浅谈工业厂房钢结构柱底安装施工质量

摘 要：针对承载超大静态负荷和动载荷的钢结构工业厂房，对钢柱底板和基础顶面密实度施工提出要求，以保证工程安全和施工质量。

关键词：钢结构；动载荷；柱底；密实度

前言

对于承载超大静态负荷和动载荷的钢结构工业厂房，除了钢柱安装的垂直度外，钢柱柱脚底板和基础顶面之间的二次灌浆层的密实度是保证钢结构厂房承载动载荷的核心，钢结构柱脚所承载之内力有效传递到基础上是关键。笔者经过在工程现场多年的施工实践，提出以下几点想法，供大家探讨。

1 结构形式

钢结构厂房及高层钢结构建筑的基础处理，有一个共同的技术要求：必须严格控制柱基标高，使其结构的安装误差满足规范要求，以保证上部结构标高的准确性。可是对同一建筑物，混凝土基础顶标高施工验收标准的允许误差远远大于钢结构施工验收标准允许误差，两种不同材料，不同施工工艺的结构形式，统一在同一建筑物上，于是产生了验收标准在同一建筑物上的冲突。为解决这一冲突，《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99―98）中第11.2.6条规定：可采用在柱底板下留有一定空隙，在底板下的地脚螺栓上加一调整螺母的方法精确控制底板标高，如图1所示。

2 施工工艺

用螺母调整柱底板标高及柱垂直度在现有工程中已广泛应用，然而在操作过程中有些工程却忽略了柱底板下预留空隙二次灌浆的材料和密实度，给整体结构带来了极大的隐患。为满足规程要求，保证结构安全，材料必须是无收缩砂浆，采用特种膨胀水泥配制，或用配制好的具有膨胀性的二次灌浆料。其施工方法有两种：一种是干硬性砂浆用捻浆法；一种是流动性砂浆用灌浆法。两种施工方法都要求柱脚底板与混凝土基础顶面之间必须填实，不留空隙，也不应在砂浆硬化过程中因收缩而产生空隙。灌浆时，应采用流动性较好的浆料，此时需将边板封闭后再由灌浆孔灌浆，因此需在底板中部适当部位预留灌浆孔；捻浆法应采用专用工具，以保证填充密实。

3 现场实际情况

虽然规程中对填实柱底板和混凝土基础之间的空隙提出了施工方法和材料要求，可是在大量工程调查中发现，有许多工程未按照规程要求施工。一般高层钢结构柱底板下的空隙施工时控制较严格；门式钢架轻型钢结构厂房柱底板下空隙，只有极少数工程使用膨胀水泥配制的无收缩砂浆填实，大多数工程使用普通砂浆填实，很难保证空隙填充砂浆的密实度，更甚者是在底板的边缘填充，中间是空的，所有轴力全由调整螺母承担，柱底板和基础混凝土面没有接触或接触面甚小，或因混凝土收缩柱底板和基础混凝土之间产生间隙，柱底板和基础混凝土之间摩擦力几乎为零。当地震作用时，水平剪力全由地脚螺栓承担，螺栓容易被剪断，造成因螺栓剪断后柱根位移而导致建筑物倒塌，由此带来的严重后果应引起设计、施工、监理单位的重视。

4 施工管理

保证工程质量是设计、施工、监理三方配合的结果，首先是设计施工图应详尽说明二次灌浆的材料要求，施工方法及密实度要求；施工单位必须按规程及设计要求认真施工，用灌浆设备确保密实度，尤其是柱底板尺寸较大时，不用灌浆法无法灌实，柱底板下会出现空洞，给结构造成极大隐患；监理人员要学习有关规程，明白柱底板下空隙灌实的重要性并作为重点部位监理，按隐蔽工程专项验收，监督施工单位所用材料和工艺。

柱底板下二次灌浆工程是钢柱和混凝土基础的交接部位，也是设计、施工、监理容易忽略的部位，密实度也无法检查，设计、施工、监理单位必须共同负责，确保工程质量。

5 心得探讨

灌浆时间应当在主刚架及檩条安装完毕，安装屋面板之前灌浆为宜，保证结构在未受风载之前灌完。

同时建议单层轻钢结构当柱底板长边小于和等于600mm时，二次灌浆时应封闭三边留一长边，用比基础混凝土强度高一级的干硬性膨胀细石混凝土从长边向里捣实，当长边大于600mm时应严格按照规程要求施工。

6 抗剪键的设置与要求

在风荷载较大或抗震设防烈度较高地区，其基底水平剪力较大，往往需要在柱底板下加抗剪键，以弥补柱底板与混凝土间摩擦力的不足。

规程中对抗剪键承受的剪力是全部基底剪力还是部分基底剪力以及抗剪键截面和连接焊缝的抗剪能力如何计算没有明确规定。大多数设计程序也没有抗剪键的设计模块，有的程序只提到要加抗剪键，但没有给出抗剪键的截面和焊缝长度，现有工程中抗剪键的设置有的不尽合理，如某工程柱底板下空隙仅50mm，柱底板尺寸600mm×1150mm，抗剪键为[8，L=200mm垂直柱底板放置，导致在基础表面做坑，基础顶面上的坑内插入一槽钢，无法清除坑内杂物，也无法检验插入槽钢的坑内是否灌浆，更无法检验是否密实，如不密实不但抗剪键起不到任何作用，反而削弱了基础截面。抗剪键常用工字钢、槽钢、角钢、钢板，长度方向平行柱底板放置为宜，同样材料平行柱底板放置与垂直柱底板放置相比可具有较大抗剪截面和较长的抗剪焊缝，还可避免在基础上做坑。柱底板下的灌浆空隙以满足抗剪键不与基础表面接触，留有一定空隙，使柱底标高有调整余量为准，确保抗剪键起作用.保证工程安全。

7 抗剪键计算

关于抗剪键的计算，当所用程序没有抗剪键模块时，应单独验算。

1） 抗剪键设置

当Qmax≥Nmax×0.4时需要设置抗剪键

2） 抗剪键正面角焊缝总长度

3） 抗剪键的抗剪截面的确定

抗剪键依据承受的剪力值常用工字钢、槽钢、角钢、钢板做抗剪键，因置方向的不同使得抗剪截面不同，可根据具体构造进行抗剪截面的设计。现提供抗剪键常用形式的抗剪截面计算公式供参考。

a.双面焊缝单受剪面。

b.双面焊缝双受剪面。

结语：以上涉及的内容只是在工程实际施工中所遇到的，不甚全面，尤其是所提建议和计算内容，可能有不妥之处，愿与大家探讨，以期达到提高钢结构厂房工程质量的目的。

参考文献

[1] JGJ 99―98高层民用建筑钢结构技术规程

[2] CECS 102：2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程

[3] GB 50017―2003钢结构设计规范