钢管混凝土叠合柱结构施工技术.pdf

第 4 2卷第 8期 2 0 1 1 年 8月 Vo 1 4 2 No 8 Au z 2 0 1 1 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o z v 7 3 3 钢管混凝土叠合柱结构施工技术 王旭峰 ，杨程 ( 深圳市第一建筑工程有限公司 ， 5 1 8 0 2 9 ， 广东深圳) 摘要： 钢管混凝土叠合柱由截面中部钢管混凝土和钢管外侧钢筋混凝土叠合而成 ， 东海商务中心( 一期) 工程两栋超高层办公楼为叠合柱结构体系 ， 采用钢 管贯通 、 翅片连接 、 钢 管钢筋3 种连接方式及R C 环梁节点 ， 技 术先进， 旆工快捷 ， 取得了较好社会和经济效益。 关键词 ： 超高层 ； 钢管混凝土 ； 叠合柱 ； 翅片连接 中图分类号 ： T U7 5 5 ； T U 3 9 8 9 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 8 - 0 7 3 3 - 0 4 CONS TRUCT I ON T ECHNI Qu E OF S TE EL P l 】 P l E CONCR ETE COM口 E OS I T E CoLUM N S TRUCTURE W A NG Xu f e n g YAN G Ch e n g ( S h e n z h e n F i r s t C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ，L t d ，5 1 8 0 2 9 ， S h e n z h e n ，G u a n g d o n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：S t e e l p i p e c o n c r e t e c o mp o s i t e c o l u mn i s c o mp o s e d o f s t e e l p i p e c o n c r e t e a t mi d d l e p a r t o f c r o s s s e c t i o n a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e o u t s i d e t h e s t e e l p i p e T h e t wo s u p e r h i g h o f f i c e b u i l d i n g s o f Ea s t Oc e a n B u s i n e s s C e n t e r ( P h a s e I )e n g i n e e r i n g a d o p t c o mp o s i t e c o l u mn s t r u c t u r e s y s t e m，u s i n g t h e f o l l o w i n g t h r e e c o n n e c t i o n me t h o d s ，i n c l u di n g s t e e l p i p e c o n n e c t i o n ，fin p l a t e c o n n e c t i o n a n d s t e e l p i p e s t e e l b a r ，a s we l l as RC r i n g b e a m n o d e T h e e n g i n e e r i n g a d o p t s a d v a n c e d t e c h n o l o g i e s a n d f a s t c o n s t ruc t i o n s c h e d u l e ，s u c c e s s f u l l y r e a l i z i n g f a v o r a b l e s o c i al a n d e c o n o mi c b e n e f i t s Ke y wo r ds ：s u p e r -h i g h b u i l d i n g ；s t e e l p i p e c o n c r e t e ；c o mp o s i t e c o l u mn ；fin p l a t e c o n n e c t i o n 钢管混凝土叠合柱是由截面中部钢管混凝土和钢 管外侧钢筋混凝土叠合而成的柱 ， 它具有强化 ( 采用高 强高性能建 筑材料) 、 组合( 将不同材料组合到一个构 件中) 、 约束( 通过对材料间的相互约束、 或对弱性材料 的约 束改善性能 ) 、 叠合 ( 使 内力在截面 中的分布更趋 合理 、 增强抗 力与延性 ) 四种增强理念_ 1 ， 通过有效组 合增强结构承载能力和抗震性能，且截面积比普通混 凝土柱明显减小 ，是一种具有广阔发展前景的结构体 系。深圳东海商务中心( 一期) 工程大量采用了叠合柱 结构 ， 且基本涵盖了规程所含的各种节点构造 ， 在此与 各位 同行进行交流。 1 工程概况 东海商务中心位 于深圳市福 田中心区深 南大道 招商银行大厦 西侧 ， 总 用地面 积为3 4 8 0 5 m 2 ， 总建筑 面积约5 1 万m 2 ， 项目分两期开发， 其中一期工程由2 栋 智能化 甲级办公楼、裙楼商场及4 层地下停车库等组 成 ( 图1 ) ， 主体采用框筒结构体系 ， 1 号楼一 4 2 5 层及2 号楼一 4 9 层各设1 2 根钢管混凝土叠合柱 ， 叠合柱截面 尺 寸为0 7 mx 0 7 m 1 6 mx 1 6 m，混凝土强度 等级为 收稿 日期 ： 2 0 l 1 0 7 1 8 作者简介 ： 王旭 峰 ( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 浙江 湖州 人 ， 高级 工程师 ， 总 工程 师 ， e ma i l ： h l 1 2 1 1 8 1 2 6 c o r f1 C 6 0， 钢管外径 为0 7 1 1 m， 壁厚 为 1 6 - 2 8 m m， 采 用Q 3 4 5 B 钢板制作 ， 焊缝等级为一级。 图 1 东海商务中心( 一期) 工程平面 示意 2 钢管 混凝 土叠合柱柱管制作 2 1工 艺流 程 详图深化 下料 开坡 口 卷管( 点焊) + 焊接直 缝一矫圆 组焊钢管 ( 环缝 ) 构件及焊缝外观检查 焊缝超声波检测 合格交验。 2 2 操作要点 2 2 1 柱管制作 采用X S t e e l 软件进行详图深化与结构分解 ， 包括 节点拼装总图、 节点拼装顺序图 、 杆件图、 节点图及材 7 3 4 建筑技术 第 4 2卷第 8期 料明细表等， 并对复杂节点进行计算机拼装模拟 ， 通过 数据文件发送至数控精密切割设备切割板材 ，进行开 坡 口、 卷管与组焊工作 ， 柱管内侧纵缝为自动埋弧焊 。 内环缝为C O ： 气体保护焊 ， 外环缝扣槽为埋弧自动焊。 2 2 2连接 翅 片芯 连接翅片芯是在无缝钢管径向沿全长双面 角焊缝 焊接4 片钢板( 图2 ) ， 用于上下层钢管柱之间的连接 ， 宽 度伸出钢管柱管外侧1 2 m m。柱管两端沿轴线切割4 处 缝槽( 宽度大于翅片厚度2 m m) ， 将翅片芯插入柱管缝 槽内并沿连接部位全长焊接 ， 保证其同圆度 ， 消除应力 集中， 备用。 图2连 接翅 片芯 不 恿 2 2 3 构件 开孔 钢管叠合柱钢结构制孔 主要 为螺栓及钢筋穿过 孔 ， 采用数控机床钻制加工； 开设钢管穿筋孔前进行计 算机精确放样 ， 并在钢管上设置安装定位线 ， 避免安装 误差造成穿筋困难。 3 钢 管混凝 土叠合柱柱管安装 3 1 工艺流 程 地脚螺栓预埋一安装首节柱 逐节吊装连接。 3 2 操 作 要点 3 2 1 地 脚螺 栓预埋 本工程采用端承式柱脚 ，于地下室底板预埋连接 件 ；为保证埋设精度 ，安装前先测设标高与平面控制 线 ， 预埋采用型钢制作的安装支架固定， 确保连接件定 位准确； 底板混凝土浇筑时从四周向中间进行， 振动棒 不得触及螺栓预埋件 ， 设专人对预埋件进行监测 ， 发现 偏移及时处理。 3 2 2首节柱 吊装 安装前在已浇筑完成 的地下室底板上进行放线 ， 并对预埋件进行复测与校正 ： 确认无误后用塔式起重 机将首节钢管柱吊升到位 ，将其底板穿入地脚螺栓 ， 放置在调节好 的螺帽上 柱四周中心线应与基础中心 线对 齐吻合 ， 穿上压板 ， 将 螺栓 拧紧 ， 完成钢 管柱就 位 。 3 2 3逐 节钢 管柱 吊装 起吊前在柱底板向上1 m处画水平线 ， 管外壁每隔 9 0 0 m m沿纵向弹一条竖线 用于对接复核 ： 钢管柱采用 4 吊点对称起吊 ， 起吊时吊点另一端 下设橡胶垫 。 吊索 在钢管焊接完成后方可解除 ；钢管柱吊起 当柱身划线 与下节柱控制线基本吻合后调整就位固定 ，在垂直方 向各架设1 台水准仪和经纬仪， 通过水准仪观测钢管柱 上的水平线来控制钢管柱 的标高 ，用经纬仪观测钢管 柱的两条母线并通过设置在钢丝绳中间的法兰螺栓调 节其垂直度。 3 2 4柱 管连接 同径钢管柱连接采用焊接与钢板翅片连接两种方 式 ； 异径钢管柱的连接采用钢板翅片转换连接。 3 2 4 1 焊接 同径钢管接长采用等强度坡 口对接焊缝 。拼接焊 缝设置在每层楼板标高1 5 0 0 m左右 连接处设置管壁 较厚的内衬管段作为现场环形焊缝的背衬。将 吊起的 上节柱按划线位置缓缓插入下节柱内 ( 上节柱 内衬管 外壁若与下节柱 钢管内壁局部存在摩擦就位较 困难 时 ， 在塔式起重机配合下利用耳板、 栓钉协助就位) 。 钢 柱就位后将接头耳板螺栓拧紧临时固定后进行施焊 ， 施焊由2 名焊工在对称位置以同等速度进行 ， 相对边焊 缝首次焊接的层数不超过4 层 ，焊完第一个4 层清理焊 缝焊渣后， 转9 0 o 方向焊另两个相对边焊缝 ， 焊完8 层后 再换至相对边 ， 如此循环施焊直至完成。 钢柱对接焊缝 完成后割除耳板( 图3 ) 。 2 厚耳板 1 2 厚临时连接件 1 6 x M1 6 安装螺栓 图 3 钢管对接节点示意 3 2 4 2 钢板翅片连接 该节点构造是上下层钢管在节点核心区不贯通 。 采 用小直径厚壁核心钢管和4 块钢板全长双面角焊缝焊接 形成的翅片构件连接。 钢管上、 下端事先各割出4 个安装 2 0 1 1 年 8 月 王旭峰 ， 等 ： 钢管混凝土叠合柱结构施工技术 7 3 5 槽 ， 翅片插入上下楼层钢管的安装槽内， 经调整定位后 与钢管采用双面角焊缝沿连接部位全长焊接( 图4 ) 。 1 4 5 0 焊接封闭环箍 ( 翅板高度范围内) 图 4 钢板翅片连接示意 4 钢筋混凝土梁柱与钢管混凝土叠合柱连接 技 术 4 1 钢筋混凝土梁与钢管混凝土叠合柱连接 本工程钢筋混凝土梁与钢管混凝土叠合柱 的连接 采用了钢管贯通、 钢板翅片转换和钢管钢筋转换3 种连 接方式。 施工图节点大样深化时 ， 采用C A D 软件对梁纵 筋穿越钢管壁 、钢板翅片开孔或与翅板焊接定位进行 计算机放样模拟 ，详尽考虑节点不同方 向梁各排纵筋 的排布位置造成标高上的差异 ，确保钢管壁及翅片开 孔位置与大小及翅板定位角度符合梁筋穿插 、焊接定 位要求。 4 1 1 钢 管贯通连接 梁部分纵筋绕过钢管布置 ( 贴近钢管处钢筋稍弯 折 ) ， 其余纵筋穿过钢管 ； 单根钢 筋穿过 开圆孔 ， 直径 为d + 1 3 m l n ( d 为梁纵筋直 径 ) ； 并排双 筋穿过 的在钢 管管壁上开长圆形孔。核心区的钢管壁外表面焊接 1 6 钢筋环箍 ， 以加强钢管与管外混凝土 的粘结 ， 环箍 设置于核心区中下部位置 ， 与钢管采用单面角焊缝焊 接 ( 图5 ) 。 4 1 2钢板 翅 片转换 连接 梁纵筋通过钢管芯柱时 ， 外侧从翅片打孔( 洞口直 图 5 钢管贯通连接 径不大于 1 5 倍钢筋直径) 穿过 ， 中间梁两纵筋与翅片 焊接 ， 单面焊 1 0 d 。 核心区节点翅片外围加设1 4 5 0 封 闭环箍 ， 与翅片点焊( 图6 ， 7 ) 。 图 6 钢 板翅 片转换连接 图 7 钢板翅片转换连接构造示意 内 4 1 3 钢 管钢 筋转换 连接 上下层钢管间于管外焊接钢筋竖向连接 ，双面角 焊缝长度为5 d ( 图8 ) ； 钢筋外设置1 4 5 0 闭合环箍 。 钢筋混凝土梁的纵向钢筋穿过核心区构造同钢板翅片 转换连接。 图 8 钢管钢筋转换连接 4 2 钢筋混凝土柱与钢管混凝土叠合柱连接 上下层梁柱节点处钢管柱 、 钢筋混凝土柱连接时 ， 为保证钢管柱强度，在钢管断开处插筋并绑扎封闭环 7 3 6 建筑技术 第 4 2卷第 8期 箍 ， 将其放入钢管芯内固定 ， 管内混凝土浇至梁底 ， 插 筋接至上一层楼面高3 0 0 mm 处 ( 图9 ) 。 寸 2 7 F I 铂 7一 T 1 2 1 0 0 焊接封闭箍 J I l 一 J 虫l2 5O焊 接 封 闭 翱 _ 寸 ： r 虫 12 b l o o 焊 接 封 闭 箍 1 。 量 _ 下层 混凝 土浇筑到梁底 一 _ 一 下层混凝土浇筑到此析 l一 3 虫1 2 塞 | _ h 图 9 钢筋混凝土柱与钢管混凝土叠合柱连接示意 4 3 钢筋混凝土环梁连接节点 钢筋混凝土环梁节点在钢管混凝土结构中应用较 多 ，因钢管混凝土叠合柱在管外仍 有钢筋混凝土 ， 因 此叠合柱结构采用钢筋混凝土环梁节点更有利 。本 工程环梁外 围直径为2 1 m， 梁高1 5 m， 环筋 、 箍筋布 置先进行A u t o C A D放样 ， 确定各种尺寸关系 ， 并做 1 ： 1 足尺模型 ， 确认无误后再大面积下料。在现场首层设 环梁加工区 ， 环梁预先绑扎完成 ， 其 中环筋采用焊接 封闭方 式 ， 当环梁底模完成 后吊装钢筋笼定位 ， 再施 工四周其他框架梁 。当环梁 、 框架梁钢筋绑 扎验收完 成后封闭环梁侧模 ( 图1 0 ) 。 图 1 0 钢 筋混凝土环粱施工 5 混凝土施工 5 1 叠合柱 管 内混凝土 管 内混凝 土采用高位抛落法施 工 ，利 用浇筑过 程中高处下抛时产生的动能来实现 自流平并使 混凝 土充满钢管柱 内。柱底先灌入约1 0 0 mm厚 同强度等 级的去石混凝土 ， 以使新 旧混凝土连接良好 ， 避免 浇 筑时发生粗骨料弹跳现象。在抛落混凝 土的同时采 用粗钢 筋棒进行适 当插捣 ， 上部2m范 围内用振捣棒 密插短振 ， 逐层振捣 ， 每层振捣至混凝土表面平齐 不 再明显下降 ， 不再 出现 气泡 ， 表面泛 出砂浆为止 ， 浇 筑结束后清除浮浆 ， 初凝后灌水养护 ， 用塑料 布将管 口封住 ， 防止异物掉入。安装上一节钢柱 前将管内积 水 、 杂物清除 干净 。 对管内混凝土浇筑质量可采用敲 击钢管的方法进行检查 ，如有异常可再 用超 声波检 测 ， 对 不密实的部位应采用钻孔压浆法补 强 ， 然后将 钻孔补焊封 固。 5 2钢管外 钢筋 混凝 土 管外钢筋施工完毕经隐蔽验收后进行柱模安装 ， 采用两根一组的 1 0 槽钢配合0 1 8 对拉螺栓按竖 向间 距4 0 0 mm( 首步距柱脚2 0 0 m m) 作为柱箍进行加 固。 柱 模与梁板承重架一并搭设 ，设置双向剪刀撑 以形成空 间稳定体系。 因钢柱将柱截面相对分隔成几个区域 。 在 每个区域 内均匀下料采用加长振捣棒对称振捣 ，保证 振捣密实， 避免胀模偏位。 管外混凝土采用养护液无水 养护方式 ， 养护时间不少于1 4 d 。 6 结语 工程主体为钢管混凝土叠合柱框筒结构体系 ， 采 用钢管贯通、 翅片连接和钢管钢筋3 种连接方式及钢筋 混凝土环梁节点施工， 受力明确可靠 ， 构造简单灵活 ， 具有良好的延性与耗能能力。叠合柱结构体系与型钢 混凝土比较 ， 避免了大量框架梁纵筋穿越与焊接工作 ， 且材料用量较少 ， 与普通钢筋混凝土比 ， 尽管增加了钢 管柱安装及节点处理的工序 ， 但实践证明， 只要合理安 排工序 ， 通过平行流水、 立体作业方式( 如钢柱 吊装焊 接与模板支架搭设并行，钢筋混凝土环梁预加工钢筋 笼穿插吊装就位 ) 、采用节点穿插预先计算机放样、 实 物模拟等手段 ，钢管吊装拼接工序基本不 占用主导工 期。 本工程构件定位精确 ， 施工快捷 ， 技术先进 ， 质量可 靠， 取得了较好的社会、 经济、 技术与环保效益。 参考文献 1 林立岩 ， 李庆钢阚 管混凝土叠合柱的设计概念 与技术 经济性 分析 J 建筑结构， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 3 ) ： 1 7 2 1 2 C E C S 1 8 8 ： 2 0 0 5 ， 钢管混凝土叠合柱结构技术规程 S