福泰动力发动机2号厂房工程位于池州市经济开发区, 建筑面积约4万m², 设计建筑高度9.30m, 局部檐口高度14.62m, 室内外高差0.30m。本工程采用杯口式独立承台基础, 基础底埋深-2.1m, 局部-3.0m。厂房柱采用方形钢管混凝土柱, 共156根, 钢管内采用C40微膨胀混凝土。该厂房采用钢结构柱 (以下简称钢柱) 与构造柱滑动连接技术, 每根钢柱沿高度方向设置限位器, 限位器间距<1m, 避免由于钢柱与构造柱材料性质不同, 在外力的作用下两者变形协调不一致, 导致构造柱发生破坏甚至坍塌, 造成安全事故。

1) 该技术通过采用滑动连接装置, 用聚四氟乙烯将构造柱与钢柱隔离, 既保证构造柱与钢柱的整体性, 又能保证其各自相对独立性, 避免了构造柱与钢柱在不同的变形下对构造柱产生破坏。

2) 采用构造柱与钢柱滑动连接装置, 施工方便, 可操作性强, 避免了构造柱与钢柱在不同变形下的损坏, 保证了墙体的安全和质量。

3) 采用构造柱与钢柱滑动连接装置, 避免了构造柱与钢柱由于变形协调不一致引起的墙体裂缝, 减少了后期对墙体的修补, 提高了经济效益。

4) 采用构造柱与钢柱滑动连接装置, 可以对构造柱与钢柱进行滑动连接, 提高了整体性, 增强了建筑物的抗震效果。

在构造柱施工前, 将构造柱与钢柱滑动连接装置中的滑动板焊接在钢柱表面, 并将限位器与滑动板相连, 与限位器相连的钢筋焊接在构造柱主筋上, 使构造柱与限位器形成一固定整体, 并与钢柱形成滑动连接, 形成一个整体。在钢柱上贴聚四氟乙烯材料, 使构造柱与钢柱可以相对独立, 避免了构造柱和钢柱在不同变形下产生破坏。之后浇筑构造柱混凝土施工, 使其安全可靠。滑动连接器装置如图1所示。

施工工艺流程为:施工准备→脚手架搭设→固定聚四氟乙烯→安装滑动连接器→焊接两边密闭钢板→绑扎构造柱钢筋、焊接末端钢筋→砌体砌筑施工→构造柱模板安装→混凝土施工→养护及模板拆除→验收。

设计施工图纸和有关技术资料文件齐全;滑动连接器采用厚8mm钢板在加工厂加工制作, 滑动装置距离应根据实际受力变形计算确定。编制施工方案、经监理工程师认可, 并已完成技术交底。

清理与构造柱连接侧的钢柱表面, 做到无凸起和其他表面浮浆。聚四氟乙烯宽度与钢柱宽度相同, 将聚四氟乙烯一端卷在短钢筋上并固定在钢柱顶部, 放下聚四氟乙烯, 聚四氟乙烯长度与钢柱高度相同, 聚四氟乙烯每隔1m用细铅丝与钢柱固定。

1) 根据厂房实际受力情况及变形大小, 经过设计计算验证, 确定每根钢柱与构造柱滑动连接所需连接器数量和位置, 现场根据设计图纸进行测量定位, 在每个钢柱上准确地标出连接器、橡胶垫的位置。

2) 将加工厂制作好的连接器进行现场安装, 主要包括滑动轨道、滑槽、橡胶垫、末端弯钩钢筋、密封板。安装滑动连接器时, 先将滑动板焊接在特定位置的钢柱上, 焊条采用E5015, 上、下满焊焊死。

3) 限位器与钢柱间添加2mm橡胶垫进行分隔。在限位器与滑动板连接前, 用胶水将橡胶垫粘贴在钢柱对应位置上。将限位器有卡口的一端安装在滑动板上, 形成滑动连接。在限位器两边采用2mm厚钢板, 将限位器两边封死, 防止混凝土灌注后进入限位器内, 确保滑动连接正常。滑动连接器的焊接如图2所示。

4) 锚固钢筋末端与构造柱主筋采用E4303焊条焊接, 确保限位器与构造柱形成一个整体。

1) 构造柱钢筋直径规格应符合施工设计图纸及规范要求, 绑扎点要牢固可靠, 避免错位和滑移。箍筋开口应相互错开, 竖向搭接长度≥35d, 箍筋间距应按设计图纸要求, 且构造柱竖向两端搭接范围内箍筋应按设计要求加密, 加密区箍筋间距100mm, 箍筋端头呈135°, 平直长度≥10d。钢筋绑扎完毕后加设塑料保护层垫块。

2) 墙高>4m时, 应加设通长混凝土构造圈梁, 并根据柱轴线定位, 校核主筋位置。圈梁和构造柱钢筋交接处, 圈梁钢筋要放在构造柱内侧, 锚入柱内长度35d。

3) 按规范规定, 砌体与混凝土构造柱之间应设置拉结钢筋。拉结钢筋应沿砌筑全高设置, 拉结筋间距为2块砌体厚度。设置26.5拉结筋。蒸压加气混凝土砌体的拉结筋伸入砌体长度应满足设计和规范要求, 且拉结筋末端应加弯钩, 放置拉结钢筋的砌体水平灰缝厚度应比拉结钢筋直径大4mm。

规范规定, 砌体与构造柱的连接处应砌成马牙槎, 每个马牙槎的高度为1块砌体厚度, 马牙槎凹入深度宜为50~60mm。起步应做到先缩后伸, 目前砌体砌块普遍使用蒸压加气混凝土砌块, 加气混凝土砌块模数高度为250mm, 刚好作为一个马牙。砌筑时第1块砖应为凹入, 谓之咬脚, 然后按顺序同进同退砌筑马牙槎 (若底部采用灰砂砖砌筑, 也应视为一个马牙槎凹入咬脚) 。不论马牙槎凹入凸出, 都要检查墙体垂直度, 砌体凸出部位不能占有构造柱有效截面尺寸, 马牙槎砌体界面应放整砖面, 砌块切割面应放在里侧, 确保马牙槎美观。

1) 检查构造柱内部是否干净, 包括钢筋上挂的灰浆及柱根部的落地灰及其他杂物。

2) 弹好墙身+500mm水平测量控制线和构造柱位置等弹线, 检查砖墙是否符合规范要求, 办理自检预检手续。

3) 校正并固定构造柱内钢筋位置和保护层厚度, 并办理隐蔽验收手续。

4) 模板采用胶合板与木方按构造柱的截面尺寸事先拼制成定型模板, 支模时在模板的表面上均匀地涂刷脱模剂。模板安装应考虑混凝土浇筑操作的要求, 按柱高每2m范围处, 在柱模一侧留设投料振捣口, 开口尺寸500mm×柱宽, 当混凝土浇筑至该部位时, 由跟班木工将开口封闭。

5) 构造柱的支模按砖墙砌体所处部位, 安装时用定制好的模板紧贴在墙面的两侧上, 用φ48钢管加蝴蝶形扣对拉螺杆按每500mm间距穿过构造柱预留对拉孔位进行拉结紧固。对拉螺杆的首道拉杆要求距离地面300mm, 上部每隔500mm设置1道, 紧固时采用扳手拧紧。

1) 构造柱浇筑混凝土前, 必须将构造柱内的砖墙马牙槎和模板用水浇洒湿润, 以免浇筑的混凝土浆料被砖墙砌体吸附而导致石子在柱内阻塞从而产生蜂窝、麻面等不密实现象。浇筑的结合面先注入适量与构造柱混凝土相同的去石子水泥砂浆, 然后再投注500mm高混凝土并振捣密实, 向上浇筑按每次高500mm投料振捣密实直至完成。

2) 构造柱混凝土宜采用C20以上强度等级商品混凝土, 坍落度宜为100~120mm, 石子粒径宜≤20mm, 现场出料后应1.5h内浇筑完成。

3) 混凝土构造柱采用分段浇筑, 分段高度宜为2m, 每段柱高2m处的模板应留设投料振捣口, 浇筑完成一段后封闭留口模板, 然后依次浇筑上段。浇筑至结构的梁、板下200mm处, 由于该处浇筑操作空间小及浇筑口封口密实的需要, 构造柱浇筑口的混凝土应浇筑成凸出的楔形, 待混凝土达到强度拆除模板后将凸出部位凿除至柱面平整。

1) 模板拆除前混凝土须达到一定强度后方可拆除。

2) 侧模拆除时混凝土强度应能保证其表面及棱角不受损伤。

3) 构造柱模板拆除后可采用扁钻对马牙槎边缘的水泥浆进行修整, 使构造柱的轮廓整齐。同时对构造柱上的对拉螺杆孔采用1∶2水泥砂浆修补密实。

4) 根据养护条件的不同, 养护方法应满足水泥水化热需求, 养护时间≥7d。

构造柱混凝土浇筑完成后, 完善好相关技术资料, 及时向监理 (建设) 单位申请分项工程验收。

利用MIDAS FEA软件对钢柱与构造柱及二者之间的滑动连接器进行模拟分析。对模型进行简化, 将钢桁架的腹杆略去, 上弦和下弦桁架设置为无限刚性杆件以模拟无轴向变形钢桁架。选取?轴线上1榀屋架进行建模。采用Mises屈服准则, 利用双线性模型来表示应力-应变关系曲线。

分析采用弹塑性模型。参数设置中钢材弹性模量为2.06×10⁵N/mm², 密度为7 850kg/m³, 泊松比为0.3。

本模型采用自动网格划分与映射网格划分相结合的方式, 划分时需将滑动连接器与其余部分分别划分, 并保证接触面节点耦合。图3为主要构件的有限元模型网格划分。

对构造柱和钢管混凝土柱柱底施加约束, 均为刚接柱脚。对框架模型中的每根柱施加轴向力F=1 386.35k N, 并且在构造柱上施加水平方向的风荷载, 大小为8.08k N/m²。同时, 考虑地震作用的影响, 将电动机的动荷载乘以1.5倍的放大系数转换为静荷载后, 定义模型的反应谱。

有限元分析结果表明, 构造柱的水平变形为0.21mm<2mm空隙, 不会造成与构造柱连接墙体开裂, 故滑动连接器在施工中满足要求。

工业厂房采用构造柱与钢柱滑动连接装置, 施工过程操作简单, 保证了构造柱混凝土浇筑质量, 既能避免构造柱与钢柱在不同的变形下产生破坏, 保证了构造柱的安全使用, 避免了构造柱与钢柱在不同变形下可能对墙体的损害, 减少了后期对墙体的修补, 增加了墙体的使用安全。