竖向结构中采用钢管混凝土优化结构及钢管支撑安装方法与流程

本发明涉及混凝土优化结构领域，特别是涉及竖向结构中采用钢管混凝土优化结构及钢管支撑安装方法。

背景技术：

在大型建筑施工现场，地下室主体完成后，地上往往存在多项作业平行施工，如顶板施工机械作业、材料周转临时集中堆放、土建地上施工、钢结构地面拼装等，使得局部地下室顶板可能承受超载现象或出现一些承力薄弱点，从而可能导致梁板混凝土结构开裂、形变以及平面水平倾斜等现象，甚至发生局部或整体结构坍塌等不可逆事故，严重影响了主体结构质量，存在着较大的安全隐患。为保证现场安全、质量可控且其他作业正常，最关键的是如何将既有建筑在保证其结构安全条件下将其托起，改变传力路线，这也是困搅施工技术人员的难题，施工现场常见改善传力方法往往是将整根钢管柱通过机械吊装、人工牵引与控制固定到相应的结构薄弱点后再校正调整，此法难以保证钢柱支撑安装精度，施工期间需要大量人工与机械，若当地下室空间有限或者支撑结构要穿过楼板时，采用该类方法施工难度系数较大，且在移动、调整钢管的过程中钢管支撑柱可能与地下室顶板梁柱、楼板或地面发生不同程度的碰撞，造成混凝土结构破坏，同时也存在安全隐患。

因此目前，施工现场用来改善结构传力的方法主要由以下几点缺陷：1）由于地下室空间限制，整根钢管柱的起吊、运输、安装过程困难，作业人员需要持续施加控制平衡的力，对体力消耗较大，同时，大型钢管柱在移动控制过程中容易与混凝土结构发生碰撞，造成结构不同程度破坏，且结构安装完成后不能保证钢柱上表面与混凝土结构下表面没有空隙；2）钢管柱基座处地面可能存在凹凸不平的现象，需要人工凿毛、找平并清理干净，导致浪费人工，且不满足绿色施工的要求，当钢管柱高度、质量较大时，在安装过程中可能会破坏已找平地面，造成结构与地面不垂直，存在安全隐患；3）钢管柱底部基座嵌固端未有较好加固，当其突遇冲击荷载或横向荷载时，由于钢管支撑柱过高，可能会发生柱体整体倾覆，存在安全隐患。

因此申请人提出竖向结构中采用钢管混凝土优化结构及钢管支撑安装方法。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供竖向结构中采用钢管混凝土优化结构及钢管支撑安装方法，保证在拆除地下室排架后，地上荷载不会对已经浇筑完成的地下室梁板造成破坏，从而确保地下室主体工程的安全，提高地下室的施工质量，为达此目的，本发明提供竖向结构中采用钢管混凝土优化结构，包括混凝土垫层、地锚螺栓、钢管柱下部支撑端板、侧向支撑加劲板、六角螺母、下部支撑钢管柱、中部支撑钢管柱、预埋吊环、耳板、上部支撑钢管柱、钢管柱上部支撑端板和中部加固钢管，所述地锚螺栓预埋在混凝土垫层内并至地面，所述钢管柱下部支撑端板在地面上，所述下部支撑钢管柱设置在钢管柱下部支撑端板上，所述下部支撑钢管柱上有中部支撑钢管柱，所述中部支撑钢管柱上有上部支撑钢管柱，所述中部支撑钢管柱穿过中层楼板，所述中部支撑钢管柱穿过中层楼板外侧洞口有成井字设置的中部加固钢管，所述中部支撑钢管柱与下部支撑钢管柱和上部支撑钢管柱之间通过端部的耳板及配套螺杆和六角螺母，所述上部支撑钢管柱顶端有钢管柱上部支撑端板。

作为本发明竖向结构中采用钢管混凝土优化结构进一步改进，所述下部支撑钢管柱与混凝土垫层相接触部分外侧以及上部支撑钢管柱与钢管柱上部支撑端板相接触部分外侧等角度设置有4个侧向支撑加劲板。

作为本发明竖向结构中采用钢管混凝土优化结构进一步改进，所述中层楼板上有预埋吊环（8）。

作为本发明竖向结构中采用钢管混凝土优化结构进一步改进，所述预埋吊环选用hpb300冷弯不带肋钢筋。

本发明提供一种竖向结构中采用钢管混凝土优化结构安装方法，具体步骤如下：

1）通过软件建模与分析，确定钢管柱支撑点的位置和数量，在地下室基础浇筑前预先在制定点浇筑钢管支撑结构混凝土垫层，且埋置地锚螺栓，待地下一层楼面浇筑时在相应位置预先留置洞口且埋置预埋吊环；

2）安装下部支撑结构，利用之前预留的地锚螺栓与钢管柱下部支撑端板通过六角螺母调整拧紧固定后，向下部支撑钢管柱内浇筑约50cm高混凝土；

3）吊装中部支撑钢管柱，在预留洞口处采用钢丝绳，连接中部支撑钢管柱耳板、预先埋置吊环以及手拉葫芦将中部支撑钢管柱吊置预定位置，对准坡口上十字定位线，初步校正后采用大六角螺栓螺母与结构耳板初步固定方位;

4）利用中部支撑钢管柱下口预制坡口，对中下钢管柱进行焊接;

5）利用起重机械吊装上部支撑钢管，使其钢管柱上部支撑端板紧紧撑梁下侧，校正后采用大六角螺栓、连接板初步固定

6）沿着上部支撑钢管柱下口预制坡口，对上、中钢管柱进行焊接固定;

7）焊接完成后对焊接部位进行余热处理。

作为本发明竖向结构中采用钢管混凝土优化结构安装方法进一步改进，步骤1）中软件建模包括bim建模软件。

本发明提供了竖向结构中采用钢管混凝土优化结构及钢管支撑安装方法，设计点如下：

1、此传力方法改变了结构传力路径，将地下室顶板施工荷载直接通过钢管支撑柱传递到地面，过程设计合理，省时省力；

2、由于组成结构的三个部分之间均采用坡口精确焊接，结构整体稳定性强，且结构下部才事先预埋螺栓，之后再安装、混凝土灌芯大大增加了结构底部的稳定性，适用于施工现场大多数地基情况；

3、整个钢管柱支撑体系的部分辅助结构采用事先预留的施工工艺，其中包括预埋地锚螺栓，减少了混凝土基座凿毛开孔找平的作业量;在中间层楼板预埋吊环，用于辅助钢管吊装安转，且均满足绿色施工要求；

4、支撑钢管柱采用分段分批吊装安装固定，大大降低整体施工难易程度与场地需求，且整个施工过程质量更易控制；

5、由于整根钢管柱是组合结构，拆卸安装可重复利用，体现了绿色环保的施工要求；

6、当支撑结构拆除后，与混凝土接触面无明显裂缝、变形等质量缺陷;

7、由于钢柱支撑结构采取分段分批安装，因此可以控制支撑结构与薄弱点混凝土面交界处没有空隙。

8、该方法对以后现场各种改善结构传力措施提供了有价值的借鉴和推广使用价值。

附图说明

图1为本发明钢管混凝土柱传力结构示意图；

图2为本发明垫层与地锚螺栓示意图；

图3为本发明支撑钢管柱下部结构示意图；

图4为本发明支撑钢管柱中部结构示意图；

图5为本发明支撑钢管柱上部结构示意图；

图中：1、混凝土垫层；2、地锚螺栓；3、钢管柱下部支撑端板；4、侧向支撑加劲板；5、六角螺母；6、下部支撑钢管柱；7、中部支撑钢管柱；8、预埋吊环；9、耳板；10、上部支撑钢管柱；11、钢管柱上部支撑端板；12、中部加固钢管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供竖向结构中采用钢管混凝土优化结构及钢管支撑安装方法，保证在拆除地下室排架后，地上荷载不会对已经浇筑完成的地下室梁板造成破坏，从而确保地下室主体工程的安全，提高地下室的施工质量。

作为本发明一种实施例，本申请提供如图1-5所示的一种竖向结构中采用钢管混凝土改善结构传力方法，主要由混凝土垫层1、地锚螺栓2、钢管柱下部支撑端板3、侧向支撑加劲板4、六角螺母5、下部支撑钢管柱6、中部支撑钢管柱7、预埋吊环8、耳板9、上部支撑钢管柱10、钢管柱上部支撑端板11、中部加固钢管12支撑组成。所述混凝土垫层1作用主要有预埋地锚螺栓2有预埋，使钢柱下表面接触面平整，同时起到保护基础的作用；所述地锚螺栓2预埋至地面，用来连接固定钢管柱支撑；所述钢管柱下部支撑端板3，增大与地面的接触面积，保证结构整体稳定性；所述侧向支撑加劲板4，在钢管柱上下两端提供侧向支撑，有效辅助结构传力，同时防止结构扭曲变形；所述六角螺母5，与螺杆配合，主要起到连接与固定结构的作用；所述下部支撑钢管柱6，为支撑钢管柱与地面接触部分，是主要受力及传力构件；所述中部支撑钢管柱7，为支撑钢管柱与中间部分，是主要受力及传力构件；所述预埋吊环8，预埋至中层楼板中，与钢丝绳、起重机械一起辅助中部支撑钢管柱7完成安装，吊环材料选用hpb300冷弯不带肋钢筋，从而保证吊环具有足够的塑性，；所述耳板9，主要用来辅助起吊安装与连接固定钢管柱的作用；所述上部支撑钢管柱10，为支撑钢管柱与上次梁板接触部分，是主要受力及传力构件；所述钢管柱上部支撑端板11，增大与上部承力构件的接触面积，保证钢管柱传力均匀；所述中部加固钢管支撑12，主要作用是在洞口处固定加固钢管柱，避免移位和扭转，同时在洞口处起到一定安全防护作用。

本申请竖向结构中采用钢管混凝土优化结构安装步骤如下：

1、通过bim建模与分析，确定钢管柱支撑点的位置和数量，在地下室基础浇筑前预先在制定点浇筑钢管支撑结构混凝土垫层1，且埋置地锚螺栓2，待地下一层楼面浇筑时在相应位置预先留置洞口且埋置预埋吊环8；

2、安装下部支撑结构，利用之前预留的地锚螺栓2与钢管柱下部支撑端板3通过六角螺母5调整拧紧固定后，向下部支撑钢管柱6内浇筑约50cm高混凝土，增强整体嵌固作用，保证钢管柱在冲击荷载作用下仍能保持结构稳定；

3、吊装中部支撑钢管柱7，在预留洞口处采用钢丝绳，连接中部支撑钢管柱耳板9、预先埋置吊环8以及手拉葫芦将中部支撑钢管柱吊置预定位置，对准坡口上十字定位线，初步校正后采用大六角螺栓螺母与结构耳板9初步固定方位;

4、利用中部支撑钢管柱7下口预制坡口，对中下钢管柱进行焊接，开坡口的主要作用不仅是为了保证焊缝根部焊透，使焊接热源能深入接头根部，以保证接头质量，而且还能起到调节基本金属与填充金属比例的作用;

5、利用起重机械吊装上部支撑钢管10，使其钢管柱上部支撑端板11紧紧撑梁下侧，校正后采用大六角螺栓、连接板初步固定

6、沿着上部支撑钢管柱下口预制坡口，对上、中钢管柱进行焊接固定;

7、焊接完成后对焊接部位进行余热处理，减少焊接应力，同时待焊接部位散热后及时涂抹防锈漆，以保证焊缝质量。

本申请实施已经应用于南京美术馆新馆项目地下室结构，通过改变结构传力途径，将地下室顶部的施工荷载直接通过竖向钢管柱传到结构基础，成功解决了地下室顶板部分区域荷载过大或者复杂节点受力薄弱的问题，同时通过分段吊装、安装钢管柱的方法，降低了施工难度，避免了大型机械的使用，使得整个过程可操作性增加，更易做到整个支撑结构的质量控制，装置拆除后，顶板混凝土结构表面无明显裂缝，结构质量有所保证。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

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