绍兴科技馆新馆钢管混凝土柱及叠合柱施工技术.pdf

2 0 1 3 年 第 8 期 (总 第 2 8 6 期) N u mb e r 8 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOL OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 8 0 4 2 绍兴科技馆新馆钢管混凝土柱及叠合柱施工技术 童仙敏 ，刘泓鑫 ，许建波 ( 1 浙江环宇建设集团有限公司，浙江 绍兴 3 1 2 0 0 0 ；2 华汇工程设计集团股份有限公司，浙江 绍兴 3 1 2 0 0 0 ) 摘要 ： 钢管混凝土叠合柱 由柱截面中部钢管混凝土和钢管外侧钢筋混凝土叠合而成 。 绍兴科技馆新馆一 区影院区主要为钢 管混凝土柱 、 叠合柱结构体系 ， 三区展览区主要为钢管混凝土柱结构体系 ， 钢管最大直径 1 2 0 0 r mn ， 单根钢管长度较长， 钢管内 、 外隔板较多等等施工上难度很大， 通过创新地脚螺栓安装 、 钢管柱 吊装 、 钢管焊接及管 内、 外混凝土施工工艺 ， 有效地解决了施工 过程 中的各种难题 ， 取得了 良好的社会 、 经济效益。 关键词 ： 钢管混凝土柱 ；叠合柱 ；施工技术 中图分类号 ： T U5 2 8 0 l 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 1 5 1 0 3 Sh a o x i ng n e w s c i e n c e a n d t e c hn o l o gy m u s e u m c o n c r e t e - f i l l e d s t e e l t u b e c o l u m n a n d c ompos i t e col um n c ons t r uc t i on t e chnol ogy TONG Xi a n mi n ， LI UHo ng x i n 2 ， XU J i a nb o ( 1 Z h e j i a n g H u a n y u C o n s t r u c t i o n G r o u pC o ， L t d ， S h a o x i n g 3 1 2 0 0 0 ， C h i n a ； 2 H u a h u i E n g i n e e r i n g E e s i g n G r o u pC o ， L t d ， S h a o x i n g 3 1 2 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S t e e 1 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 b y c o l u mn c e n a 1 s e c t i o n c o n c r e t e - fi l l e d s t e e 1 t u b e a n d s t e e l t u b e o u t e r r e i n f o ree d c o n c r e t e c o mpo s i t e a nd b e c o me S ha o x i n g n e w s c i e nc e a nd t e c h no l o g y mus e u m a r e a c i n e ma a r e a ma i n l y f o r t he s t e e l tube c o n c r e t e c o l u mn， c o mpo s i t e c o l u mn s t r uc t ur e s y s t e m ， t h r e e r e g i o n e xh i bi t i o n are a ma i n l y for t he s t e e l t u b e c o n c r e t e c o l u mn s t r uc t u r e s ys t e m ， t h e l a r g e s t s t e e l pi pe d i a me t e r of1 2 0 0 mm ， s i n g l e tube l e n g t h i s l o ng e r ， s t e e l p i pe i n t e r n a l a nd e x t e r n a l di a ph r a g m mo r e o n c o n s t r u c t i o n an d S O o n i s ve r y d i ffi c u l t ， t hr o u g h t he i n no v a t i o n an c h o r bo l t i n s t a l l a t i o n， s t e e l tub e c ol u mn l i f t i n g， s t e e l p i pe we l d i n g a n d t u b e， the c o nc r e t e c o n s t r u c t i o n t e c hn o l o g y ， wh i c h C an e f f e c t i v e l y s o l v ethep r o b l e ms i nt h e p r o c e s s o f c o n s t r u c t i o n， a n da c h i e v e dg o o d s o c i a l a n d e c o n o mi cb e n e fi t Key w or ds： c o n c r e t e fil l e d s t e e l tube c ol u mn； c o mpo s i t e c ol u mn； c o n s t r u c t i o n t e c hn ol o g y 0 引 言 钢管混凝土钢管混凝 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 ， 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。 1 工程 概 况 绍兴科技馆新馆位于绍兴镜湖新 区核心 区域行政 中心 的南侧 ， 北侧为城市于道洋江西路 ， 隔路 与行政 中心相望 ， 南侧为规划路 ， 西侧 为九流渡水 系， 东侧为梅山江水系。 科技馆新馆 主要包括科技馆展厅 、 球幕影院两大功能 块 ， 两者之间首层脱开 ， 二层 以上用钢桁架连成一体。 绍兴科技馆新馆总建筑面积为 3 0 9 6 3 m ， 其中地上建 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 2 0 6 筑面积 2 4 9 9 6 m ， 地下建筑 面积 5 9 6 7 m2 o 展厅部分 ： 一层 地下室汽车库 ( 战时为六级二等人员隐蔽所 ) ， 地下室层高 4 0 m， 标 准柱 网 8 4 mx 8 4 1 1 1 ； 地上展 厅 3层 ， 标 准柱 网 1 5 0 m 1 5 0 m， 首层层高 8 8 m， 二层层 高 7 4 m， 三层层高 7 0 m； 球幕影院部分 ： 地上三层 ， 一 、 二层层高 5 1 1 T I ， 顶层 层高随建筑造型变化 ， 球幕影院屋盖位于顶层 ， 采用单层 钢 网壳结构( 直径 2 1 1T I ) ， 网壳建筑最高点高度约 2 9 5 5 1 T I 。 如图 1 所示 。 图 1 北区展览馆和影院区布置 图 1 51 一 区结构柱 主要为钢管混凝土柱 、 叠合柱 ； 三区结 构 柱主要为钢管混凝土柱 、 十字型钢混凝土柱。 叠合柱及钢 管混凝土柱具有构件规格大、 混凝土强度高 、 柱 内隔板多 、 钢管长度长等特点 ， 从而造成钢管 吊装就位及 柱内混凝土 浇筑 困难 。 需要对钢管柱 吊装 、 焊接及 管 内混凝土浇筑采 取科学合理的施工技术 ， 确保叠合柱及钢管混凝土柱施工 过程的安全及工程产品的质量。 2 钢管混凝土叠合柱柱管制作 2 1 工 艺流 程 详图深化一下料一开坡 口一卷管( 点焊 ) 一焊接直缝一 矫 圆一组 焊钢管 ( 环缝 ) 一构件及焊缝外观检查一焊缝超 声波检测一合格交验 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 及结构分解 ， 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 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 用数据机床钻制加工； 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一安装二节 柱一柱管连 接一安装三节柱一柱管连接 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 ； 由于混凝土结构钢筋 的影 响， 地脚螺栓埋设 困难 ， 位置难 于固定 。 而且在浇 捣混凝 土时， 受振动和混凝土倾倒流淌 时的侧 向挤压会有偏移 。 为了保证埋设精度 ， 可采用钢框 固定地脚螺栓预埋法 ( 如图 2 所示) ， 该框架具有很大强度 ， 能防止混凝土浇灌时的冲击和振捣等外力而不变形。 在混 凝 土浇捣 时应派二 名测量 员在二个互相垂直 的轴线上用 经纬仪监视偏差情况 ， 一旦发现较 大误差 ， 应及 时调校正 确。 待地脚螺栓施工完毕后应及时复测地脚螺栓的定位轴 线、 螺栓顶标高、 螺栓伸出支撑面长度、 螺纹长度、 平整度、 螺杆的垂直度， 并作好资料记录。 3 2 2 吊装机械选择 根据分段钢柱质量计算 ， 第一节柱最大质量约为 3 8 t ， 现场测量钢柱与临时施工道路约为 1 5 m， 考虑到现场基坑 斜坡临时施工道 路的安全距离 ， 在吊装过程中钢柱与 吊车 最大距离约 为 1 8 m幅度 ， 选择 5 0 t 汽车 吊进行 吊装 。 查浦 1 5 2 图 2 预埋件加固图 沅 5 0 t 汽车吊性能表可知， 主臂长 3 6 2 i n ， 工作幅度 1 8 m， 最大起质量为 4 5 t ， 满足 吊装要求( 如 图 3 所示 ) 。 图 3钢 柱 吊装立 面 图 3 2 3 钢柱吊装 ( 1 ) 吊装前准备 。 首先 对预埋锚 栓进 行轴线及标高 复 测 ， 在 底层处放 出钢柱底板 的外框控制线及 中心线 ， 保证 在钢柱安装时准确定位。 根据计算选择合理的钢柱吊装吊 点及满足要求的钢丝绳规格。 钢丝绳选择计算 ( 吊装简图 如图 4 所示 ) 。 F = G G钢柱质量 3 8 t F = 2 F 1 ( c o s l 5 。 ) F I= F ( 2 c o s l 5 。 ) = 3 8 0 0 0 ( 2 x 0 9 6 6 ) = 1 9 0 7 6 N 钢丝绳选型号为 6 3 7 + 1 钢丝绳抗拉强度为 1 7 7 0 MP a 尸破=0 3 x x o P破 = P许 吊装用钢丝绳安全系数 K取值为 8 。 P许-1 9 0 7 6 = 0 3 x d o l k d =1 6 9 mm 钢丝绳取值 d = 2 0 m m， 满足吊装要求。 ( 2 ) 首节钢柱吊装就位。 钢柱吊至锚栓上方工作人员 进行钢柱稳定 ， 并缓慢下落， 座落后利用橇杆进行轴线及 标高调整， 然后进行水准仪调整其标高和两台经纬仪进行 调整垂直度 。 钢柱标高及垂直度调整完毕后 ， 进行锚栓紧固 F 受力简图 F 图 4吊装简 图 固定 。 当钢柱 吊装完成并校正完毕后 ， 对地脚进行二次灌浆 ， 钢柱 内浇灌混凝土。 ( 3 ) 其余钢柱的吊装。 首层混凝土楼层板浇筑完毕强 度达到 7 5 后 ， 进 行第二节钢柱安装 。 要求基 础放 坡位置 进行 回填并压 实。 钢柱 吊点与首节钢柱 吊点设置 相同 ， 钢 柱质量 8 4 t ， 经过计算 + 2 6的钢丝绳满足吊装要求。 查浦 沅 5 0 t 汽车吊性 能表可知 ， 主臂 长 3 6 2 m， 工作 幅度 9 m， 最大起质量为 1 0 t ， 大于构件质量 8 2 t ， 满足 吊装要求 。 钢 柱吊装放样立面示意图如图 5 所示 。 图 5 二层钢柱吊装 ( 4 ) 钢柱的焊接。 同径钢管接长采用等强度对接坡口 焊缝 ， 拼接焊缝设置在每层楼板变高以上 1 5 0 0 m m， 连接 处设置管壁较厚的内衬管段作为环形焊缝 的背衬。 将 吊起 的上节柱按画线位置缓缓插人下节柱内( 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， 在起 重机协助下利用耳板及螺栓协助就位 ) ， 下节钢柱 的顶面标 高和轴线偏差 、 钢柱扭 曲值一定要控制在规范以内 ， 在上 节钢柱 吊装时要考虑进行反 向偏移 回归原位的处理 ， 逐节 进行纠偏 ， 避免造成 累积误差过大 。 钢柱就位后将接头耳板 螺栓拧紧临时固定后施焊 ， 施焊 由两名焊工在对称位置以 同等速度进行 ， 相对变焊缝首次焊接的焊缝层数不超过 4 层 ， 焊完第一个 4层后清理掉焊缝渣滓 ， 转 9 0 。 方 向焊另两个 相对边焊缝 ， 焊完 8 层后再转 置相对边 ， 如此循环施 焊直 至满足设计要求 ， 钢柱对接焊缝完成后割除耳板( 图 6 ) 。 图 6 钢管对接节点示意( 单位 ： mm) 4混凝 土施 工 4 1 叠合柱管内混凝土施工 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 I l lT I 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 2 m m 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 ， 防止异物掉人。 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。 4 2 叠合柱管外混凝土施工 钢管外混凝土施工分钢筋绑扎、 模板支设 、 混凝土浇 筑三部分。 钢筋绑扎前先对钢管外表面进行除锈处理， 检 查栓钉的位置及数量。 由于叠合柱截面较大， 内部钢管的存 在无法设置对拉螺栓 ， 所 以模 板采用定型圆钢模 ， 采用模 板加强背楞斜角对拉形式进行加固。 钢管外混凝土采用自 密实混凝土。 混凝土浇筑强先用水自上而下对柱模板内进 下转第 1 6 O 页 l 5 3 3 2 2 严格控制灌注下料速度 灌注时避免灌注开关操作不当， 造成自密实高性能混 凝土下料灌注速度过快。 另外 自密实高性能混凝 土扩展度 偏大也可造成灌注过快 ， 这些现场操作人员应予以控制。 3 2 3 防止 自密实高性能混凝土扩展度过小 在正式 进行灌 注之前应对 自密实高性能混凝 土进 行 检测 ， 如扩展度过小 ， 则应使用聚羧酸高性能减水剂进行 现场调整 ， 使之处于合理范围后再行灌注。 3 4 尽量避开气温相对偏高 中午时段 中午时段为一天气温的相对偏高时段 ， 自密实高性能 混凝土受气 温影响性能变化相对较大 ， 试验人员应对 自密 实高性能混凝土可能受到的各种影响因素充分考虑 ， 确保 其各项性能充分适应中午时段进行灌注施 工 ， 或尽量避开 中午 时段施工。 4 结束语 ( 1 ) 自密实高性能混凝土随着扩展度 的增大 ， 表 面气 泡也会逐渐变多， 并成群 出现 ， 极易出现浮浆层 ， 施工灌 注 前一定要控制好扩展度 ， 确保在合适灌注的扩展度下 ， 自密 实高性能混凝土静止时表面不起浆少起泡这一原则 ， 这是 确保充填层表面气泡少及无浮浆层的关键， 一般情况下灌 注时 的扩展度应尽量控制在 7 0 0 m m 以内， 严防单纯为了 充盈度合格放大扩展度 而不顾其他质量问题 的做法。 ( 2 ) 自密实高性能混凝土的黏性应该作为施工控制的 主要 内容之一 ， T 蜘的时间适当长一点 ， 根据施工经验 3 5 S 为好 ， 时间过短则 自密实高性能混凝土黏性差 ， 容易离析 。 上接第 1 5 3页 行冲刷 ， 柱模板根部预留排水孑 L ， 务必确保钢管、 钢筋、 模 板表面湿润干净。 混凝土浇筑时间控制在 2 h以内， 为避免 人为分层 ， 务必保证 自上而下连续下料 。 叠合柱 内钢筋 、 隔 板较多 ， 难点是振捣环节 ， 混凝土振捣 采用 长轴振捣棒 内 部振捣加外部敲打的方式充分振捣 ， 浇筑结束后待混凝土 沉缩 3 0 mi n左右初凝前 ， 再用长轴振捣棒进行一次振捣 ， 以消除模板表面的气泡 ， 确保混凝土达到密实。 5结语 绍兴科技馆新馆钢管混凝土柱和叠合柱截面大 、 混凝 土强度高 、 钢管长度长。 施工过程 中创新了多项施工工艺解 决了一些列 的难题 。 工程质量优 良、 施工进度得到保证 ， 取 自密实高性能混凝土 的黏性是判断整个性能可靠的关键 指标之一。 ( 3 ) 离缝是灌注失败主要判别依据之一 ， 在灌注过程 中如板边周 围出现流水流稀浆 的现象 ， 说 明白密实高性能 混凝土接近离析 ， 则灌注后 出现离缝 的可能性较大 ， 应及 时调整 自密实高性 能混凝土性 能后再行灌注 ， 如周 围流出 的浆体较干稠， 则灌注的效果较好， 出现离缝的几率也小。 ( 4 ) 目前关于 自密实高性能混凝 土的技术文件 尚不完 善 ， 对 自 密实高性能混凝土在无砟轨道充填层的施工缺乏成 熟的指导性文件 ， 对 自密实高性能混凝土充填层表面气泡局 部富集与浮浆层判别还缺定量界定 ， 气泡局部富集易判为浮 浆层。 由于在较封 闭的空间内灌注 自密实高性 能混凝土 ， 所 有气泡无从排出 ， 充填层局部表面气泡多而密集在一定程度 上很难解决的， 但 当前标准界定不够明确 ， 没有对气泡富集 与浮浆层两者厚度进行定量的界定 ， 在揭板试验过程中， 很 容易在气泡密集和浮浆层判断上出现混淆和困扰 ， 对灌注效 果产生误判， 最终影响充填层灌注质量的评定， 为了便于区 分及现场施工人员掌握 ， 建议 以充填层边缘是否与无砟轨道 板底部离缝作为判别两者的主要依据之一 ， 出现离缝则可认 为出现浮浆层 ， 没有出现离缝 ， 但充填层表面气泡局部富集 则可按气泡缺陷类型根据规范判定灌注质量。 作者简介： 联系地址 ： 联系电话： 彭卿( 1 9 7 0 一 ) ， 男。 湖北襄阳市航空路7 3 号 中铁十一局集团一公司中心 实验室( 4 4 1 1 0 4 ) 1 3 8 71 62 9 48 0 得了良好 的社会效益与经济效益。 参考 文献 ： 1 】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 】 北京 ， 中 国计划出版社 ， 2 0 0 5 【 2 】钢管混凝土结构构造( 0 6 S G 5 2 4 ) Z 北京， 中国建筑科学研究 院 ， 2 0 0 6 3 】韩林海 钢 昆 凝土结构 理论与实践嗍 E 京， 科学出版社， 2 0 0 4 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 ： 童仙敏( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 高级工程师， 一级注册建造师。 浙江省绍兴市越城区府山西路 2 9 5 号 浙江环宇建设 集团有限公司( 3 1 2 0 0 0 ) 1 3 8 5 75 O 5 9 58 徐工混凝土机械产品市场 占有率逆势增长 今年上半年， 在行业需求下滑和市场竞争加剧的严峻形势下 ， 徐工混凝土机械产品市场占有率逆势增长， 其中， 徐工 混凝土泵车在行业销量下滑 3 5 的情况下， 稳步增长 1 l ， 市场占有率同比增长 2 6 ； 徐工混凝土搅拌车更是成为“ 明星 产品” ， 销量同比增长行业首屈一指， 市场占有率同比增长 2 7 。在市场容量趋小的情况下 ， 市场占有率每增长 1 个百分 点， 都是难上加难， 徐工混凝土机械逆势增长， 得益于徐工强大的平台， 同时也凸显了徐工施维英公司以客户为中心， 以自 主创新为主体的工作得到了市场认可。 1 6 0