一种用于首层钢结构柱定位和校正的装置及施工方法

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及钢结构安装施工领域的钢结构柱与柱下安装部位之间的连接部位平面定位、标高和垂直度调整校正功能的装置及其安装技术。

背景技术

随着我国经济发展速度的不断加快，城市建设的规模及工业化水平得到了跨越式的提高，在各级政府的政策支持和鼓励下，装配式建筑技术得到了越来越多的应用。与传统的现浇混凝土结构建筑相比，装配式建筑具有施工难度低、建设周期短、对周围环境污染小、建筑主要构件工厂化、批量化集中生产且质量易于保证等优点。其中，装配式钢结构建筑凭借自身结构强度高、自重轻、抗震性能优异、安全耐久、经济美观、构造形式灵活多样等诸多优点，在各种大空间、大跨度、大悬挑及超高层建筑中得到了越来越多地应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。

对于建设跨度较大、层数较多的钢结构建筑而言，通常其钢构件的尺寸及重量较大，其中作为建筑主体结构主受力构件的钢柱，其重量和截面尺寸通常均大于其他受力构件，这就增加了钢结构柱的安装难度。在钢结构柱的安装过程中，在起重吊装设备的配合下，需要抽调大量人员反复不断地对构件的平面位置、标高及垂直度进行校正。因此，相对于其他结构构件而言，钢柱的安装施工精度要求更高、技术难度更大、工艺更复杂。在各楼层钢结构柱中，承受上层建筑全部荷载的首层钢结构柱，其重量和尺寸均大于其上部各层钢结构柱，是装配式钢结构建筑施工的重点和难点。

发明内容

本发明技术的目的解决目前钢结构柱构件安装平面定位精度、标高和垂直度校正难的问题。提供一种用于首层钢结构柱定位和校正的装置，对钢柱柱脚部位和基础安装部位进行结构和技术创新，实现首层钢结构柱脚迅速精准地就位，保证钢结构柱的标高和垂直度精度误差满足安装精度要求。另外，本发明提供一种用于首层钢结构柱定位和校正的施工方法，施工可操作性强，同时降低了钢结构柱的安装施工难度，缩短了钢结构柱安装的持续时间，减少了对机械台班和辅助人工投入的占用量，经济效益显著，值得应用和推广。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于首层钢结构柱定位和校正的施工方法，包括下述步骤：

①、基础定位埋件预埋施工

预制基础定位埋件，基础定位埋件上设置具有引导定位功能的锥形凹槽和定位标识线，纵向与横向定位标识线的交点位于锥形凹槽的竖向中心线上；按照深化设计图纸中基础定位埋件的位置和标高，基础待安装部位设置基础定位埋件，并按照设计图纸要求在基础安装部位的上表面设置抗剪槽和预埋柱脚固定螺栓；浇筑基础混凝土并养护，完成柱下基础的结构施工；

钢结构柱本体吊装就位前，在预埋地脚螺栓上扭入端板下固定螺母至柱下基础顶面附近，完成钢结构柱本体吊装前的基础安装部位的准备工作；

②、柱底端板制作及安装

柱底端板上开设定位螺杆孔、安装固定孔和泌浆孔，定位螺杆孔对称设置在钢结构柱本体水平截面的两条相互垂直的中轴线上，并分别使定位螺杆孔与锥形凹槽的平面中心位置竖向共轴，使安装固定孔与预埋地脚螺栓的平面中心位置竖向共轴，柱底端板加工及制作完毕并经检查确认无误后，按照设计要求焊接在钢结构柱本体的柱脚部位；

锥头定位螺杆底端加工成圆锥体；在钢结构柱本体吊装就位前，分别把锥头定位螺杆逐个扭入柱底端板上的定位螺杆孔内，并使锥头伸出柱底端板底面的长度等于自密实混凝土厚度+锥形凹槽深度+20~50mm；

③、钢结构柱本体吊装就位

利用起重设备把钢结构柱本体竖直提升至安装部位之上，过程中通过人工辅助调整和修正，使柱下基础上的预埋地脚螺栓分别穿过柱底端板上与之对应的安装固定孔；然后落下钢结构柱本体，使锥头定位螺杆的端部将滑入锥形凹槽的最底端，完成钢结构柱本体的平面定位；

④、钢结构柱校正及连接

调整锥头定位螺杆，使钢结构柱本体的柱底标高符合设计要求；检查钢结构柱的立面垂直度，并调整直至钢结构柱本体在该立面的垂直度符合规范要求，依此方法调整另一方向的立面垂直度，直至符合规范要求；然后，重新复核钢结构柱本体的柱底标高和立面垂直度，确定均符合规范要求后，完成钢结构柱的垂直度校正；然后，分别在柱底端板的上下两面同时拧紧端板下固定螺母和端板上固定螺母，将首层钢结构柱本体与柱下基础的预埋地脚螺栓连接紧固，并采取诸辅助措施进行临时固定；然后，卸下锥头定位螺杆，完成钢结构柱本体的安装校正；

⑤、柱下空隙浇筑、养护及临时支撑拆除

在柱间支撑及钢梁安装完毕后，及时按照设计及规范要求浇筑微膨胀自密实细石混凝土，把钢结构柱本体与柱下基础之间的缝隙填充密实并严格养护；待该部位的微膨胀自密实细石混凝土的强度达到设计要求后，拆除钢结构柱本体的临时支撑，完成钢结构建筑首层的钢结构柱本体的安装施工。

本发明一种首层钢结构柱定位和校正的装置，涉及首层钢结构柱，所述装置包括基础定位埋件、柱底端板和锥头定位螺杆；基础定位埋件设置在基础待安装部位，基础定位埋件上设置具有引导定位功能的锥形凹槽和定位标识线，基础安装部位的上表面设置有抗剪槽和预埋柱脚固定螺栓；柱底端板设置在首层钢结构柱本体底部，柱底端板上设置有定位螺杆孔、安装固定孔和泌浆孔，锥头定位螺杆的钻入端为圆锥体，锥头定位螺杆安装在柱底端板定位螺杆孔内。

所述锥头定位螺杆采用A级或B级全螺纹六角头螺栓，螺杆长度100-180mm；螺杆底端呈圆锥体，圆锥体坡面夹角60-90°，圆锥体尖端呈尖角、圆角或小钝角，圆角或小钝角的直径约为螺杆直径的1/(3-4)。

所述柱底端板上的定位螺杆孔数量为4个，分别对称设置在钢结构柱本体水平截面的纵向和横向中轴线上；所述定位螺杆孔内壁采用螺纹构造，螺孔内径、螺纹及螺距与锥头定位螺杆相互匹配；定位螺杆孔采用相同的规格尺寸，且内径与定位螺杆匹配

所述安装固定孔内壁为光滑的圆柱面；孔径大于基础部位预埋柱脚固定螺栓直径3-10mm。

所述泌浆孔对称设置在靠近首层钢结构柱本体的平面中心位置，数量根据钢结构柱平面尺寸的大小确定，泌浆孔的内壁为光滑的圆柱面，孔径为20-60mm，根据钢结构柱本体和柱底端板的平面几何尺寸及微膨胀自密实混凝土的粗骨料粒径确定。

所述基础定位埋件底端设置焊接锚固件与基础结构固定连接，基础定位埋件的顶面与基础安装部位的顶面在同一个水平面上。

所述锥形凹槽是设置在基础定位埋件中心部位向下内凹的、表面光滑的锥形凹槽，与基础定位埋件呈一体；所述锥形凹槽采用圆锥凹槽或棱锥凹槽，锥形凹槽的厚度不小于15mm，平面尺寸100-150mm，凹槽深度20-50mm，凹槽相对坡面的夹角大于锥头定位螺杆底部圆锥体角度；锥形凹槽的竖向中心线与柱底端板上的定位螺杆孔及锥头定位螺杆的竖向中心线共线。

所述定位标识线位于基础定位埋件上表面、锥形凹槽的外侧，在平面内呈相互垂直的十字交叉构造，纵横向定位标识线的交点位于锥形凹槽的竖向中心线上、且同时也在柱底端板上的定位螺杆孔及锥头定位螺杆的竖向中心线上；两条纵横向定位标识线中，始终有一条定位标识线与钢结构柱本体水平截面的纵向或横向中轴线位于同一个竖向立面内、且相互平行，另一条定位标识线则与钢柱本体水平截面内的该纵向或横向中轴线呈空间不相交的垂直状态。

本发明通过锥头定位螺杆与基础定位埋件实现首层钢结构柱的平面精确定位，基础定位预埋件采用简单的锥形凹槽，安装过程中锥头定位螺杆直接调整滑入锥形凹槽中，定位简单省力，且精准度高；通过调整锥头定位螺杆来进行钢结构柱底标高及柱体垂直度校正，不仅结构简单，施工技术难度低，只需简单人工配合吊装将锥头定位螺杆大体对准锥形凹槽即可，操作方便，节点连接质量更加安全可靠。在钢结构建筑的首层钢结构柱安装施工过程中，能够快速、精准地完成钢结构柱平面定位并进行垂直度和标高校正，提高了钢结构建筑的首层钢结构柱的安装精度和施工效率，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明首层钢结构柱定位和校正装置俯视图。

图2是本发明首层钢结构柱定位和校正装置主视图。

图3是本发明首层钢结构柱定位和校正装置侧视图。

图4是1-1剖视图。

图5是2-2剖视图。

图6是3-3剖视图。

图7是柱底端板放大图。

图8是基础定位埋件放大图。

图9是锥头定位螺杆放大图。

图中：1、基础定位埋件；2、锥形凹槽；3、定位标识线；4、钢结构柱本体；5、抗剪槽；6、预埋地脚螺栓；7、柱下基础；8、端板下固定螺母；9、垫片；10、柱底端板；11、定位螺杆孔；12、安装固定孔；13、泌浆孔；14、抗剪键；15、锥头定位螺杆；16、端板上固定螺母；17、微膨胀自密实细石混凝土。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

实施例1

一种用于首层钢结构柱定位和校正装置，如图1－5所示，首层钢结构柱定位和校正装置的安装结构包括柱底端板10、锥头定位螺杆15和基础定位埋件1这三个基本构件构成。基础定位埋件设置在基础待安装部位，基础定位埋件上设置具有引导定位功能的锥形凹槽和定位标识线，基础安装部位的上表面设置有抗剪槽和预埋柱脚固定螺栓；柱底端板设置在首层钢结构柱本体底部，柱底端板上设置有定位螺杆孔、安装固定孔和泌浆孔，柱底端板底面设置有抗剪键；锥头定位螺杆的钻入端为圆锥体，锥头定位螺杆安装在柱底端板定位螺杆孔内。

其中所述的锥头定位螺杆优选，采用A级或B级全螺纹六角头螺栓制作，螺杆长度100-180mm，螺杆直径不小于20mm；螺杆顶端为六角头螺帽，底端采用专业设备加工成圆锥体，圆锥体坡面夹角60-90°，圆锥体尖端加工成尖角、圆角、小钝角中的一种，圆角或小钝角的直径约为螺杆直径的1/(3-4)。

其中所述的柱底端板优选，采用钢板制作，在其上设置定位螺杆孔、安装固定孔、泌浆孔；按照设计要求，在其底面设置型钢抗剪键；柱底端板加工制作后，采用专用焊接设备焊接在钢结构柱本体的底端。

其中所述的定位螺杆孔优选，由专用设备在柱底端板上加工成型，数量为4个，分别对称设置在钢结构柱本体水平截面的纵向和横向中轴线上；定位螺杆孔内壁采用螺纹构造，螺孔内径、螺纹及螺距与锥头定位螺杆相互匹配；全部定位螺杆孔采用相同的规格尺寸，且内径不小于20mm。

所述的安装固定孔，由专用设备按照设计图纸要求在柱底端板上加工成型，安装固定孔的内壁为光滑的圆柱面构造；孔径略大于基础部位预埋柱脚固定螺栓直径3-10mm，孔径以满足预埋柱脚固定螺栓能够顺利穿过柱底端板为宜。

所述的泌浆孔，对称设置在靠近钢结构柱本体的平面中心位置，数量根据钢结构柱平面尺寸的大小确定，泌浆孔的内壁为光滑的圆柱面构造，孔径为20-60mm，根据钢结构柱本体和柱底端板的平面几何尺寸及微膨胀自密实混凝土的粗骨料粒径确定。

所述的基础定位埋件，采用厚度不小于15mm厚的钢板制作，基础定位埋件顶端设置锥形凹槽和定位标识线；定位埋件底端设置焊接锚固件、并与基础结构进行固定连接，随基础混凝土浇筑，完成定位埋件预埋施工；基础定位埋件的顶面与基础安装部位的顶面在同一个水平面上，埋件的标高及平面位置精度必须符合规范要求。

所述的锥形凹槽，是在基础定位埋件中心部位向下内凹的、表面光滑的锥形构造，采用钢板制作、并与基础定位埋件形成一体；锥形凹槽的厚度不小于15mm，平面尺寸100-150mm，凹槽深度20-50mm，凹槽相对坡面的夹角不小于100°；锥形凹槽的竖向中心线与柱底端板上的定位螺杆孔及锥头定位螺杆的竖向中心线共线；锥形凹槽包括但不限于圆锥凹槽和棱锥凹槽构造。

所述的定位标识线，位于基础定位埋件上表面、锥形凹槽的外侧，在平面内呈相互垂直的十字交叉构造，纵横向定位标识线的交点位于锥形凹槽的竖向中心线上、且同时也在柱底端板上的定位螺杆孔及锥头定位螺杆的竖向中心线上；两条定位标识线中，始终有一条定位标识线与钢结构柱本体水平截面的纵向或横向中轴线位于同一个竖向立面内、且相互平行，另一个条定位标识线则与钢柱本体水平截面内的该纵向或横向中轴线呈空间不相交的垂直状态。

实施例2

首层钢结构柱定位和校正装置的施工方法，包括下列步骤：

基础定位埋件预埋→柱底端板制作及安装→钢结构柱本体吊装就位→钢结构柱校正及连接→柱下空隙浇筑、养护及临时支撑拆除。

①、基础定位埋件预埋施工

基础定位埋件1上设置具有引导定位功能的锥形凹槽2和定位标识线3，纵向与横向定位标识线3的交点位于锥形凹槽2的竖向中心线上；放基础平面定位控制线和钢结构柱本体4的平面中轴线；按照深化设计图纸中基础定位埋件1的位置和标高，在钢结构柱本体4的平面中轴线两侧分别放置基础定位埋件1，按照定位标识线3确定基础定位埋件1的方向，分别使基础定位埋件1一个方向的定位标识线3与钢结构柱本体4平面的纵向及横向中轴线重合；通过锚固钢筋把基础定位埋件1与基础钢筋连接固定，并按照设计图纸要求在基础安装部位的上表面设置抗剪槽5和预埋柱脚固定螺栓6；浇筑基础混凝土并养护，完成柱下基础7的结构施工。

钢结构柱本体4吊装就位前，在预埋地脚螺栓6上扭入端板下固定螺母8至柱下基础7顶面附近，然后在端板下固定螺母顶面放入垫片9；复核基础安装部位的基础定位埋件1和预埋柱脚固定螺栓11的数量、标高和平面位置符合设计要求，完成钢结构柱本体4吊装前的基础安装部位的准备工作。

②、柱底端板制作及安装

柱底端板10上设置定位螺杆孔11、安装固定孔12、泌浆孔13，在柱底端板底面焊接抗剪键14。定位螺杆孔11对称设置在钢结构柱本体4水平截面的两条相互垂直的中轴线上，并分别使定位螺杆孔11与锥形凹槽2的平面中心位置竖向共轴，使安装固定孔12与预埋地脚螺栓6的平面中心位置竖向共轴，使抗剪键14与抗剪槽5的平面中心位置对应。柱底端板10加工及制作完毕并经检查确认无误后，按照设计要求焊接在钢结构柱本体4的柱脚部位。

锥头定位螺杆15采用A级或B级全螺纹六角头螺栓制作，底端采用专业设备加工成圆锥体。在钢结构柱本体4吊装就位前，分别把锥头定位螺杆15逐个扭入柱底端板10上的定位螺杆孔11内，并使锥头伸出柱底端板10底面的长度大约等于50mm+锥形凹槽深度。

③、钢结构柱本体吊装就位

利用起重设备把钢结构柱本体4竖直提升至安装部位之上1m左右悬停，使钢结构柱本体4在半空保持平稳不动；然后，开动起重设备使钢结构柱本体4缓慢下落，过程中通过人工辅助调整和修正，使柱下基础7上的预埋地脚螺栓6分别穿过柱底端板10上与之对应的安装固定孔12；然后使钢结构柱本体4继续落下，此时柱底端板10上的锥头定位螺杆15底端进入锥形凹槽2并与其光滑的内壁接触，在锥形凹槽2内壁的引导下，锥头定位螺杆15的端部将滑入锥形凹槽2的最底端，完成钢结构柱本体4的平面定位。

④、钢结构柱校正及连接

采用扳手分别调整锥头定位螺杆15顶端的螺帽，使钢结构柱本体4的柱底标高符合设计要求；然后采用垂直靠尺检查钢结构柱的立面垂直度，当某一立面的垂直度不符合规范要求时，分别从在该立面两侧同时用扳手调整锥头定位螺杆15顶端的螺帽，直至钢结构柱本体4在该立面的垂直度符合规范要求，依此方法调整另一方向的立面垂直度，直至符合规范要求；然后，重新复核钢结构柱本体4的柱底标高，当柱底标高偏差超过规范要求时（由于定位螺杆孔11对称设置在钢结构柱本体4水平截面的两条相互垂直的中轴线上，所以调整垂直度不会引起很大幅度的柱底标高变化，通常不需要重新调整柱底标高），按照锥头定位螺杆15的螺距大小计算需要调整的圈数和旋转角度，并同时同向调整全部锥头定位螺杆15，使钢结构柱本体4的底标高符合设计要求；然后，重新检查钢结构柱本体4的立面垂直度，确定垂直度符合规范要求后，完成钢结构柱的垂直度校正；然后，分别在柱底端板10的上下两面同时拧紧端板下固定螺母8和端板上固定螺母16，将首层钢结构柱本体4与柱下基础7的预埋地脚螺栓6连接紧固，并采取诸如揽风绳等辅助措施进行临时固定；然后，扭动锥头定位螺杆15的顶端螺帽，卸下锥头定位螺杆15，完成钢结构柱本体4的安装校正。

⑤、柱下空隙浇筑、养护及临时支撑拆除

在柱间支撑及钢梁安装完毕后，及时按照设计及规范要求浇筑微膨胀自密实细石混凝土17，把钢结构柱本体4与柱下基础7之间的缝隙填充密实并严格养护；待该部位的微膨胀自密实细石混凝土17的强度达到设计要求后，拆除钢结构柱本体4的临时支撑，完成钢结构建筑首层的钢结构柱本体4的安装施工。