V 型劲性钢结构柱在大型公共建筑中的应用

V 型劲性钢结构柱在大型公共建筑中的应用

王兴安

中咨工程管理咨询有限公司西安分公司 陕西西安 710000

摘要：V型劲性钢结构柱既可提高结构的强度，也可呈现特殊建筑外观，可将其用于大型公共建筑工程中。基于此，文章以西安奥体中心主体育场工程为例，论述V型劲性钢结构柱特点，结合建筑施工工序与注意事项，总结如何在大型公共建筑中应用V型劲性钢结构柱，发挥其作用。

关键词：劲性钢结构；大型公共建筑；混凝土

前言：基于大型公共建筑的公共活动特征，在大型公共建筑施工中，不仅要考虑公共建筑的稳定性，还需凸显建筑特色，提高建筑的美观性。为满足该要求，大型公共建筑通常选择劲性钢结构，将钢筋混凝土与钢材混合，利用钢材的力学性能，提高结构稳定性，利用劲性钢结构的多样性，提高结构美观性。

1. 工程概况

本文以西安奥体中心主体育场为例，分析V型劲性钢结构柱的应用。该大型公共建筑地上五层，总建筑面积约156499㎡，为钢筋混凝土框架剪力墙结构+空间钢桁架结构屋面结构。主体育场钢结构分上下两个部分，上部钢结构罩棚外轮廓呈正圆形，采用空间异形钢管桁架结构，下部钢结构未28组V型柱及28组中环钢支撑柱与钢罩棚焊接连接并与下方覆盖的看台观众席连接。其中V形柱采用十字劲性结构，截面形式：十800×1400×40×40，十400×1100×40×40材质采用Q345B。在大型公共建筑施工中，V型劲性钢结构柱属于新型结构，斜柱相互交叉形成“V”型，加强节点与周边梁柱端部的连接，可提高劲性钢结构柱的强度与刚度，避免建筑施工或使用中钢结构柱出现二阶弯矩，保障大型公共建筑的稳定性^[1]。同时，V型劲性钢结构柱便于大型公共建筑的构件集合，可呈现有规律的建筑视觉效果，提高大型公共建筑的美观性^[2]。

2. V型劲性钢结构柱在大型公共建筑中的应用

2.1优化设计重要节点

在该大型公共建筑工程施工前，施工单位结合钢筋混凝土框架剪力墙结构+空间钢桁架结构屋面的特殊结构设计要求，构建BIM模型，优化设计V型劲性钢结构柱的重要节点，降低施工难度，也为实际施工提供指导，缩短工期。细化来说，施工单位选择Sketchup、X-teel软件构建三维模型，利用模型模拟施工，评估设计方案的缺陷，进行重要节点的优化，具体设计内容如下：

1. 对拉螺栓孔，设计人员根据工程要求（结构柱第一道对拉螺栓与地面的距离为200mm，相邻螺栓的距离为900mm），明确对拉螺栓在V型劲性钢结构柱的位置，直接在型钢柱腹板上预留圆孔，便于标准化施工。

2. 主筋与箍筋。在该大型公共建筑中，V型劲性钢结构柱和传统规格的1000mm×1000mm混凝土结构相比，钢筋分布更为密集。就此，设计人员根据钢支撑牛腿的位置，明确劲性钢结构柱的主筋位置，应用复合箍筋与拉钩箍筋，优化主筋与箍筋的分布，使V型劲性钢结构柱能够按照自上而下顺序施工。

2.2钢结构的加工拼装

根据优化设计的内容，事先进行V型劲性钢结构的加工，选择三维数控加工工艺，利用自动生产线完成加工。将分段加工的V型劲性钢结构进行预拼装，将底柱为基础，每两节柱作为一个单元，按照从下至上顺序拼装，并准确定位V型劲性钢结构柱的各个构件与零件，为其编号，将预拼装的结构与构件、零件运输至施工现场后，根据编号就位，确保构件尺寸与公差符合工程要求，保障V型劲性钢结构柱的质量。

2.3劲性钢结构柱的吊装

在该大型公共建筑中，结合V型劲性钢结构柱与大跨度钢桁架的特点，施工单位选择吊装工艺，具体流程如下：

1. 测量放线。在钢结构吊装前，已完成土建施工，施工单位根据施工图纸，在施工现场进行测量放线，明确定位依据点与建筑物测量验线，测放钢结构柱的轴线和埋件的十字交叉线，以及对应的标高控制点^[3]。

2. 钢桁架吊装。根据钢结构特点，在每榀桁架中选择3个吊点，应用1600kN规格的汽车吊进行吊装施工，将钢桁架垂直吊起，在移动至就位点上方200mm的位置时，停止运动，由施工人员协助，将钢桁架对准螺栓孔、十字线；再控制钢桁架缓慢下降，在钢桁架柱脚接触土建基础后，停止运动，检查轴线和中心线的对准状况，核查钢垫板的数量，要求钢桁架安装误差低于3mm；确认无误后再继续下降，直到钢桁架达到设计标高。

2.4钢筋绑扎施工

在吊装完成后，施工单位进行钢筋绑扎施工，根据施工图纸规范绑扎节点主筋，使其数量与参数符合要求，切实提升大型公共建筑的结构强度。在该大型公共建筑工程中，施工单位在钢骨柱加工时，于柱身腹板处预留孔洞，便于钢筋绑扎。细化来说，在钢筋绑扎施工时，施工人员通过钢骨柱身腹板处预留的孔洞，进行梁钢筋的绑扎，使其与另一跨连接；梁两侧的部分钢筋穿入钢骨柱内，发挥锚固作用；部分钢筋与钢骨柱翼板加强板连接，选择焊接连接方式，焊接工艺为双面搭接焊。

2.5混凝土浇筑施工

在混凝土浇筑施工前，施工单位进行模板安装施工，施工单位结合V型劲性钢结构柱的特点，选择三节式周转栓接模板。该模板包括三段结构，在混凝土浇筑时，仅有浇筑两段，预留一段作为下一层混凝土浇筑的支撑点，拆模时保留一段，无需设置下部支撑，显著提高混凝土浇筑效率。在实际施工中，施工单位根据绑扎后的V型劲性钢结构柱框架特点，安装模板，以螺栓连接相邻的两段模板，并使用双面胶密封连接部位，避免浇筑时出现漏浆问题。基于V型劲性钢结构柱的特点，在混凝土浇筑时面临斜面阻隔砂浆输送、密实钢筋阻碍振捣等问题，影响混凝土结构的密实度，易引起蜂窝、麻面、裂缝等质量通病。针对这类问题，施工单位在该大型公共建筑施工中，选择自密实混凝土，并优化混凝土浇筑流程，保障V型劲性钢结构柱优势的发挥，具体要点如下：

1. 对于斜度较大的V型劲性钢结构柱，施工单位在应用振捣棒振捣的同时，辅以平板振捣器，在模板外侧进行振捣。对于不便使用平板振捣器的区域，选择人工敲捣措施，强化混凝土振捣效果，保障结构强度与密实度，避免麻面等质量问题的出现。在使用振捣棒振捣时，合理选择下棒点，确保劲性钢结构柱的四角均受到充分振捣，每个振捣点的振捣时间控制在3s内。

2. 在混凝土浇筑时，选择汽车泵运输自密实混凝土，将V型劲性钢结构柱分为4个部分，分别在4个部分下料，避免某一部分的模板受到过大压力，出现位移。施工单位选择分层浇筑工艺，每次下料的混凝土厚度设置为0.5m，缓慢下料，相邻两次下料的时间约15min。同时，施工单位在浇筑时安排施工人员敲击模板外侧，敲击工具选用橡皮锤，尤其是V型劲性钢结构柱的四角位置，应增加敲击次数，既可排出混凝土内的气泡，也可提高混凝土的密实度。

通过上述施工流程，该大型公共建筑工程按照规定日期要求完工，质量验收均合格，目前已投入使用。基于V型劲性钢结构柱的独特结构形式，大型公共建筑外观表现出网格化特点，吸引众多游客参观，凸显大型公共建筑的功能。总的来说，V型劲性钢结构柱优势显著，可在大型公共建筑中推广应用。施工单位应按照规范流程施工，保障V型劲性钢结构柱优势发挥。

结论：综上所述，在大型公共建筑中，设计人员可利用BIM技术，优化设计V型劲性钢结构柱的重要节点，事先进行钢结构的加工拼装，按照吊装、绑扎、模板施工、混凝土浇筑流程施工，保障大型公共建筑的施工质量，切实发挥V型劲性钢结构柱的作用，推动大型公共建筑施工技术的可持续发展。

参考文献：

[1]张怡,罗惠平,苏振华,等.国家速滑馆项目大型异形劲性结构施工技术[J].施工技术,2020,49(10):1-3+98.

[2]高树栋,武传仁,王中录,等.国家速滑馆复杂劲性钢结构安装技术[J].建筑技术,2019,50(04):461-463.

[3]赵雅,朱冲,余佳亮,等.靖江文化中心复杂劲性结构深化设计技术[J].施工技术,2019,48(02):41-46.