、保管工作，主要材料包括：模板、钢筋、混凝土等，施工机具设备均备齐，做好相关验收、维修、保养工作，确保异型柱施工中设备运转正常。

（2）钢筋与模板安装：严格按规定绑扎钢筋、安装模板，纵向钢筋接头位置设在构件受力较小处；做好模板加固工作，十字形柱的翼缘相对较窄，四边象限区需定制相应尺寸的木盒，完成安装后正常加固。

（3）混凝土施工：主要施工工法包括泵送法、高位抛落法以及人工浇捣等，需根据实际情况合理选择浇筑方法，工程实践中可采取多种方法互为配合，确保混凝土密实度达标。

（4）拆模：按规定顺序拆模，做好成品保护，混凝土养护时间≥14d。

值得注意的是，钢骨、型钢、钢管混凝土异型柱施工具有一定的特殊性，其符合建筑装配化和工业化的发展要求。柱钢骨、型钢、钢管和钢梁运输到施工现场后进行梁柱节点的栓焊连接，且现场湿作业量较少。

4 工程案例

4.1 工程概况

本工程二层面向楼前高架处16 根异型清水混凝土柱，柱投影面为凸字形，柱高5.4m，柱底凸字造型自下至上同比例斜向收小。柱内设有劲性钢骨架，钢骨架翼缘板与混凝土外表面外平，钢结构屋面及雨棚杆件与翼缘板相连。清水混凝土柱模板拼缝整洁规整，给予异型柱赋予一种独特而又简约的视觉效果。

4.2 异型柱结构参数

16根异型清水混凝土柱，共有5种不同规格，具体构件尺寸见表2，异型柱截面尺寸形式较多，本次仅对最具代表性的KZ2 柱进行详细介绍，柱主筋为55 根Ф36，箍筋为Ф16 拉钩。劲性钢骨架为H700×220×30×30 型钢，型钢上焊接30mm 厚钢板由内向外延伸，翼缘板表面与混凝土柱边齐平，采用焊接方式与桁架下弦杆件连接，见表2。

表2 异型劲性柱构件尺寸表

4.3 异型柱施工难点

异型柱建筑效果为清水，施工后不进行任何装饰，展现混凝土本色，混凝土原材料控制要求较高，防止出现色差。同时钢筋排布较密，柱内设有钢骨架，混凝土浇筑和振捣难度较大。

异型柱截面成凸字形，竖向变截面收小，而且立柱截面尺寸呈现多样化，不具有一定的通用性，给予模板体系的设计造成较大难度。另外伸钢骨架与柱边平，钢构件的加工误差也给予模板体系设计造成一定难度，大量细部节点仍需优化。

4.4 异型柱施工技术要点

4.4.1 模板体系的选择

异型变截面清水混凝土柱，为确保成型后的立柱整体效果，不考虑常规的散装散拼的木模。最初考虑两种模板体系，一种是定型化钢模，另一种是工具式拼装木模。由于异型柱截面形式多样化，模板通用性差，周转利用率低，采用定型化钢模成本较高，同时外伸的钢骨架加工存在不可避免的误差，钢模板的尺寸偏差调整能力较差，钢模安装难度非常大。

综合各方面因素考虑，最终决定采用工具式拼装木模板。其模板体系采用木模板与木工字梁固定拼装成型，对于不同截面尺寸的异型柱，面板大小可以进行局部拆除微调，无需加工不同类型立柱模板。另外木模面板与钢骨架外伸段节点，可根据钢骨架实际加工情况，现场开设埋件洞口，可调整余地较大，施工速度快。

4.4.2 工具式模板体系设计

异型柱分为4块工具式大模板，大模板的面板为18mm厚的国产芬兰板，面板与木工字梁拼装固定成工具式大模板，异型柱凹欠部位定制木柱填充。工具式大模板吊装就位后采用双拼10#槽钢@300mm～600mm 抱箍固定（柱底间距300mm，由下至上间距逐渐放大），抱箍之间采用直径20mm 的精轧螺纹钢对拉固定。

4.4.3 混凝土配合比设计

为确保清水混凝土柱无色差，必须采用同一品牌、同一批次生产的水泥。为防止钢筋较密，混凝土浇筑不密实，碎石需采用5mm～25mm的小粒径石子及上海建工材料公司自主研发的外加剂，以提高混凝土的流动性。

4.4.4 施工方案

（1）工具式模板拼装：拼装工具式模板需一块10m×10m的平整场地，将国产芬兰板以1220mm 的分缝模数平铺在地坪上，再将木工字梁以259mm间距放置在面板之上，用自攻螺丝从木梁背面将木梁与面板固定，拼缝处粘贴双面胶防止漏浆。异型柱凸边需定制木柱安装在大模板之上，按照设计图纸对劲性钢骨架埋件位置进行现场面板开洞。最后将大模板整体翻转后，用连接爪将双拼槽钢按照方案间距要求挂在木工字梁上。

（2）钢筋加工及绑扎：异型柱截面尺寸自下至下收小，采用三维建模技术放样，模型内1∶1 绘制钢筋，模拟施工时钢筋与钢骨架的碰撞问题，确认无误后进行钢筋加工。钢筋绑扎材料需选用20 号镀锌铁丝，防止扎丝生锈导致混凝土柱局部泛黄。垫块采用灰色圆形塑料垫块。

（3）工具式模板的安装：模板安装前需刷金龙鱼油，木工字梁末端安装吊装配件。采用25t 汽车吊将工具式大模板整体吊起平移至异型柱侧边，用钢管斜撑进行临时固定。待四块大模板均吊装就位后，采用M20 的精轧螺纹钢对拉螺杆将双拼槽钢斜向固定牢固。

（4）细部节点处理：阳角部位两面模板宜直接搭接，阴角部位应配置阴角模，角模面板之间宜45°斜口连接。异型柱底部使用L50×5角钢围成一个方框用于固定模板，使用直径8mm的自攻螺丝与地面固定。模板搁置在钢框外侧，为防止漏浆，在模板下垫0.5mm厚橡胶条。