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劲性钢骨砼柱施工工法
1、前言
随着国民经济的发展，高层、超高层建筑的崛起，单幢建筑的高度越来越高，钢骨砼柱作为主要承重结构的应用越来越广。
***市***建筑安装工程有限公司承建的江苏省********综合楼工程，在钢骨砼柱的施工中，采用了单件安装整体复核浇筑砼的施工工艺，确保工程质量，加快施工进度，降低工程成本，取得了明显的经济效益。该施工工艺经过项目部的攻关，其QC成果获***市2003年优秀QC成果一等奖。
2 特点
钢骨砼柱是以劲性十字钢骨架为柱芯，钢骨架与砼组合，共同承受荷载的作用，见图1，增加柱结构的刚度。这种结构，具有钢结构和钢筋砼结构的双重优点，充分发挥了砼（受压）和钢材（受拉）两种不同材料的特性，与钢筋砼结构相比，提高了柱的承载力，减小了柱截面，减少了砼量，减轻结构自重，减少了对地基的荷载。与钢结构相比，它节约钢材，耐火能力强，增强结构及建筑物的刚度，减振阻尼性能提高，抗震性能好，并具有更高的强度。而且，施工速度快，操作方便。该工法以现场钢骨柱的安装及钢骨柱砼的浇筑施工工艺为要点，以提高钢骨砼柱的施工质量为目的。
3 适用范围
可用于高层、超高层钢骨砼柱结构的现场施工，钢骨柱的安装及钢骨柱砼的浇筑。
4 工艺原理
4.1 根据《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）等来指导钢骨砼柱施工的全过程，依据规范、设计图纸，编制切实可行的施工方案，经过现场攻关小组的实际操作，并加以总结，编制了该施工工法。
4.2 采用全站仪、经纬仪放线，测定柱轴线的位置，形成内控平面控制网。
4.3首节钢骨柱安装在承台底板上，安装骨柱基础节时，采用座浆法，在柱脚底部抹一层高标号的水泥砂浆，排净基脚与砼垫层接触面之间的空气。
4.4 钢骨柱节与节之间的安装，从测量、吊装、对中、校正、测量其垂直度、标高，焊接前对焊缝周围部位的钢板预热。
4.5 选用科学合理的安装工艺和焊接方法，焊接采用对称焊接工艺，防止骨架的变形。
4.6 柱、梁接头连接处，梁钢筋一部份穿过钢骨柱的翼板，与另一跨梁相连，另一部份钢筋则焊在翼板的加强板上。
4.7 柱模板的支设，不同于一般的钢筋砼柱模板的支设，穿过骨架截面的对拉螺栓，其中间一根不好穿过，为此在栓钉上焊接钢筋来固定模板的对拉螺栓连接。
4.8 砼的浇筑。合理选择原材料，确定砼的配合比，调整水灰比，以达到确保强度，节省资源，并与环境保护相协调的目的。
5 工艺流程及操作要点：
5.1 工艺流程
测量定位轴线→起吊钢骨柱 → 就位 → 临时固定 → 测量轴线、垂直度、标高→校正 →固定 → 预热 → 焊接接头（对称焊接） → 焊缝处理 → 超声波探伤检验（合格后）
→绑扎柱钢筋 → 焊接固定对拉螺栓用的钢筋 → 焊接对拉螺栓 →拼装模板→ 支柱模→ 支梁底模板 → 穿梁钢筋 → 焊接骨柱与梁接头钢筋 → 浇筑砼
5.2 操作要点
5.2.1钢骨柱的构造
钢骨柱的构造：钢骨架为劲性十字柱，由一根H型柱与二排T型柱组合，钢骨柱截面为十字型，最大尺寸800*800，单件重约4t，纵横向均由腹板、翼板焊接组合而成。如图2：腹板截面：纵向30*700，横向30*345共两块；翼板截面：40*300；翼板纵向有二排Φ20长80mm的栓钉，纵向间距250mm，水平间距200mm，栓钉中心至翼板边缘为50，栓钉的端部制作成镦头，这样，提高了钢骨架与砼的握裹力。

图1 钢骨砼柱截面图 图2：钢骨柱骨架大样
5.2.2 钢骨柱的安装
5.2.2.1 基础节的安装
基础节设置在地下室底板砼中，基脚底板采用40厚钢板，与预埋螺栓连接见图3。

1 平面轴线控制：采用内控法在底板上布设基准线控制网，测量轴线位置，并用全站仪闭合复测。
2 预埋地脚锚栓：采用直埋法，绑扎底板钢筋时，在骨柱位置预埋4根M36高强锚栓，用长300~400的Φ20短钢筋与底板钢筋焊接，形成稳固的整体。
3 地脚标高的控制：用螺帽拧在高强锚栓的上部螺纹处，作为水平标高的控制点，用水平仪测量标高。标高控制在高于砼表面5~8mm。用全站仪进行校核，控制锚栓的上口标高和平整度。
4 吊装：利用现场的塔吊作为吊装设备。按现场钢骨柱与塔吊的距离及骨架的重量，配备塔吊的起重量要能满足施工要求。
5安装：将钢骨柱吊装到位，使钢骨柱中收线与砼承台板上柱轴线对中，在柱脚板底抹薄薄的一层高于砼柱强度的高标号水泥沙浆，（钢骨柱脚底板上已设置了4Φ16的排气孔），待骨柱底板与承台砼接触时，水泥浆从排气孔内挤出，排出柱脚底板与 图3： 基础节柱
砼间的气体。随后，拧紧基础节底板与预埋螺栓连接的螺帽，进行初校正。
6校正：用激光经纬仪在两个垂直方向，测量钢骨柱四面的垂直度，控制钢骨柱在水平及垂直方向的安装精度。
5.2.2.2 标准节的安装
1、轴线控制：将轴线控制网用全站仪引至施工层，用经纬仪引测施工层的轴线，同时检查下节钢骨柱伸至楼面部分中心线相对轴线的偏移量（即下一节钢柱的整体垂直度），为钢骨柱的对接定位及垂直度调整方向提供参考数据，防止累计误数超过允许偏差。
2、吊装就位：根据图纸要求及钢骨柱编号，校对钢骨柱规格、尺寸、开孔位置是否符合设计和二次排大样的要求，核对无误后，利用钢骨柱上的L形连接耳板和加强板作起吊点，
进行吊装就位。
临时固定：钢骨柱就位时，上下节钢骨柱对正，将2块40*100的连接夹板与预焊在钢骨柱上的L形芯板用螺栓连接，作临时固定，（每节钢骨柱的四面均预焊1块L形芯板，每块板上预留3Φ32孔，每块连接板预留6Φ32的孔，）以保证钢骨柱的稳定。钢骨柱拼装节点见图4。
3、 校正：钢柱就位后按照先调整标高，再调整扭转，最后调整垂直度的顺序，以相对标高控制法，用激光经纬仪、全站仪对轴线、标高、垂直度、位移、错位量校正。
4、标高的控制：由于钢骨柱分节安装，则应控制每节标高，每层柱安装完毕，整体复核，根据平面控制网及外围的原始控制点的标高，用自动安平水平仪调整。 图4 钢骨柱架拼装节点
5、 骨柱焊接：钢骨柱校正就位后，在钢骨柱上下接头焊缝周围的腹板、翼板上采用氧乙炔预热法预热，待达到所规定的温度后施焊。焊按时遵循“对称同步等速”的焊接原则，由8人分4组，采用ZXE1——3*500/400焊机。从柱相对的两个面同时等速对称焊接。焊缝成全熔透焊缝。随时观察垂直度有无变化，以减小对骨柱的垂直度影响，防止骨架的变形。
6、 超声波探伤检查：每层柱焊接完毕，待焊缝冷却至工作环境，按照《钢结构施工质量验收规范》（GB50205—2001）和《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB11345—89），请省质检中心的专检人员对焊缝进行超声波探伤检测，合格后，再绑扎柱钢筋。

5.2.2.3 钢筋工程：柱钢筋的绑扎同一般砼柱的钢筋绑扎方法。注意钢筋接头与钢骨架接头位置错开。
5.2.2.4 钢骨柱模板的安装
江苏省*****综合楼工程钢骨砼柱截面为800*1000，模板设计采用十一夹板、50*100木方子及φ48*3.5钢管综合安装。由于钢骨柱中间均为钢板，对原来砼柱的采用对拉穿心螺栓固定模板的方法不能实施。经设计单位同意，在钢骨柱φ20栓钉上横向间
隔焊接φ20短钢筋，然后再在横向短钢筋上焊接φ18纵向长钢筋， 图5 钢骨柱模板示意图
在模板安装前，将中间一根对拉螺栓焊接在纵向的φ18钢筋上，间距仍同两侧的对拉螺栓间距，见图5。
5.2.2.5 柱、梁节点钢筋绑扎

梁钢筋与钢骨柱的连接。根据框架梁所处的标高以及梁高、梁宽和梁钢筋的根数、直径、分布，在加工厂制作钢骨柱时，按设计要求确定柱身腹板上穿孔的个数、位置、孔径及焊接翼板上加劲板的宽度、高度和标高等。与钢骨柱相交的框架梁截面宽度均小于钢骨柱截面宽（梁宽600 mm，骨柱宽800 mm，砼骨柱宽1300mm），梁的一部份钢筋从钢骨柱腹板预留孔中穿过，与另一跨相连；两侧的钢筋一部份穿过骨柱后锚入骨柱，另一部份钢筋焊接在钢骨柱翼板的加强板上，采取双面搭接焊。见图6
图6： 柱梁连接节点
5.2.25.6 砼的浇筑：
1 砼浇筑前施工现场做好各种准备工作，如泵车的位置，商品砼的质量控制及对操作工人的交底等。
2 砼浇筑采用泵送砼，每节钢骨砼柱浇筑砼高度不超过5m。采用导管投料，保证下料自由高度H≤2m。
3 钢骨柱砼采用立式手工浇捣法浇筑。
4 砼分层浇筑、振捣，分层厚度应≤1m，采用高频振动器。振动时快插慢拔，沿梅花型插点振动，逐点移动，按顺序进行，不漏振，振动时间每点控制在20~30 s，以砼表面呈现浮浆及石子不再沉落，不冒出气泡为止。
5 为了更好地控制高频振动器按梅花点位置准确下振，保证振动均匀，操作人员应用拉绳控制振动棒。
6、材料：
钢骨架由专业加工厂按设计图纸加工，所用钢板材质采用Q345B低合金高强度结构钢为主，部分采用Q235b碳素结构钢。柱钢筋按设计的钢筋规格型号配置。砼采用商品砼，强度等级按设计要求，原材料及半成品的质量要求执行其相应标准。
7 机具设备
选用较先进的仪器、机具设备（见表1）
表1 仪器、机具设备配备表
序号
名 称
规格型号
单位
数量
备 注
1
塔吊
300T·M
台
1
视现场平面布置和钢骨柱的重量确定。
2
砼搅拌机
JS500
台
1

3
交直流两用多头焊机
ZXE1-3*500/400
台
8

4
交流焊机
BX-500
台
8

5
自动埋弧焊机
MZ-1100013
台
4
上海电焊机厂
6
焊条保温箱
PR-4/450mm
台
40

7
程控电焊条烘箱
YGCH-X-400
台
5

8
电加热器
200*400
块
40

9
电加热温控箱
LWK-9B
台
6

10
砼输送泵
HBT90
台
3

11
氧气割焊设备

套
2

12
振动器
插入式
套
20

13
内爬式布料杆

台
1

14
全 站 仪
STE2110
台
1

15
激光经纬仪
J2B
台
1

16
经 纬 仪
J2
台
1

17
水准仪(威尔特Ⅲ)
DS3
台
1

18
水准仪
DS3
台
2

19
组合检测工具

套
5

20
超声波探伤仪
CTS-26（A）
台
1

21
万 用 表
500型
台
3

22
压 力 表
P1-16
块
2

23
风速测试仪
EY11B
台
1

24
电流电压测试仪
M641-VAW
台
1

25
坍 落 筒

个
6

26
游标卡尺

把
3

8 劳动组织及安全
8.1 劳动力组织（见表2）
表2 劳动力组织
序号
工 种
人 数
备 注
1
塔吊司机
4
高级技工（持证上岗）
2
安装工
12

3
电焊工
18

4
木工
20

5
钢筋工
12

6
砼工
20

7
电工
4

8
测量员、质检员、安全员等项目管理人员
20

8.2 安全措施
8.2.1 本工法执行国家及上级各部门制定的各项安全规程。如
1、 《建设工程施工现场管理规定》中华人民共和国建设部令（15号）
2、 《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99
3、 《施工现场临时用电安全技术规程》JGJ46-88
8.2.2 起吊钢骨柱前，应进行试吊。检查起吊的机具、钢丝绳有无损坏，确保机具完好。
8.2.3危险吊装区域应拉设警戒绳，专职塔吊指挥和安装工现场指挥。
8.2.4 吊装前注意收听天气预报，吊装时架设风速仪，风力超过6级或雷雨时应禁止吊装，夜间吊装时必须保证足够的照明，构件不得悬空过夜。
8.2.5 为便于钢骨架连接施工，在操作层应搭设操作平台。
8.2.6 各楼层应做好防火措施，特别在施焊期间，防止火花飞溅。
8.2.7 砼浇筑时，做好下料、振捣的安全措施。
8.2.8 做好环境保护，对废弃物品的处理，按ISO14001环境标准的要求执行。
9 质量要求
9.1 执行主要规范和规程
1、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）
2、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
3、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
4、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）
5、《钢结构高强螺栓连接设计、施工及验收规程》（JGJ82-91）
6、《高层建筑砼结构技术规程》（JGJ3-2002）
9.2 主要质量标准
9.2.1劲性钢骨柱安装质量要求
按照《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）第十一章多层及高层钢结构安装工程的规定执行。对主控项目，第11.2、11.2.3、11.3条及附录E中表6的相关条款执行。现将主要的允许偏差条款复述如下。（见表3）
表3 钢骨柱安装质量标准
项目
允许偏差（mm）
测量工具
建筑物定位轴线
L/20000 ，且不应大于3.0
经纬仪、水准仪、全站仪的钢尺实测
基础上柱的定位轴线
1.0
基础上柱底标高
±2.0
地脚锚栓位移
2.0
主体结构的整体垂直度
（H/2500+10.0）且不应大于50.0

上、下柱连接处的错口
3.0
钢尺检查
同一层柱的各柱顶高度差
5.0
水准仪检查
9.2.2 焊缝质量标准
焊缝质量标准见《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）第五章及附录A二级焊缝质量标准。
9.2.3 钢筋分项工程标准
按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中第五章执行。
9.2.4砼浇筑标准
按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中第七章、第八章执行。
9.3 施工中注意事项
9.3.1 原材料：各种原材料必须合格，必要时经见证取样合格后才能使用。
9.3.2 钢骨柱经检查合格后才能运至施工现场。
9.3.3 焊条、焊剂、焊丝必须有合格证，并按要求烘焙后施工，焊接完毕后，及时清理焊渣。
9.3.4 各种焊缝外形要均匀，符合检查项目中一般项目的规定。
9.3.5 各检查项目的抽检查数按全数检查的方法进行。
9.3.6成品保护：各构件校正好后方可施焊，并不得随意移动垫铁和卡具，以防造成构件尺寸偏差。不得在焊缝处的母材上引弧。焊后不得撞砸接头，不得往刚焊完的焊缝和钢材上涨水。砼浇筑后进行养护。
10 效益分析
10.1 采用本工法在钢骨砼柱的施工中，按照国家施工验收规范的规定，其质量均达到验收一次合格，避免了重复用工。
10.2钢骨砼柱的支模中，与其它的用槽钢作柱箍相比，节约费用约8.8万元，并且便于操作。
10.3减小柱截面，节约砼量，减轻结构自重。11 应用实例
江苏省********综合楼工程，为钢筋砼框架—剪力墙结构，地下二层，地上二十六层，建筑物总高度116m，总建筑面积36806m2。采用钢骨砼柱16根，柱截面为800*1000，钢骨截面为500*500，钢骨柱砼为C60。钢骨架总用量430t。所施工的钢骨砼柱质量经验收合格率为100%。目前该工法在南京新世纪广场工程得到很好的推广应用。该工程位于南京市*****路与****路交汇处，由南京****发展有限公司投资兴建，江苏省*****研究院设计,建筑面积为131253m2,钢骨柱框架—剪力墙结构，地下两层,地上B楼26层，A楼52层，为双塔楼，建筑总高261m。A楼采用16根钢骨砼柱，柱截面为1300*1300，单根柱每次浇筑砼量：6.5立方米(负二层)，6.98立方米(负一层)。主承台底板砼为C40S12。钢骨柱砼为C60，钢骨架总用量1223.2t。于2002年12月开工，目前已施工至五层，经设计、业主、监理等单位联合验收，合格率为100%。