CN113653180B - 一种“v”型型钢混凝土斜柱混合结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构及其施工方法，包括结构板、水平向梁、梁‑V柱节点和V柱中间节，其中梁‑V柱节点通过其梁端接头和柱端接头分别与水平向梁、V柱中间节相连接；具有不同倾角的V柱中间节和梁‑V柱节点的柱端接头构成V型斜柱；本发明的混合结构采用盖挖逆作法施工，在V型斜柱施工之前，各层结构板之间预留V型斜柱安装所需的空间并依靠临时钢管柱提供竖向支撑；在V型斜柱施工完成且达到设计承载强度后，利用临时钢管柱柱顶的伺服系统完成体系受力置换，并拆除临时钢管柱。该结构具有良好的整体性和抗震性能且施工便捷、工业化程度高，解决了有限空间下大直径型钢混凝土斜柱在施工工艺及施工安全上的难题。

Description

一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及型钢混凝土结构及其施工方法领域，特别是涉及一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构及其施工方法。
背景技术
进入21世纪以来，随着我国城市化进程不断加快，城市人口规模迅猛增加，交通拥堵成为大中型城市日常生活的常态，建设城市轨道交通成为最有效的解决方案。而随着越来越多的建筑向着结构复杂多变，功能多种多样的方向发展，普通的建筑结构体系已然不能够满足现代城市轨道交通建筑的发展需求。型钢混凝土组合结构综合了钢和混凝土的双重优势，具有刚度大，承载力高，抗震性能良好等优点，其越来越广泛的被应用到建筑结构上，目前关于型钢混凝土斜柱的施工工艺虽然已经比较成熟，但是其施工过程却相对复杂。特别是对于具有不同倾角的V大直径型钢混凝土斜柱在施工过程中的定位安装是个难题；目前，也还未解决实现支撑体系受力置换过程的内力及变形精确控制问题，因此，需要提出有效的方案来解决以上问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构及其施工方法，旨在解决具有不同倾角的V型大直径型钢混凝土斜柱在施工过程中的定位安装难题，并实现支撑体系受力置换过程的内力及变形精确控制的目的。
本发明的核心技术在于具有不同倾角的V型斜柱由梁-V柱节点柱端接头和V柱中间节构成，采用拼接式的方法进行V型斜柱的设计施工，在V柱中间节施工之间就已经确定了各根V型斜柱的倾角，最大限度的减少了确定各根V型斜柱倾角的复杂性，同时通过临时钢管柱提供竖向支撑，待V型斜柱施工完成且达到设计承载强度后，利用临时钢管柱柱顶伺服系统完成体系受力置换，并拆除临时钢管柱。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，包括结构板、水平向梁、梁-V柱节点和V柱中间节；其中所述梁-V柱节点通过其梁端接头和柱端接头分别与所述水平向梁、V柱中间节连接；V型斜柱由具有不同倾角的V柱中间节和梁-V柱节点的柱端接头构成；
所述结构板包括顶板、底板及若干中间层结构板；
所述水平向梁包括水平横梁和水平纵梁，以及和所述梁-V柱节点连接的连接板，起连接作用的螺栓；
所述梁-V柱节点包括与所述水平向梁、所述V柱中间节分别连接的所述梁端接头和所述柱端接头；所述柱端接头包括带倾角的十字型钢；在所述十字型钢的腹板和翼缘板之间所围成的四个区域均焊有圆孔隔板，所述梁端接头均采用与所述水平向梁相同截面及尺寸的型钢并焊接在所述柱端接头的所述翼缘板上。
所述V柱中间节由带倾角的所述十字型钢和钢筋混凝土现浇而成；其中带倾角的所述十字型钢由1根H型钢和2根T型钢相互焊接形成。
进一步地，所述V型斜柱的直径在1.4m到1.8m之间并且倾斜角度不相同。
进一步地，所述型钢为高频焊接型钢或热轧型钢或两者组合而成的型钢。
进一步地，所述连接板为钢板，所述螺栓为高强螺栓。
进一步地，所述梁-V柱节点柱端接头在结构板上侧或下侧或上下两侧均有。
进一步地，所述梁-V柱节点在浇筑混凝土时预留V柱中间节混凝土浇筑导管。
进一步地，还包括临时钢管柱，所述临时钢管柱的柱芯采用素混凝土浇筑填充，柱顶安装伺服系统法兰盘及钢棒支撑顶板结构。
本发明还提供了一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：根据设计尺寸在工厂预加工梁-V柱节点，水平向梁和V柱中间节；
步骤二：测量放线：通过对V柱中间节、水平向梁进行建模和人工计算梁-V柱节点安装位置的坐标，根据建模结果和计算结果对比作为放线依据进行放线；
步骤三：预埋钢板及垫层砼浇筑：根据测量放线进行土方开挖及捡底，然后进行梁-V柱节点位置基础钢筋及预埋钢板安装，对预埋钢板标高复测无误后进行垫层砼浇筑；
步骤四：梁-V柱节点安装及固定：在预埋钢板上通过精确测量放线后，安装导向钢板和型钢竖向支撑，然后采用汽车吊安装梁-V柱节点。
步骤五：水平向梁安装及焊接：梁-V柱节点固定后，采用汽车吊吊装水平向梁，水平向梁与梁-V柱节点之间采用一级熔透焊连接并通过连接板和螺栓固定；
步骤六：梁-V柱节点柱端接头圆模底座、钢筋及钢模安装、混凝土浇筑：根据测量控制线安装梁-V柱节点柱端接头钢模底座，在底座内填满沙子，安装柱端接头钢筋，抹砂浆制作混凝土底模，自下而上安装梁-V柱节点柱端接头钢模并采用撑杆固定，然后先浇筑柱端接头混凝土，后绑扎梁板钢筋，浇筑C60砼；
步骤七：水平向梁、结构板钢筋安装，侧模安装及砼浇筑：先安装水平向梁钢筋、后安装结构板钢筋，钢筋验收后安装模板，最后进行板梁砼浇筑，其余各层板梁-V柱节点和水平向梁的施工工艺流程和施工方法重复步骤一至步骤七；
步骤八：V柱中间节安装及定位：V柱中间节安装定位采用小车将V柱中间节运至设计部位再调节V柱中间节倾斜角度，直至与梁-V柱节点柱端接头中心线重合；
步骤九：V柱中间节钢筋安装：V柱中间节的钢筋采用主筋为32根直径32mm的螺纹钢，绑扎前清点数量、类别和型号，上下端钢筋采用接驳器连接，中间采用半灌浆套筒连接。
步骤十：V柱中间节模板安装：V柱中间节模板体系采用定型底座钢模加定型标准钢模现拼组合型模板，根据梁底标高，将斜柱底座模板与由各标准节组拼的钢模板组合为一体，形成斜柱模板；
步骤十一：V柱中间节混凝土浇筑：模板安装时剩余1.4m高度范围先不安装，通过预留模板段进行混凝土浇筑和振捣，同时预安装2根φ100PVC振捣棒引导管，防止振捣棒被钢筋卡住，最后1.4m砼通过顶板浇筑时预留的混凝土浇筑导管浇筑和振捣；
步骤十二：结构受力体系置换：通过临时支撑体系的柱顶伺服系统进行顶升，待完成全部V柱中间节混凝土施工且强度达到验收标准后通过伺服系统千斤顶逐级卸压，拆除伺服系统及临时支撑体系，实现体系受力置换。
本发明的有益效果为：
本发明提出的这种新型结构体系具有工业化程度高，施工效率高，安全性强等优点，通过拼接式的方法进行V型斜柱的设计施工，在V柱中间节施工之间就已经确定了各根V型斜柱的倾角，最大限度的减少了确定各根V型斜柱倾角的复杂性，解决了具有不同倾角的V型型钢混凝土斜柱的施工难题，同时通过临时钢管柱提供竖向支撑，待V型斜柱施工完成且达到设计承载强度后，利用临时钢管柱柱顶伺服系统完成体系受力置换，并拆除临时钢管柱，实现了置换过程中的内力及变形精确控制，从而保证结构安全可靠。所需各部件均在工厂预制加工，减少了现场施工工序的繁琐。
附图说明
图1为本发明实施例提供的V型型钢混凝土斜柱混合结构的结构体系三维示意图；
图2为本发明实施例提供的V型型钢混凝土斜柱混合结构的结构体系的结构横断面立面图；
图3为本发明实施例的梁-V柱节点俯视图；
图4为本发明实施例的梁-V柱节点的侧视图；
图5为本发明实施例的梁-V柱节点柱端接头定位点图；
图6为本发明实施例的V柱中间节与梁-V柱节点柱端接头连接处定位点图。
图中：1、第一V柱中间节接头定位点；2、第二V柱中间节接头定位点；3、第三V柱中间节接头定位点；4、第四V柱中间节接头定位点；5、第一梁-V柱节点接头定位点；6、第二梁-V柱节点接头定位点；7、第三梁-V柱节点接头定位点；8、第四梁-V柱节点接头定位点；9、V柱中间节；10、结构板；11、梁-V柱节点；12、水平向梁；13、梁-V柱节点柱端接头；14、梁-V柱节点梁端接头；15、临时钢管柱；16、圆孔隔板；17、连接板；18、螺栓。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如图1-6所示，本实施例提供了一种“V”型大直径型钢混凝土斜柱混合结构，包括：
结构板10：结构板10包括顶板、底板及设计要求的若干中间层结构板，均由现浇钢筋混凝土组成。
水平向梁12：水平向梁12包括水平横梁和水平纵梁，水平横梁和水平纵梁相互垂直铺设于结构板10上表面。
梁-V柱节点11：梁-V柱节点11包括与水平向梁12、V柱中间节9分别连接的梁端接头14和柱端接头13。柱端接头13由带一定倾角的十字型钢组成，在十字型钢的腹板和翼缘板之间所围成的四个区域均焊有圆孔隔板16，梁端接头14均采用与水平向梁12相同截面及尺寸的型钢并焊接在柱端接头13的翼缘板上。
V柱中间节9：V柱中间节9由带一定倾角的十字型钢和钢筋混凝土现浇而成。其中带一定倾角的十字型钢由1根H型钢和2根T型钢相互焊接形成。
在本实施例中，梁-V柱节点11通过其梁端接头14和柱端接头13分别与水平向梁12、V柱中间节9连接；具有不同倾角的V柱中间节9和梁-V柱节点的柱端接头13构成V型斜柱；梁-V柱节点11、水平向梁12和V柱中间节9均采用型钢并由钢筋混凝土现浇而成。
进一步的，组成各构件的型钢为高频焊接型钢和热轧型钢，或者两者组合而成的型钢且表面均焊有栓钉。
进一步的，V型斜柱的直径在1.4m到1.8m之间且倾斜角度不统一，可根据设计要求调整V型斜柱的倾斜角度。
进一步的，水平向梁12通过连接板17和螺栓18与梁-V柱节点11连接，优选的，水平向梁12与梁-V柱节点11的连接方式可根据工程实际施工通过建模分析进行合理选择。
进一步的，结构体系还包括作为临时支撑的临时钢管柱15，在其柱顶预留有伺服系统法兰盘及钢棒支撑结构，在结构体系受力转换时通过伺服系统进行顶升后千斤顶再逐级卸压来达到V型斜柱承载的目的。
V型型钢混凝土斜柱混合结构体系的施工方法，步骤如下：
步骤一：根据设计尺寸在工厂预加工梁-V柱节点11，水平向梁12和V柱中间节9。由于V型斜柱与主体结构纵梁及横梁均进行连接，倾斜角度不统一，同时水平角度存在坡度及预拱度，因此为了预留柱端接头平面位置、与结构夹角及标高精准控制，加工前先行深化设计图纸，将每根柱构件角度统计汇总，采用REVIT软件进行3D建模，经设计复核无误后加工制作。
步骤二：测量放线：①坐标计算：通过对V柱中间节9、水平向梁12进行建模和人工计算梁-V柱节点11安装位置的坐标，根据设计坐标和安装位置标高计算出每个安装节点8个点位的坐标，上端包括第一V柱中间节接头定位点1、第二V柱中间节接头定位点2、第三V柱中间节接头定位点3、第四V柱中间节接头定位点4四个坐标；下端包括第一梁-V柱节点接头定位点5、第二梁-V柱节点接头定位点6、第三梁-V柱节点接头定位点7、第四梁-V柱节点接头定位点8四个坐标，计算出的坐标与建模调出的坐标完全一致后，作为测量放线的依据。②梁-V柱节点11测量放线：安装V型斜柱底座，复测底座上端坐标，无误后固定底座，待步骤三中梁-V柱节点11初步安装完成后再反复测量梁-V柱节点上下端8个点位坐标，无误后固定梁-V柱节点11。
步骤三：预埋钢板及垫层砼浇筑：根据测量放线进行土方开挖及捡底，然后进行梁-V柱节点11位置基础钢筋及预埋钢板安装，对预埋钢板标高复测无误后进行垫层砼浇筑。
步骤四：梁-V柱节点11安装及固定：在预埋钢板上通过精确测量放线后，安装导向钢板和型钢竖向支撑，然后采用汽车吊安装梁-V柱节点11。安装时利用导向钢板定位梁-V柱节点11下端位置，使用水平千斤顶进行精调，同时利用型钢竖向支撑螺旋丝杆将梁-V柱节点11调至水平，经测量复测无误后，将梁-V柱节点11与预埋钢板焊接。
步骤五：水平向梁12安装及焊接：梁-V柱节点11固定后，采用汽车吊吊装水平向梁12，水平向梁12与梁-V柱节点11之间采用一级熔透焊连接并通过连接板17和螺栓18固定。
步骤六：柱端接头13圆模底座、钢筋及钢模安装、混凝土浇筑：根据测量控制线安装柱端接头13钢模底座，在底座内填满沙子，安装柱端接头13钢筋，抹砂浆制作混凝土底模，自下而上安装柱端接头13钢模并采用撑杆固定，考虑梁-V柱节点11位置纵横型钢梁交错、板梁钢筋密集，为了确保板下柱端接头11混凝土浇筑密实，先浇筑柱端接头13混凝土、后绑扎梁板钢筋，采用天泵浇筑C60砼。
步骤七：水平向梁12、结构板10钢筋安装，侧模安装及砼浇筑：先安装水平向梁12钢筋、后安装结构板10钢筋，钢筋验收后安装模板，最后进行板梁砼浇筑，其余各层板梁-V柱节点11和水平向梁12的施工工艺流程和施工方法基本相同。
步骤八：V柱中间节9安装及定位：V柱中间节9安装定位采用小车将V柱中间节9运至设计部位再调节V柱中间节9倾斜角度，直至与梁-V柱节点柱端接头13中心线重合。
步骤九：V柱中间节9钢筋安装：V柱中间节9大的钢筋采用主筋为32根直径32的螺纹钢，绑扎前清点数量、类别和型号，上下端钢筋采用接驳器连接，考虑上下端钢筋可能出现错位情况，中间采用半灌浆套筒连接。
步骤十：V柱中间节9模板安装：V柱中间节9模板体系采用定型底座钢模+定型标准钢模现拼组合型模板。根据梁底标高，将斜柱底座模板与由各标准节组拼的钢模板组合为一体，形成斜柱模板，且为便于模板安装，底座和柱身模板均按照V柱中间节圆形截面分成两瓣组拼方式进行加工与制作，模板安装及固定使用桁架式组合支架，侧面设置可调节丝杆，保证模板安装精度。
步骤十一：V柱中间节9混凝土浇筑：模板安装时剩余1.4m高度范围先不安装，通过预留模板段进行混凝土浇筑和振捣，同时预安装2根φ100PVC振捣棒引导管，防止振捣棒被钢筋卡住。最后1.4m砼通过顶板浇筑时预留的混凝土浇筑导管浇筑和振捣。
步骤十二：结构受力体系置换：①临时钢管柱15及所有主体结构施工后，在下端V柱中间节9安装前做好伺服系统安装工作，在临时钢管柱15柱顶预留作业空间安装4个500T的千斤顶和5根220mm的钢棒；②待所有临时钢管柱15顶部千斤顶安装到位后，伺服系统开始顶升工作。将底板预顶到设计值后再用钢棒顶死顶板防止千斤顶回力下沉；③钢棒受力之后，采用小车安装V柱中间节9，V柱中间节9下端与底板预埋梁-V柱节点柱端接头13就位，上端与预埋好的顶板或中间板梁-V柱节点柱端接头13对接；④待完成全部V柱中间节9混凝土施工，并养护28天以上，强度符合要求通过验收后，千斤顶逐级卸压，拆除伺服系统及临时支撑体系，实现体系受力置换。
在本实施例中监测项目全部采用自动化监测手段实现。采用固定式倾角仪、静力水准仪、钢筋计、表面应变计等传感器，按要求分别预埋或安装在斜柱、顶板等内部或表面。通过数据采集系统与元器件相连，集成供电、数据采集、上传一体化功能，实现无人值守自动化的监测目的。当临时支撑体系受力转换至永久结构受力体系上时，实时监测永久结构受力变化，为置换施工提供指导数据，实现支撑体系受力置换过程中的内力及变形精确控制的目的。
本发明提出的这种新型结构体系具有工业化程度高，施工效率高，安全性强等优点，通过拼接式的方法进行V型斜柱的设计施工，在V柱中间节施工之间就已经确定了各根V型斜柱的倾角，最大限度的减少了确定各根V型斜柱倾角的复杂性，解决了具有不同倾角的V型型钢混凝土斜柱的施工难题，同时通过临时钢管柱提供竖向支撑，待V型斜柱施工完成且达到设计承载强度后，利用临时钢管柱柱顶伺服系统完成体系受力置换，并拆除临时钢管柱，实现了置换过程中的内力及变形精确控制，从而保证结构安全可靠。所需各部件均在工厂预制加工，减少了现场施工工序的繁琐。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，包括结构板、水平向梁、梁-V柱节点和V柱中间节；其中所述梁-V柱节点通过其梁端接头和柱端接头分别与所述水平向梁、V柱中间节连接；V型斜柱由具有不同倾角的V柱中间节和梁-V柱节点的柱端接头构成；其特征在于：
还包括临时钢管柱，所述临时钢管柱的柱芯采用素混凝土浇筑填充，柱顶安装伺服系统法兰盘及钢棒支撑顶板结构；
所述结构板包括顶板、底板及若干中间层结构板；
所述水平向梁包括水平横梁和水平纵梁，以及和所述梁-V柱节点的所述梁端接头连接的连接板，起连接作用的螺栓；
所述梁-V柱节点包括与所述水平向梁、所述V柱中间节分别连接的所述梁端接头和所述柱端接头；所述柱端接头包括带倾角的十字型钢；在所述十字型钢的腹板和翼缘板之间所围成的四个区域均焊有圆孔隔板，所述梁端接头均采用与所述水平向梁相同截面及尺寸的型钢并焊接在所述柱端接头的所述翼缘板上；
所述V柱中间节由带倾角的所述十字型钢和钢筋混凝土现浇而成；其中带倾角的所述十字型钢由1根H型钢和2根T型钢相互焊接形成。
2.根据权利要求1所述的一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，其特征在于：
所述V型斜柱的直径在1.4m到1.8m之间并且倾斜角度不相同。
3.根据权利要求1所述的一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，其特征在于：
所述型钢为高频焊接型钢或热轧型钢或两者组合而成的型钢。
4.根据权利要求1所述的一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，其特征在于：
所述连接板为钢板，所述螺栓为高强螺栓。
5.根据权利要求1所述的一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，其特征在于：
所述梁-V柱节点柱端接头在结构板上侧或下侧或上下两侧均有。
6.根据权利要求1所述的一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构，其特征在于：
所述梁-V柱节点在浇筑混凝土时预留V柱中间节混凝土浇筑导管。
7.一种“V”型型钢混凝土斜柱混合结构的施工方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一：根据设计尺寸在工厂预加工梁-V柱节点，水平向梁和V柱中间节；
步骤二：测量放线：通过对V柱中间节、水平向梁进行建模和人工计算梁-V柱节点安装位置的坐标，根据建模结果和计算结果对比作为放线依据进行放线；
步骤三：预埋钢板及垫层砼浇筑：根据测量放线进行土方开挖及捡底，然后进行梁-V柱节点位置基础钢筋及预埋钢板安装，对预埋钢板标高复测无误后进行垫层砼浇筑；
步骤四：梁-V柱节点安装及固定：在预埋钢板上通过精确测量放线后，安装导向钢板和型钢竖向支撑，然后采用汽车吊安装梁-V柱节点；
步骤五：水平向梁安装及焊接：梁-V柱节点固定后，采用汽车吊吊装水平向梁，水平向梁与梁-V柱节点之间采用一级熔透焊连接并通过连接板和螺栓固定；
步骤六：梁-V柱节点柱端接头圆模底座、钢筋及钢模安装、混凝土浇筑：根据测量控制线安装梁-V柱节点柱端接头钢模底座，在底座内填满沙子，安装柱端接头钢筋，抹砂浆制作混凝土底模，自下而上安装梁-V柱节点柱端接头钢模并采用撑杆固定，然后先浇筑柱端接头混凝土，后绑扎梁板钢筋，浇筑C60砼；
步骤七：水平向梁、结构板钢筋安装，侧模安装及砼浇筑：先安装水平向梁钢筋、后安装结构板钢筋，钢筋验收后安装模板，最后进行板梁砼浇筑，其余各层板梁-V柱节点和水平向梁的施工工艺流程和施工方法重复步骤一至步骤七；
步骤八：V柱中间节安装及定位：V柱中间节安装定位采用小车将V柱中间节运至设计部位再调节V柱中间节倾斜角度，直至与梁-V柱节点柱端接头中心线重合；
步骤九：V柱中间节钢筋安装：V柱中间节的钢筋采用主筋为32根直径32mm的螺纹钢，绑扎前清点数量、类别和型号，上下端钢筋采用接驳器连接，中间采用半灌浆套筒连接；
步骤十：V柱中间节模板安装：V柱中间节模板体系采用定型底座钢模加定型标准钢模现拼组合型模板，根据梁底标高，将斜柱底座模板与由各标准节组拼的钢模板组合为一体，形成斜柱模板；
步骤十一：V柱中间节混凝土浇筑：模板安装时剩余1.4m高度范围先不安装，通过预留模板段进行混凝土浇筑和振捣，同时预安装2根φ100PVC振捣棒引导管，防止振捣棒被钢筋卡住，最后1.4m砼通过顶板浇筑时预留的混凝土浇筑导管浇筑和振捣；
步骤十二：结构受力体系置换：通过临时支撑体系的柱顶伺服系统进行顶升，待完成全部V柱中间节混凝土施工且强度达到验收标准后通过伺服系统千斤顶逐级卸压，拆除伺服系统及临时支撑体系，实现体系受力置换。
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