伍 洲 中國水利水電第八工程局有限公司

1 前言

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般呈現(xiàn)在人們面前。為了滿足更多的建筑使用功能要求，優(yōu)化建筑空間布局、提高空間利用率，異型柱的運用越加廣泛。結(jié)合高層建筑工程實踐經(jīng)驗分析可知，異型柱的施工相對復雜，加強相關工法研究具有重要意義。

2 異型柱的產(chǎn)生背景

基于我國現(xiàn)代建筑工程發(fā)展情況來看，傳統(tǒng)方矩形柱在室內(nèi)有柱角突出，如圖1（a），既影響室內(nèi)觀瞻效果，又減少了建筑的使用面積，為解決柱角突出這一問題，異型柱應運而生。異型柱是指柱截面形狀為T形、L形和十字形，如圖1（b），且截面各肢寬厚比不大于4的柱。異型柱的柱肢與墻體平齊，避免室內(nèi)柱角外露，改善住宅室內(nèi)使用環(huán)境，便于家具擺放，提高室內(nèi)空間利用效率，綜合經(jīng)濟效益明顯，日益受到建筑設計師、開發(fā)商和用戶的歡迎。

圖1 方形柱與異型柱示意圖

結(jié)合我國高層建筑工程實踐經(jīng)驗分析可知，異型柱的應用優(yōu)勢可歸納如下：

（1）異型柱肢厚與填充墻基本一致，有效減少了建筑內(nèi)部柱棱角凸出等問題，建筑使用面積大幅增加。

（2）異型柱的使用可有效解決傳統(tǒng)的柱腳凸出問題，整體空間更加整齊，室內(nèi)布置更合理有序，在美觀性方面優(yōu)勢明顯。

（3）高層建筑施工中需合理布置異型柱，由此獲得良好的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

3 異型柱施工工法在高層建筑施工中的應用

近年來，高層建筑施工中異型柱的運用越來越廣泛，除了鋼筋混凝土異型柱以外，鋼骨混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土等異型柱結(jié)構(gòu)也逐漸發(fā)展起來，下文主要就此展開詳細分析。

3.1 施工材料

異型柱截面相比矩形柱復雜，柱肢比較薄，截面形心和剪心往往不重合，在水平荷載作用下易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。同時，鋼筋混凝土異型柱的抗震性能較差，JGJ 149—2017《混凝土異型柱結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》對異型柱結(jié)構(gòu)體系的使用范圍有嚴格要求，鋼筋混凝土異型柱只能適用于抗震設防烈度為八度（0.3g）及八度以下地區(qū)，且建筑最大使用高度也低于同等條件下的矩形柱結(jié)構(gòu)，見表1。

表1 混凝土異型柱和方形柱結(jié)構(gòu)的建筑最大適用高度（m）

鋼骨混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土等異型柱結(jié)構(gòu)在這種背景下應運而生，鋼骨、型鋼以及鋼管等可約束核心混凝土，從而使混凝土的強度和延性得以改善，同時由于混凝土對異形鋼管、鋼骨、型鋼的支撐作用，可有效提升其屈曲承載力。鋼管、鋼骨、型鋼與混凝土之間的相互作用使得此類異型柱的剛度、承載力和延性均比鋼筋混凝土異型柱有很大提高，抗震性能得到極大改善，從而使異型柱結(jié)構(gòu)能夠用于高設防烈度地區(qū)，同時房屋最大適用高度也能得到顯著增大，綜合經(jīng)濟性能提升明顯。

3.2 異型柱施工工法

3.2.1 基本工藝流程

結(jié)合相關建筑施工經(jīng)驗可得，異型柱施工流程如圖2所示。

圖2 異型柱施工流程

異型柱結(jié)構(gòu)特殊，陰角加固不便，幾何形狀不易控制，澆筑難度大，因此施工中必須重視內(nèi)側(cè)模板固定、混凝土澆筑、結(jié)構(gòu)棱角處成品保護等工作，獲得可靠的異型柱成型質(zhì)量，滿足設計要求，發(fā)揮相應的承載性能。

3.2.2 施工要點

混凝土異型柱施工要點如下：

（1）施工準備：完善材料驗收、保管工作，主要材料包括：模板、鋼筋、混凝土等，施工機具設備均備齊，做好相關驗收、維修、保養(yǎng)工作，確保異型柱施工中設備運轉(zhuǎn)正常。

（2）鋼筋與模板安裝：嚴格按規(guī)定綁扎鋼筋、安裝模板，縱向鋼筋接頭位置設在構(gòu)件受力較小處；做好模板加固工作，十字形柱的翼緣相對較窄，四邊象限區(qū)需定制相應尺寸的木盒，完成安裝后正常加固。

（3）混凝土施工：主要施工工法包括泵送法、高位拋落法以及人工澆搗等，需根據(jù)實際情況合理選擇澆筑方法，工程實踐中可采取多種方法互為配合，確?；炷撩軐嵍冗_標。

（4）拆模：按規(guī)定順序拆模，做好成品保護，混凝土養(yǎng)護時間≥14d。

值得注意的是，鋼骨、型鋼、鋼管混凝土異型柱施工具有一定的特殊性，其符合建筑裝配化和工業(yè)化的發(fā)展要求。柱鋼骨、型鋼、鋼管和鋼梁運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后進行梁柱節(jié)點的栓焊連接，且現(xiàn)場濕作業(yè)量較少。

4 工程案例

4.1 工程概況

本工程二層面向樓前高架處16 根異型清水混凝土柱，柱投影面為凸字形，柱高5.4m，柱底凸字造型自下至上同比例斜向收小。柱內(nèi)設有勁性鋼骨架，鋼骨架翼緣板與混凝土外表面外平，鋼結(jié)構(gòu)屋面及雨棚桿件與翼緣板相連。清水混凝土柱模板拼縫整潔規(guī)整，給予異型柱賦予一種獨特而又簡約的視覺效果。

4.2 異型柱結(jié)構(gòu)參數(shù)

16根異型清水混凝土柱，共有5種不同規(guī)格，具體構(gòu)件尺寸見表2，異型柱截面尺寸形式較多，本次僅對最具代表性的KZ2 柱進行詳細介紹，柱主筋為55 根Ф36，箍筋為Ф16 拉鉤。勁性鋼骨架為H700×220×30×30 型鋼，型鋼上焊接30mm 厚鋼板由內(nèi)向外延伸，翼緣板表面與混凝土柱邊齊平，采用焊接方式與桁架下弦桿件連接，見表2。

表2 異型勁性柱構(gòu)件尺寸表

4.3 異型柱施工難點

異型柱建筑效果為清水，施工后不進行任何裝飾，展現(xiàn)混凝土本色，混凝土原材料控制要求較高，防止出現(xiàn)色差。同時鋼筋排布較密，柱內(nèi)設有鋼骨架，混凝土澆筑和振搗難度較大。

異型柱截面成凸字形，豎向變截面收小，而且立柱截面尺寸呈現(xiàn)多樣化，不具有一定的通用性，給予模板體系的設計造成較大難度。另外伸鋼骨架與柱邊平，鋼構(gòu)件的加工誤差也給予模板體系設計造成一定難度，大量細部節(jié)點仍需優(yōu)化。

4.4 異型柱施工技術要點

4.4.1 模板體系的選擇

異型變截面清水混凝土柱，為確保成型后的立柱整體效果，不考慮常規(guī)的散裝散拼的木模。最初考慮兩種模板體系，一種是定型化鋼模，另一種是工具式拼裝木模。由于異型柱截面形式多樣化，模板通用性差，周轉(zhuǎn)利用率低，采用定型化鋼模成本較高，同時外伸的鋼骨架加工存在不可避免的誤差，鋼模板的尺寸偏差調(diào)整能力較差，鋼模安裝難度非常大。

綜合各方面因素考慮，最終決定采用工具式拼裝木模板。其模板體系采用木模板與木工字梁固定拼裝成型，對于不同截面尺寸的異型柱，面板大小可以進行局部拆除微調(diào)，無需加工不同類型立柱模板。另外木模面板與鋼骨架外伸段節(jié)點，可根據(jù)鋼骨架實際加工情況，現(xiàn)場開設埋件洞口，可調(diào)整余地較大，施工速度快。

4.4.2 工具式模板體系設計

異型柱分為4塊工具式大模板，大模板的面板為18mm厚的國產(chǎn)芬蘭板，面板與木工字梁拼裝固定成工具式大模板，異型柱凹欠部位定制木柱填充。工具式大模板吊裝就位后采用雙拼10#槽鋼@300mm～600mm 抱箍固定（柱底間距300mm，由下至上間距逐漸放大），抱箍之間采用直徑20mm 的精軋螺紋鋼對拉固定。

4.4.3 混凝土配合比設計

為確保清水混凝土柱無色差，必須采用同一品牌、同一批次生產(chǎn)的水泥。為防止鋼筋較密，混凝土澆筑不密實，碎石需采用5mm～25mm的小粒徑石子及上海建工材料公司自主研發(fā)的外加劑，以提高混凝土的流動性。

4.4.4 施工方案

（1）工具式模板拼裝：拼裝工具式模板需一塊10m×10m的平整場地，將國產(chǎn)芬蘭板以1220mm 的分縫模數(shù)平鋪在地坪上，再將木工字梁以259mm間距放置在面板之上，用自攻螺絲從木梁背面將木梁與面板固定，拼縫處粘貼雙面膠防止漏漿。異型柱凸邊需定制木柱安裝在大模板之上，按照設計圖紙對勁性鋼骨架埋件位置進行現(xiàn)場面板開洞。最后將大模板整體翻轉(zhuǎn)后，用連接爪將雙拼槽鋼按照方案間距要求掛在木工字梁上。

（2）鋼筋加工及綁扎：異型柱截面尺寸自下至下收小，采用三維建模技術放樣，模型內(nèi)1∶1 繪制鋼筋，模擬施工時鋼筋與鋼骨架的碰撞問題，確認無誤后進行鋼筋加工。鋼筋綁扎材料需選用20 號鍍鋅鐵絲，防止扎絲生銹導致混凝土柱局部泛黃。墊塊采用灰色圓形塑料墊塊。

（3）工具式模板的安裝：模板安裝前需刷金龍魚油，木工字梁末端安裝吊裝配件。采用25t 汽車吊將工具式大模板整體吊起平移至異型柱側(cè)邊，用鋼管斜撐進行臨時固定。待四塊大模板均吊裝就位后，采用M20 的精軋螺紋鋼對拉螺桿將雙拼槽鋼斜向固定牢固。

（4）細部節(jié)點處理：陽角部位兩面模板宜直接搭接，陰角部位應配置陰角模，角模面板之間宜45°斜口連接。異型柱底部使用L50×5角鋼圍成一個方框用于固定模板，使用直徑8mm的自攻螺絲與地面固定。模板擱置在鋼框外側(cè)，為防止漏漿，在模板下墊0.5mm厚橡膠條。

4.5 施工效果

4.5.1 質(zhì)量方面

異型變截面清水混凝土勁性柱利用工具式大木模進行施工，整體模板體系設計較為合理，各細部節(jié)點考慮周全，模板安裝就位后，混凝土澆筑過程中未出現(xiàn)漏漿及模板變形現(xiàn)象。拆模后混凝土表面平整光澤，無蜂窩麻面，取得了較好的實施效果。

4.5.2 進度方面

采用工具式大模板施工技術，一旦大模板拼裝完畢后，只要鋼筋綁扎和鋼骨架加工能滿足現(xiàn)場施工進度要求。異型變截面清水混凝土勁性柱單個施工周期為4d。其相比鋼模，重量較輕，分塊較少，只有4大塊面板，安裝就位及精調(diào)可以在1d內(nèi)完成，達到了預期的進度要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代高層建筑工程實施中，為滿足不同的建筑功能、平面布置要求，異型柱逐漸得到了廣泛的運用。結(jié)合建筑工程實踐經(jīng)驗分析可得，異型柱截面不規(guī)則，施工復雜且難度較大，對此必須根據(jù)項目情況合理選擇異型柱施工材料與工法，制定專項施工方案，規(guī)范落實各道工序，切實保證異型柱成型質(zhì)量滿足要求。