贵阳花果园R1区7#楼 (逸林酒店, 图1) 位于贵阳市南明区, 是贵阳又一标志性建筑, 是集公寓、酒店功能于一体的超高层项目, 总建筑面积为12.566万m²。地下4层, 层高均为6m。地上50层, 1~5层为商业, 层高均为6m;11层、22层、33层、44层为避难层, 层高均为6m;其余楼层为酒店、公寓及设备房, 其中公寓层高为3.75m, 酒店层高为3.75~5.25m不等;结构高度为226.05m, 采用框架-核心筒结构体系。基础形式为筏板基础、人工挖孔桩及独立基础。外围框支柱采用钢管混凝土组合柱和H型钢混凝土柱。因上下部分建筑功能不同, 在4层、5层设置转换层, 转换层型钢柱平面布置见图2;标准层每层共计20根框架柱, 见图3。

　　 转换层四角为斜交转换柱, 截面尺寸为1 400×1 600, 内置800×600×35×35的H型钢, 材质为Q390GJ-B钢材, 型钢柱钢骨腹板及翼缘厚35mm, 具体配筋见图4。

　　 斜交转换柱倾斜角度分别为54°, 75°, 立面图见图5。设置斜交转换柱与上下层框支柱相连, 使结构受力传递比较明确, 减小了梁的剪力, 使梁的剪压比大幅度减小;使斜交转换柱承受竖向荷载的同时承受水平力, 成为重要的抗侧力构件;在大震作用下改变转换梁屈服机制, 使梁与斜交转换柱相交的位置先出现塑性铰, 从而有效地保护梁柱节点, 有利于结构抗震。斜交转换柱大样见图6。

　　 根据结构施工图及现行混凝土结构、钢结构相关规范, 对钢结构进行深化设计, 主要以吊装方便、施工时间短、现场焊接量少、施工质量可控为原则, 同时考虑降低混凝土浇筑难度, 经设计院审核确认后作为加工、施工依据^[1]。

　　 型钢混凝土斜交转换柱制作流程如下:下料→组装H型钢、T形钢→焊接H型钢、T形钢→矫正→配穿筋孔→组装十字柱→编号→焊接十字柱→焊接栓钉→尺寸、外观质量检查→焊缝检测→除锈→成品验收。

　　 在钢结构施工前进行焊接工艺评定、型钢柱组装, 并对组装试件进行检查, 合格后方可施工^[2]。

　　 现场选用JP7527塔吊, 布置在核心筒内, 臂长50m, 最大吊装5.8t。为满足吊装要求, 确保安装精度, 将斜交转换柱内的型钢构件 (共12m长) 合成整体考虑, 型钢构件上下端与中间部分分离^[3], 见图7, 型钢构件分为1, 2, 3, 4共四部分, 第3, 4部分为型钢构件起脚部分, 为钢管混凝土组合柱, 在工厂连接;第1, 2部分为斜交转换柱型钢构件。各部分最大重量47k N, 满足塔吊起吊重量要求。

　　 图3 标准层型钢柱平面布置图

　　 利用Tekla Structures软件进行三维建模, 选取斜交转换柱内型钢构件重心为吊装点, 使吊装过程中型钢构件角度保持为安装固定后的斜度^[4], 如图8所示。

　　 将斜交转换柱内型钢构件按照如下顺序吊装、安装:构件运至塔吊吊装范围内→根据构件固定的吊装点吊装就位→连接板固定→检查平面位置、垂直度、轴线偏差→复核调整→点焊固定→焊接翼缘板、腹板→焊缝外观检查→超声波探伤。

　　 吊装时先吊装2号型钢构件 (图8、图9 (a) ) , 吊装定位后, 通过连接板初步固定, 使用吊锤、全站仪检查垂直度及标高。

　　 焊接2号型钢构件后, 及时监测其垂直度、标高及轴线位移偏差, 无误后吊装1号型钢构件 (图8、图9 (b) ) , 吊装定位后, 通过连接板初步固定, 校正平面位置、垂直度、标高后再进行焊接。焊接前型钢构件的垂直度、标高及轴线复核是安装中极其关键和重要的工序, 其安装精度直接影响斜交转换柱保护层及结构受力, 在施工过程中必须反复做好监测及校核。

　　 焊接后, 使用吊锤、水准仪及全站仪及时监测斜交转换柱内型钢构件的轴线位移偏差、标高及垂直度, 确保斜交转换柱内型钢构件位置准确。

　　 根据施工图, 利用Tekla Structures模型 (图10) , 按照钢筋大小、定位、间距对斜交转换柱内钢筋放样, 在模型中根据碰撞情况对受到钢柱、钢梁及加腋区等影响的钢筋进行优化。

　　 为减小施工难度, 在斜交转换柱纵筋与钢梁碰撞位置, 采用20mm厚Q345B连接板焊接连接柱纵筋和钢梁, 连接板截面尺寸为150×400, 连接板与钢梁、钢筋采用气体保护焊角焊缝连接, 如图11 (a) 所示。

　　 梁柱节点区为箍筋加密区, 箍筋间距较小, 加密箍筋与钢梁腹板碰撞, 无法直接施工柱箍筋, 为此, 在钢梁两侧焊接20mm厚Q345B连接板, 连接板宽度为15cm, 采用角焊缝焊接连接, 钢筋与连接板采用二氧化碳气体保护焊焊接, 焊接长度为5d (d为钢筋直径) , 双面焊接, 如图11 (b) , (c) 所示。

　　 斜交转换柱起始位置与钢管混凝土组合柱相交, 其配筋按照各自纵筋及箍筋配筋, 箍筋相互影响, 焊接量大且钢筋密度大, 若通过连接板与钢管混凝土组合柱焊接连接, 则斜向连接板影响混凝土流动, 混凝土浇捣过程中不易浇捣密实, 容易产生蜂窝、麻面、露筋。经优化, 斜交转换柱起脚部位节点区箍筋单独设计 (图12) , 箍筋垂直于钢管混凝土组合柱布置, 包裹斜交转换柱和立柱型钢。

　　 斜交转换柱与箱形柱相交部位为箍筋加密区, 其箍筋设置方式同钢管混凝土组合柱处节点箍筋, 经优化, 将此区域内斜交转换柱箍筋及箱形柱箍筋合二为一 (图13) , 包裹箱形柱和斜交转换柱。

　　 斜交转换柱截面尺寸为1 400×1 600, 柱内为截面尺寸为800×600×35×35的H型钢, 按照常规方法穿对拉螺杆施工难度大, 为此采用刚度较大的槽钢加固:柱模板采用15mm厚高强度覆面木胶合板, 次楞采用间距为200mm的钢管, 钢管截面为48×3.0;主楞采用10#双槽钢, 竖向间距为500mm, 起步步距为200mm。M20螺杆四角加固, 加配套双螺帽螺母加固, 确保加固牢固。斜交转换柱模板安装及加固见图14。

　　 钢管混凝土组合柱和斜交转换柱节点处, 沿钢管柱高度间隔500mm布置主楞, 节点最大边长3.4m, 边长大于1.6m时, 中间加设两道M16对拉螺杆, 对拉螺杆与型钢焊接牢固。为避免钢管混凝土组合柱斜向滑移失效, 采用钢管斜撑加固, 沿柱宽布置3根竖向支撑钢管, 各支撑钢管采用水平杆连接成整体, 以保证支撑钢管的整体性和均匀受力。钢管混凝土组合柱和斜交转换柱节点安装及加固示意见图15。

　　 斜交转换柱钢筋较密, 且混凝土为斜向流下, 施工过程中不易振捣密实, 经优化, 将C60混凝土改为C60自密实混凝土。浇筑时安排工人在柱模板外侧用小锤敲击, 确保混凝土浇筑密实。

　　 54°倾斜的斜交转换柱混凝土浇筑顺序如下:1) 从柱底向上分段浇筑, 先浇筑钢管混凝土组合柱, 后浇筑斜交转换柱;2) 第一段浇筑至斜交转换柱分叉位置上方10cm处, 浇筑高度约为1.7m;3) 其余分段浇筑高度为1m, 分3次浇筑至梁底;浇筑顺序示意见图16。

　　 整个型钢混凝土斜交转换柱转换层施工共用时17d, 其中斜交转换柱吊装、焊接用时6d, 墙柱钢筋绑扎用时5d, 内架搭设、梁板钢筋绑扎用时5d, 混凝土浇筑用时1d, 转换层总体较标准层施工用时多10d。

　　 钢结构进场验收时, 根据深化设计图纸核对构件材质、编号、尺寸、开洞位置及大小、焊接检测报告等, 在进场前做好交底及质量要求, 检测工厂焊缝质量, 严格把控进场质量。

　　 钢结构垂直度直接影响型钢柱的保护层厚度和结构受力, 而在加工、安装及焊接过程中, 都存在不同程度影响垂直度及标高的因素, 必须全过程、全部复核型钢柱垂直度和标高, 确保柱内型钢垂直度及标高等符合规范及图纸要求。

　　 焊缝作为钢结构薄弱区域受人为因素影响较大, 必须严格执行工艺评定和探伤检测要求。焊接时严格按焊接工艺进行, 打底焊及每一层焊道焊完后及时清理, 如发现焊接质量缺陷, 必须清除后再焊, 对于未焊满、根部收缩、咬边等问题, 按照规定要求进行补焊;对表面夹渣、气孔及电弧擦伤等问题, 用砂轮打磨平整, 较严重的缺陷需刨开焊缝, 再重新焊接;对于内部损伤、接头不良等问题则必须刨开重焊;对于裂纹问题则需要鉴定之后拟定专业返修方案。斜交转换柱焊接实景见图17。

　　 型钢混凝土斜交转换柱柱脚部位箍筋施工麻烦且质量不易保证, 建议在类似工程中宜综合考虑斜交转换柱和立柱节点区受力, 单独设置箍筋;型钢梁柱节点部位箍筋加密区的箍筋受到钢梁影响, 无法按照常规工艺施工, 且钢梁穿孔对其受力削弱较大, 宜将箍筋分段, 通过焊接连接板方式与钢梁连接。

　　 BIM技术现已被广泛应用于结构设计及施工中, 在施工前进行模拟施工并优化节点, 可以很大程度上提前发现、解决图纸中存在的问题。

　　 钢结构施工过程中, 总包单位管理的重难点即为钢结构与土建的对接、协调, 尤其是钢筋工程与钢结构, 通过Tekla Structures软件建模, 可以在施工前进行模拟施工, 提前解决钢筋放样、下料等问题, 合理进行工序安排, 保证施工工期。

　　 通过贵阳花果园R1区7#楼 (逸林酒店) 项目型钢混凝土斜交转换柱施工过程中的优化及总结, 对斜交转换柱制作、安装、钢筋优化及模板内支撑加固等方面进行施工过程分析, 提出了型钢混凝土斜交转换柱施工优化及施工措施, 提高了施工效率和钢结构与土建部分的衔接效率, 缩短了施工工期, 保证了工程质量, 为后续类似工程施工提供参考。