房顶膨胀螺栓安装(巨型框架结构地脚锚栓群装配整体式安装技术)

Posted 2023-05-26

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房顶膨胀螺栓安装(巨型框架结构地脚锚栓群装配整体式安装技术)

本文转载自“施工技术《巨型框架结构地脚锚栓群装配整体式安装技术》，作者：王　宏，马义俊等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！

［摘要］针对巨型框架建筑锚栓群的精度控制难和起吊任务繁重等安装问题，提出一种新型装配整体式锚栓安装套架及其安装方法，该方法的自适应技术具有现场操作性强、安全性高、构造简单、结构稳固、可实现高精度定位，短时间内实现了密集高强锚栓群的安装作业，缩短工期同时严格保证锚栓安装精度，取得了较好的实际应用效果。

［关键词］高层建筑；安装；地脚锚栓；框架结构；装配整体式

０　引言

地脚锚栓具有整体刚度大、传力途径明确、施工速度快等优点，因此在实际工程中逐渐得到广泛应用。通常情况下，采用大面积地脚锚栓群连接混凝土底板和巨型框架柱或剪力墙是巨型框架结构基础处理的常用办法，如图１所示。

目前关于地脚锚栓研究主要针对其承载力等力学性能，较少关注地脚锚栓的安装方法，仅有少量文献对安装方案进行了分类：①预留孔埋设法，在混凝土底板上预留锚栓孔洞，将高强锚栓按照孔洞布置进行安装，并通过二次回填灌浆料完成锚栓固定；②直接埋设法，在底板混凝土浇筑前完成高强锚栓和底板钢筋的安装工作，并通过套架或预埋件等对锚栓进行精确定位和固定，然后完成底板大体积混凝土浇筑。与预留孔埋设法相比，直接埋设法避免了在混凝土底板上开设孔洞，使得混凝土的浇筑更加方便，且由于混凝土底板一次性浇筑，避免了灌浆料的回填，锚栓和混凝土的黏结更加可靠。因此，直接埋设法也是目前地脚锚栓安装的主要方法。但是由于直接埋设法在埋设锚栓的过程中缺乏混凝土的约束作用，锚栓的精确定位较为困难，且浇筑混凝土过程中受混凝土流动的影响，锚栓可能出现错位，因此该方法对施工精度的控制要求更加严格。

由于地脚锚栓数量较多，一些巨型结构甚至达到了千根以上的地脚锚栓，若采用传统的逐根起吊并逐一安装锚栓法（以下简称逐根安装法），不仅安装精度难以保证，且塔式起重机起吊任务繁重，严重影响施工进度。

图１地脚锚栓

１　工程概况

北京某超高层项目地处ＣＢＤ核心区域，项目主塔楼为巨型框架⁃核心筒结构。地下室钢结构包括巨柱、翼墙、钢板剪力墙、框架梁柱等。

本工程通过地脚锚栓群连接混凝土底板和巨型框架与剪力墙。地脚锚栓群由Ｍ７０高强锚栓、Ｍ５０高强锚栓与Ｍ３０普通锚栓组成。Ｍ７０高强锚栓主要分布于巨型框架柱及翼墙底部，共计８５６根；Ｍ５０高强锚栓主要分布于翼墙及核心筒钢板墙底部，共计７２４根；Ｍ３０普通锚栓主要分布于核心筒钢板墙及巨柱间框架柱底部，共计５５８根。地脚锚栓分布、规格及数量如表１和图２所示。

地脚锚栓埋入混凝土底板基础内，与基础钢筋穿插施工，Ｍ７０，Ｍ５０，Ｍ３０锚栓分别埋入底板基础４７００，２５００，１２００ｍｍ。筏板厚度为６５００ｍｍ，由底层钢筋、面层钢筋、温度筋等组成，底层钢筋２０层，水平间距２００ｍｍ，直径为４０ｍｍ；面层钢筋８层，水平间距２００ｍｍ，直径为４０ｍｍ。锚栓与钢筋立面位置关系如图３所示。

图２地脚锚栓尺寸和分布

２　地脚锚栓精度控制影响因素

为保证现场安装进度，与地脚锚栓相连的框架柱和剪力墙底板在制作过程中均预留孔洞，而要满足地脚锚栓和预留孔洞完全对接，则需要精确定位锚栓群位置。若某些锚栓和预留孔洞无法对接，将需要在施工现场进行钢板的扩孔甚至重新开孔工作，大幅影响施工进度和施工质量。对于巨型框架结构的地脚锚栓群安装，其精度控制问题有如下几点影响因素，同时也是施工中的重、难点。

１）巨型框架结构的地脚锚栓群区域广，分布复杂。以北京某在建巨型框架结构为例，每根巨柱（不含翼墙）的截面积达到７０余ｍ２，每根巨柱的地脚锚栓达到３００余根，总锚栓数达到２０００余根。大面积锚栓群对锚栓定位提出极为严格的要求。

２）巨型框架结构的地脚锚栓群与底板混凝土之间关系交错复杂。混凝土基础底板厚度通常达４～６ｍ，底板的分布钢筋层数较多且分布复杂。施工过程中，混凝土底板多层多道钢筋绑扎作业与地脚锚栓相互交错，同时混凝土的浇筑工作也会对地脚锚栓的定位造成不利影响。

３）由于混凝土底板面积和基坑深度较大，受地下水等因素的影响，混凝土垫层部分位置会存在不同程度的上浮，且上浮值随着时间逐渐变化。这也将对地脚锚栓的定位产生不利影响。

上述３点因素表明，若将地脚锚栓一次安装完毕，且完全固定至不可调节，将难以满足精度要求；若安装方法能够通过多道工序、多次微调锚栓的位置，将对精度控制更为有利。

３　锚栓套架的自适应设计

为保证地脚锚栓群的安装精度，本文提出一种自适应设计方法，该方法可以根据现场混凝土底板的分布钢筋位置，及时调整锚栓及锚栓套架的安装位置，确保锚栓的安装精度。

３. １　构造说明

对于地脚锚栓的直接埋设法，为确定锚栓在钢筋网中的位置，通常将锚栓固定于锚栓套架中。图４为本文提出的装配整体式锚栓安装套架。套架由３部分组成，分别为可拆卸的首层横梁、套架主体以及独立柱。套架尺寸由混凝土底板的厚度以及地脚锚栓的尺寸确定。高强锚栓通过套架主体上的３道横梁固定于套架上。

图４锚栓套架的组成构造

受锚栓套架的约束作用，高强锚栓准确限定于套架之内，避免了在钢筋绑扎作用或浇筑底板混凝土过程中产生错位。此外，套架的独立柱和首层横梁设计为可拆卸的形式，也是为了方便底板分布钢筋的施工绑扎。

３.２　自适应设计

通常情况下，地脚锚栓施工与钢筋绑扎穿插施工，交叉作业多，钢筋网的绑扎影响锚栓的定位，进而影响地脚锚栓的安装精度。本文采用自适应设计方法对锚栓套架进行设计，将锚栓套架分为独立柱和套架本体２部分（见图５）。

１）水平自适应技术　在锚栓套架设计时，独立柱施工时根据土建底板钢筋排布情况灵活调整独立柱的安装位置，保证独立柱施工与钢筋绑扎过程互不影响，待独立柱安装完毕之后，根据独立柱的位置布置锚栓套架本体的位置。

图５锚栓套架的自适应设计

２）竖向自适应技术　结合可拆卸的首层横梁，锚栓在套架中的竖向位置也可根据底板分布筋的位置进行微调，确保锚栓与土建底板钢筋排布互不干涉。

为避免安装过程中出现钢筋和锚栓套架之间相互影响，采用ＢＩＭ技术对锚栓套架的安装过程进行模拟。通过三维模型综合协调完善底板分布钢筋、套架和地脚锚栓之间的接触关系（见图６）。

图６ＢＩＭ技术模拟与现场施工

４　装配整体式安装方法

基于自适应设计方法，地脚锚栓群的装配整体

式安装方法分为以下６步（见图７）。

１）制作锚栓套架，同时将部分高强锚栓组装在套架上，并将该部分锚栓和套架作为一个整体运至现场。由于锚栓和套架可以在加工厂制作，因此彼此之间的相对定位精度可以得到严格控制。

２）在混凝土底板上安装独立柱群，由于独立柱群和锚栓套架彼此分离，因此不会影响底板钢筋网的绑扎布置，且可以大幅提高钢筋绑扎工作的效率。

图７装配整体式锚栓群安装方法

３）将锚栓套架吊装至独立柱群上，并和独立柱群相连。由于部分锚栓和套架一起吊装，相比于单根锚栓吊装，该方法大幅降低吊装次数，提高吊装效率。同时，为保证锚栓套架的稳定，在架体两侧焊接斜撑杆，斜撑杆与埋件、套架立柱通过角焊缝连接。

４）在锚栓套架架体和斜撑安装完成后，进行分散架体间的连接和架体间散件锚栓的安装。散件锚栓可通过塔式起重机或汽车式起重机进行吊装就位。

５）拆除套架首层横梁，完成混凝土底板顶层钢筋绑扎。

６）安装锚栓套架的首层横梁，通过套架的３道横梁微调锚栓至设计位形，并浇筑底板混凝土。

由于混凝土浇筑量大，单方向浇筑混凝土会使锚栓套架发生整体偏移，进而影响锚栓定位的准确性，因此需制订预案，分为安装前、安装中、安装后３个阶段动态控制。安装前应确定混凝土浇筑量、浇筑方向，通过计算模拟出高强锚栓的偏移值；安装时通过计算所得模拟偏移值，将锚栓套架整体向与混凝土流向相反的方向偏移，实现浇筑混凝土前的预纠偏；安装完成后，在混凝土浇筑过程中对高强锚栓进行全站仪实时监测，结合导链调整，保证锚栓套架的偏移位移在可控范围内。

５　精度控制

高强锚栓通过３道横梁与锚栓套架相连。３道横梁的作用略有不同（见图８）。

１）下部定位Ｈ型钢　主要作用为承载锚栓，并将锚栓下端与支撑架固定。横梁上设有锚栓的定位孔，方便锚栓安装，锚栓下端穿进定位孔后与钢梁焊接固定。

２）中部限位槽钢　限制锚栓倾斜或者偏移。

图８地脚锚栓的精度控制

可采用２道槽钢制成，槽钢在锚栓两侧将锚栓夹紧限位。

３）上部定位槽钢　上部定位槽钢与支撑架不连接，主要作用为定位锚栓位置，控制锚栓顶端水平位移。采用槽钢制成，在腹板上开孔，作为锚栓的定位孔。带有上部定位槽钢的高强锚栓分片吊装完成，并在锚栓位置测量校正后，将上部定位槽钢连成整体，在锚栓群上端形成整体的定位框架，限制锚栓位移。

６　装配整体式安装方法应用

本工程锚栓数目多、锚栓分布复杂，且地脚锚栓和混凝土底板钢筋交叉布置。若采用常规的逐根安装法，则需要２１３８吊次，大大影响施工进度。此外，逐根安装法不利于锚栓的精确定位和位置矫正。因此，该工程采用本文提出的装配整体式锚栓安装法。锚栓群施工期间，采取合理的施工部署和施工流程，优化配置资源，仅历时１０ｄ顺利完成了２１３８根锚栓、１６５个锚栓套架的安装，总计起吊次数２５３吊次，仅为逐根安装法起吊次数的１１.８％。在锚栓精度控制和保护方面，采取全站仪测量、卷尺测量、丝扣保护、拉设导链等措施，精确地完成了锚栓群的安装。混凝土大底板浇筑后，锚栓最大误差为８ｍｍ，远低于预期控制值１３ｍｍ，且在安装地下室首层柱底和剪力墙钢板的过程中，实现了“零扩孔”的预期目标，为地下室主体钢结构的安装奠定了良好基础，并为巨型框架结构的地脚锚栓群施工积累了丰富经验。

表２以２个典型的巨型框架结构地脚锚栓安装结果为例，从起吊次数、安装误差两个方面比较了逐根起吊法和装配整体式安装法，结果表明，装配整体式安装法不仅具有较高的安装精度，同时大幅节省了起吊次数和工期，是一种高

效率、高精度的地脚锚栓群安装方法。

７　结语

针对巨型框架结构大面积地脚锚栓群的安装提出了一种现场操作性强、安全性高、构造简单、结构稳固、可实现高精度定位的锚栓安装方案。该方法具有如下优点。

１）通过整体吊装技术，可以方便快捷地完成千根锚栓的安装工作，大幅提高施工效率。

２）基于自适应技术设计的锚栓套架大幅减少了混凝土底板的土建作业与锚栓安装间的影响，使施工过程更加有序。

３）采用套架固定锚栓，并结合多道横梁调整锚栓的位置，大幅提高了锚栓的定位精度。

在某超高层巨型框架⁃核心筒结构的２１３８根地脚锚栓的安装过程中应用此方法，严格保证了地脚锚栓群的安装精度，实现了现场“零扩孔”的预期目标，并显著提高了地脚锚栓群的安装效率。

参考文献：

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房顶膨胀螺栓安装(巨型框架结构地脚锚栓群装配整体式安装技术)

房顶膨胀螺栓安装(巨型框架结构地脚锚栓群装配整体式安装技术)

０ 引言

１ 工程概况

２ 地脚锚栓精度控制影响因素

３ 锚栓套架的自适应设计

４ 装配整体式安装方法

５ 精度控制

６ 装配整体式安装方法应用

７ 结语

０　引言

１　工程概况

２　地脚锚栓精度控制影响因素

３　锚栓套架的自适应设计

４　装配整体式安装方法

５　精度控制

６　装配整体式安装方法应用

７　结语