钢管高强混凝土组合柱施工技术.pdf

5 8 江苏建筑 2 0 1 4年第 1 期 ( 总第 1 6 0期 ) 钢管高强混凝土组合柱施工技术 周斌 贾连光 ( 江苏省苏 中建设集 团股份有 限公司 。 江苏南通2 2 6 6 0 0 沈阳建筑大学 ， 辽宁沈阳1 1 0 1 6 8 ) 摘 要 文章结合沈阳清华同方信息港8 样 楼( A 、 B座) 的工程实践， 详细介绍了钢管混凝土柱的施工技术和质量控制方 法 。 并 对使 用钢 管 混 凝 土 枉 的 经 济 效 益 进行 分析 。 【 关键词】 钢管混凝土柱； 施工方法； 质量控制； 经济效益 【 中图分类号】 T U 7 5 5 9 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 o 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 5 8 0 3 Co n s t r u c t i o n Te c h n i q u e o f S t e e l P i p e a n d Hi g h - S t r e n g t h Co n c r e t e Co mb i n a t i o n Co l u m n Z HOU B i n J I A L i a n - g u a n g ( 1 J i a n g s u S u z h o n g C o n s t r u c t i o n G r o u p C o ， L t d ， N a n t o n g J i a n g s u 2 2 6 6 0 0 C h i n a ； 2 S h e n y a n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g L i a o n i n g 1 1 0 1 6 8 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h i s t h e s i s i n t r o d u c e s t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e a n d q u a l i t y c o n t r o l me t h o d f o r s t e e l p i p e a n d h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e c o mb i n a t i o n c o l u m n b a s e d o n t h e e n g i n e e r i n g p r a c t i c e o f S h e n y a n g T s i n g h u a T o n a n g i n f o p o r t 8 t h fl o o r ( b u i l d i n g A a n d B ) ， a n d al s o a n a l y z e s t h e e c o n o m i c b e n e fi t o f i t Ke y wo r d s ：s t e e l p i p e c o n c r e t e c o l u mn；c o n s t r u c t i o n me t h o d；q u a l i t y c o n t r o l ； e c o n o mi c b e n e fi t 1 概 述 钢管混凝土柱是 由混凝土填充于钢管 内而形成 的一种 新型组合构 件 ， 按 照截 面形式 的不同可分成 矩形 、 圆形 、 多 边形钢管混凝 土柱等 ， 它可 以与混 凝土梁 、 钢梁 、 混凝 土与 钢 的组合梁 方便地连接 形成承重结 构 成 为高层建筑 主体 结构的重要部分 。由于混凝土与钢两种材料在性 能上的互 补性及 钢管对其 内部混 凝土 的有效 约束作用 既大 幅度地 提高 了混凝 土的抗压强 度 又有 效地防止 了钢管发生 局部 曲屈 使 得这种新结 构不但具有 承载力高 、 延性好 、 抗 震性 能优越 的特 点 ， 同时还具有施工方 便 、 缩短工期 、 增加 有效 使用面积等优点 ， 在我 国高层建 筑中的应 用愈 来愈广泛 沈 阳清华 同方信息 港 8 #楼 ( A、 B座 ) 位 于沈 阳市 浑南 开 发区，地下 2层 为人防工程， A座地上 2 6层 ， B座地上 l 9层 建筑面积 7 6 9 9 1 m 一 1 层 1 O层为 C 1 0 0钢管混凝土 柱 ，外 围叠合 C 6 0混凝 土 ； l 1层 1 4层为 C 8 0钢管 混凝土 柱 外围叠合 C 6 0混凝土 主体为框架 一剪力墙结构 。 2 钢管柱 的加工制作 2 1 钢管 柱加 工工 艺要 求 钢 管混 凝土柱用 的钢管焊接 、 制作要求较高 为减少现 场工作量 保 证质量 ， 钢管及 各部件制作 、 组焊集 中在工厂 完成 经检验合格后运至现场安装。 在制作过程 中 ， 须特别 注意以下几点： ( 1 ) 钢板下料 尺寸 必须精准 ， 其切 口应平 滑 ， 不得 有夹 渣 、 分层 、 裂纹及熔 渣等缺 陷 ， 火焰切 割产生 的表 面硬化层 应磨除 对 检查有质量问题的材料应进行隔离处理。 ( 2 ) 卷制 钢管 的钢板 必须平直 ， 不得有翘 曲 、 表 面锈蚀 和冲击痕 迹 ， 在 卷 圆过程 中 ， 钢板不 得 出现 褶皱 、 起皮 。 卷 管的方向应与钢板压延方向一致 ( 3 ) 焊接前 ， 应根据焊缝 的型式 、 部位及板材的厚度用刨 边机对钢板边缘进行坡边 ， 坡 口必须符合焊接规程的要求。 ( 4 )每段 管柱 上下 筒节 的竖 向焊缝 应相 互错 开至 少 3 0 。 ， 同时还应保证上下节 管柱 拼接 处的竖向焊缝相互错开 至少 3 0 o 。避 免焊缝集 中 。 影 响钢 管柱 的受 力性 能及延性 2 2 钢管 柱的检查与检测 ( 1 )钢管柱 的所有 焊缝 均应进行外观 检查表面应平 整 ， 不得有漏焊 、 偏焊 、 微裂纹 、 气孔 、 弧坑 和夹渣等现象 。 钢 管柱 的壁厚 、 直径 、 管长 、 H型钢牛腿 的水平及竖 向位置 钢 管端面与管轴线的垂直度等尺寸 其误差应在 钢结 构工程 施工及验收规范 规定 的范围内 ， 并需 符合设计 要求 。 【 收 稿日 1 1 2 0 1 3 1 2 1 8 作者简介】 周 斌 ， 江 苏 省 苏 中 建 设 集 团 股 份 有 限 公 司 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 4年第 1 期( 总第 1 6 0期) ( 2 ) 出厂前 ， 必须委托具有计量认证合格证书 和无损伤 检测资 质 的单位 对焊缝 质量 做 1 0 0 的超 声波探 伤试 验 ， 符合要求的 方可交付工地使用 。 3 钢管柱的现场安装 3 1 柱脚锚栓 的预埋 钢管混凝土柱柱脚与基础承台的连接设计成半插入式柱 脚构造 除常规锚栓外 另在基础承台中埋设 1 6 2 5纵筋伸 入钢管内并在其外表面加焊栓钉以加强锚 固作用 。如图 1 。 图 1 钢 管混 凝 土 叠合 柱 ( 1 ) 施工时 ， 为 保证 柱锚栓 预埋位 置 、 标高 的准 确 ， 在 底板钢筋绑扎完 后 。 按 预埋板规格做 一个 稳定 的支 架 ， 按 垫层上放线位置直接落于垫层 。 用 以支撑 、 固定整个锚 栓预 埋件及柱身钢筋笼。锚栓顶部柱脚处做一钢板环 。按设计 图纸上的锚栓位置进行放样 、 钻孔 ， 锚栓 穿过 环板孔洞 并调 整标高及板面平整度后 进行塞缝焊接 。支撑锚栓 的支架 、 钢筋笼及钢 板环相互 间可利用短钢筋 进行连接 。 以保证 其 相对位 置 同时还 必须与纵横 向底板钢筋及 工程桩锚 固筋 可靠连接 。 使其上下前后左右均不能 自由移动 。 ( 2 ) 预埋时 ， 必须在两个相互垂直的轴线上架设经位仪 和水准仪调整整个锚栓预埋件 和钢 筋笼 的水 平位置 、平整 度或垂直度及标高 ， 使其偏差在规范 的允许范 围内。 ( 3 ) 底板 混凝 土 浇筑 时 ， 必须 两侧 对称 浇 筑 ， 防止 位 移 。 3 2 钢管柱 的吊装 钢 管柱 的现场吊装一般是 利用 现场 的施 工塔 吊 因此 制 作时 必须考 虑塔 吊的起重量 是否能 满足要 求 。 以钢管 柱 离塔 吊的最 大距离为起重半 径来计算其 最大起重 量 确 定 钢管柱的每段 加工 长度 ( 1 ) 吊装前的准备工作 ： 首节钢 管柱 安装前先清理预埋 钢板面及周边 的混凝 土面 并将柱脚 处的混凝 土面凿毛 。 清洗干净： 然后在底板混 凝土面上弹 出柱 的轴线 位置 ， 在线 上标出柱半径 、 焊定位板 。 检查钢管柱 四个方 向是否作 出标 识 同一 根柱的方 向标 识是否与牛腿 及连接耳板 的方 向一 致。 ( 2 ) 垂直度 的观测与控制 垂直度 控制用 2台经 纬仪在 相互 垂 直的 两个方 向观 测 ， 观测时 强 纬仪对 中于柱轴线 ， 十字竖丝对 准柱脚处柱 外边线点 观测者 由柱 脚从下 向上 观测柱身及 牛腿 中心线 同时指 挥安装人员调整顶拉 杆 直至柱顶及牛腿 中心线与 经纬竖丝重合 ( 3 ) 钢管柱 的对接焊 施工现场对接焊采用手工气体保护焊 接 口焊缝为熔 透一级焊缝 分次焊 满。雨天或大风时禁止焊接作业 焊接 过程 中 。 易产生较大的焊接残余变形 导致垂直度偏差 。因 此 应 采取如下 措施 ： 每根柱从下至上固定焊工 ， 以明确责任。 对称施焊。 即由2名焊工分段对称顺序施焊。 严格控制同类型焊机及焊接电流等参数。 对接前根据上节柱安装偏差值 。 计算后在 管 口机械 打磨 保持焊缝间隙基本一致。 增设防变形卡板。 3 3 钢管柱安装质量控制 ( 1 ) 按设计 图样绘 出柱 位图 。 并 按顺序编号 ， 核对 图样 确定每根 柱的节点标高和节点做 法 ， 制订工艺方 案及 焊接 工艺流程 ， 指导施工 ( 2 ) 加工好的钢管柱运达现场后 进行尺寸、 外观的二 次检验 符合要求方 可安装 。 ( 3 ) 现场焊接必须满足焊接工艺要求 ， 焊条在使用前应 在烘箱 内焙烘 严禁使用湿 焊条 。 ( 4 ) 焊接完成后应 去除焊渣 、 飞溅 等 ， 同时进行外 观检 查 ， 表面应平整 。 不得有漏焊 、 偏焊 、 微裂纹 、 气孔 、 弧坑和夹 渣等现 象。 并按规范要求对焊缝进行超声波无损探伤检测 ，不符 合要 求的需进 行返修 ， 同一部位返修不得超过 3次。 ( 5 ) 在焊接过程中全程用经纬仪监测 ， 及时调整焊接部 位 ， 以调 整柱 身垂 直度 。对接环缝焊接好后 。 应对柱身垂直 度及标 高进行复 核 并 做好偏 差值记 录 ， 以便下 次 安装调 整 防止 出现累积误差 ( 6 )焊工必须有 岗位操作证并具有 丰富的钢结构焊接 施工经 验 施 工 中建立 焊接记 录卡 焊 接柱 与焊工 编号相 对应 。 4 管内混凝土的浇筑 钢管混 凝土 的浇筑 采用 立式 手工浇 捣法 振 捣采 用 插入式加长振捣棒。如图 2 。 图 2 管 内混凝土 的浇筑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 1 钢管混凝土施 工缝 处理 施工缝设置在距 钢管上端 口 3 O c m处以免 焊接高温 影响混凝土质量 。浇灌时 ， 混凝 土浇至管顶 3 0 e m处 ， 清除 浮浆层至坚硬混凝土面后加盖养护。 4 2 钢管混凝土泌水与空鼓 现象的处理 钢管的密 闭性使混凝土 中水 分无法析 出 加 上振捣棒 在狭小管 内振捣 粗骨料相对下沉 ， 砂浆上浮 ， 使 混凝 土 中 多余水分上 浮至管顶 。 在管顶形成砂 浆层和泌水 层。混凝 土在硬化过程 中的收缩 也易导致管壁 与混凝土 粘结不紧 密 ， 造成空鼓现象 。针对 以上问题 。 经对钢管混凝土施工 的 各个环节进行分析 采取如下措施： ( 1 ) 严格 控制碎 石级 配 。 钢 管混凝 土所 有碎 石必 须是 0 5 c m 4 c m连续级配 ( 2 ) 严格控 制水灰 比： 结合 现场实 际情况 ， 决 定混凝 土 的浇捣 方案采用塔 吊吊运浇捣 而不采用泵 送混凝土 。为 尽量减 少混凝土用水量 改善混凝土 的粘聚性 与和易性 在 混凝土里掺入水 泥用量 2 的 一3系列高效 减水剂 。 根据试验 室试配结果 水灰 比控 制在 O 4 O时 ， 坍落度 可达 1 5 e m 完全满足施工需要 ( 3 )在混凝 土 中掺人水 泥用量 1 2 的 H E A高效膨 胀 剂 补偿混凝 土收缩 。 ( 4 ) 一次投料振捣 高度 不超过 1 5 m 用 混凝土体 积控 制 高度 振捣 时间 以混 凝土表 面无气泡 泛 出为 准 设专 人 监 控。 5 钢管混凝土柱的经济效益分析 5 1 节省 材料 方便 施工 缩短工期 采用 钢管混凝土柱时 由于钢管对其 内部混 凝土的有 效 约束作 用 可 以仅 控制 长细 比而不 必限 制轴压 比 ， 柱截 面尺寸仅受强度条 件控制 。据不 完全统计 。 在高层建 筑设 计 中 同等 条件 下 ， 与钢筋 混凝 土柱 相 比 可节 约混凝 土 5 0 6 0 若与全 钢结构 的钢柱 相 比 则可节 约钢材 5 0 左 右。钢管混凝土结构施 工时 ， 不需要模 板 。 既 节省 了支模 、 拆模 的材料 和人工费用 。 也节省 了时间 。由于钢 管混凝土 柱的外皮钢管具 有钢筋 的功能 兼有 纵向钢筋 和横向箍筋 的作用 所 以管 内没 钢筋 省了钢 筋下料 和绑 扎钢筋 等一 系列工艺 也便于混凝 土的浇筑和捣实： 钢管本身可 以作为 江苏建筑 2 0 1 4年第 1 期 ( 总第 1 6 0期 ) 劲性骨架 承担施工 阶段 的施工荷载 和结构重量 施工不受 混凝土养护时间 的影 响： 在混凝土浇筑后 钢管 内处于相 当 稳定 的湿度 条件 ， 水分不易蒸 发 ， 又省去浇水养 护工序 ， 简 化 了混凝土养护工艺 5 2 避免不必要地提高梁板的混凝土强度等级 高层 建筑框架 柱 的混凝 土强度 等级往 往要 比梁板 的 高得多 ， 而施 工中 ， 梁柱节点 区的混凝土与楼层梁板混凝 土 处 于同一施 工环节 为 了保证节 点的受 力性能 就需要 为 这些节 点特 别开“ 小灶 ” ， 如 此一来 ， 给施工增加 了工序 。 造 成不便 。因此在 实际工程 中 为方便施工 。 对于柱混凝土强 度等级 不超 过 C 4 0的 往往通过提高梁板混 凝土强度 等级 来解决 这一矛盾 通常的做法是 梁板的混凝 土强度等 级仅 比柱 的低一级 有 的工程甚至 干脆 将梁板柱 统一采用 较高 的混凝 土强度等级 ， 这无形 中就增加 了梁板的造价 。若采 用 钢管混凝土柱 由于钢管 壁把柱核心 混凝土与楼层 梁板 混 凝土完全隔离 梁板可根据 受力要求确 定其所需要 的混 凝土强度等级 ， 而不受柱混凝土强度等级的影响。 5 3 减少柱 截面 增加 有效使用 面积 同等条件下 钢管混凝土柱截 面比钢筋混凝土柱可减 少 5 0 左右 ， 轮廓 尺寸也 比钢柱小 ， 从 而节省 了结构 占用 面积 ， 扩大了建筑物的使用空间和有效使用面积 。 6 结语 钢管混凝土柱结 构应 用在高层建筑结构中有很多优越 性 。 正在得 到越来越 多的重视 和越 来越广泛 的应用 。本 文 作者从沈 阳清华 同方信息港 这一实际 工程实践 出发 探讨 了钢管混凝 土柱的施工技术 和质量控 制 供 同行们共 同切 磋和研究 参考文献 【 1 】 钟 善桐 钢 管混 凝 土结 构 f M】 北 京 ： 清华 大 学 出版 社 ， 2 0 02 f 2 1 钟善 桐 钢管混凝 土统一理论 研 究与应 用fM1 北 京： 清华 大学出版社 2 0 0 4 【 3 】 韩林 海， 杨 有福 现代 钢管混凝 土结构技 术 M】 北京：中 国建筑工业 出版社 2 0 0 7 【 4 1 陶忠 ， 于清 新 型组合 结构柱试 验 、 理论 与方法 【 M】 北京 ： 科学 出版社 ， 2 0 0 6 ( 上接 第 6页 ) 对城市空间特色资源评价的分析理论和技术方法也具有普 【 2 1杨俊宴 ， 传统商 业 中心规 划设 计 M1 辽宁科 学技 术 出版 遍意义 成果可以完善和拓展现有的城市空间特色方法体 社 ， 2 0 0 8 系和作业方式 。 同时 ， 研究可 以整合现行城市规划与城市设 3 】 吴 明伟 ， 孔令 龙 ， 陈联 城 市中心 区规 划【 M】 东南大学 出 计的成果 成为法定规划编制的重要技术支撑基础 ，弥补 版社 。 2 0 0 0 城 乡规划法 中城市空间特色地位缺失带来城市特色形态 4 】 段进 城 市空间发展论 M】 江 苏科技 出版社 ， 1 9 9 9 失控的隐患 。 I 5 】 郑 童 ， 吕斌 ， 张纯 基 于模 糊评价 法的 宜居社 区评 价研 究 参考文献 】 城 市发展研 究 ， 2 0 1 1 ( 9 ) 1 1 李建， 董卫， 古代城 市地 图转译的历史空间整合方 法一一 以杭 州市古代城 市地图为例 r 丌 城 市规 划学刊 ， 2 0 0 8 ( 2 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m