盈信大厦钢管混凝土柱的设计与施工.pdf

第9 期 2 0 0 8 年9 月 广东土 木与 建筑 GUANGDON G ARCHI T E C TU RE C I VI L E NGI NE ER I N G No 9 S E P 2 0 0 8 盈信大厦钢管混凝土柱的设计与施工 芦宏波 ( 广州天力建筑工程有限公司 广州 5 1 0 2 5 0 ) 摘要 ： 根据 某高层建筑钢管混凝土柱的设计与施工特点 ， 结合钢管混凝土柱施工实践 ， 提 出了施 工中值得 注意 的 关键 问题 及 其技 术措 施 。 关 键 词 ： 高层 建 筑 ；钢 管 混 凝 土 柱 ；连 接 构 造 ； 吊装 ；施 工技 术 盈信大厦工程位于广州市珠江新城华夏路东侧 的 B 1 5地 块 地 上 4 l层 ， 地下 4层 总建 筑 面 积约 l 2 2万 mz 建筑高度 1 6 6 6 m， 为钢管混凝土框架一 核 心筒、 现浇梁板式楼盖结构。其 中地下室平面尺寸为 7 2 6 m 8 9 3 m 每层建筑面积 6 1 5 9 m 负 l 负 4层层 高分别为 6 3 ， 3 3 ， 3 3 ， 3 5 m： 塔楼平面尺寸为 5 5 3 m 4 1 4 m 每层建筑面积 2 2 8 9 m2 ， 层高均为 4 m。基坑底 板底标高一 1 6 8 m 挖深约 1 6 5 m； 采用 1 0 0 0钻孔灌 注桩排桩挡墙支护结构 侧 向设 3道长 2 0 2 6 m的 预应力锚索锚人土层 锚索和挡墙通过钢筋混凝土 腰 梁联 结 本 工程 地下 室 和塔 楼 平面 如图 1 所示 。 1结构 设计概 况 1 1 结构形 式 本工程为丙类建筑 抗震设防烈度为 7度 设计 地震基本加速度 0 1 g ， 设计地震分组为第一组。结构 抗震等级为： 框架负 1层 顶层为一级 ； 非加强部位 剪力墙 6层 顶层为一级： 加强部位剪力墙负 1 层 6 层为一级 ： 负 4 负 2层为三级 ； 裙楼 l 6层为一级。 ( a )地 下室 表 1 钢管混凝土柱钢管技 术参数 地下室防水等级为二级 地下室负 4层部分为人防 地下室 抗力等级为核 6级。 地基基础设计等级为甲 级 采用人工挖孑 L 桩基础 混凝土强度等级分别为： 骨架 墙柱 C 6 0 C 3 0 ； 钢管 混凝 土柱 C 6 0 ； 楼层 梁板 混 凝土 C 4 0 C 3 0 通过结构计算和分析， 为提高房屋抗 震性能和增强抗震延性 其中 1 8根柱采用了钢管混 凝土柱 结构形式 1 2 钢 管混凝 土 柱设 计参 数 ( 1 )钢材 ： 采用 Q 3 4 5 B， 剪力环 、 内衬管及 预埋 环 板采 用 ? 2 3 5 A ( 2 )焊材 ： 手工焊条选用 E 5 0型( J 5 0 6 ) ； 埋弧 自 图 1结构平面简图 f b )塔 楼 动 焊 选 用 H8 0 M n A 焊 丝 + HJ 4 3 1焊 剂 ： C O ， 气体保护焊采用 E R 5 0型。 ( 3 )焊缝 ： 钢管柱柱身焊缝 为一 级焊缝 ， 1 0 0 超声波检验合格 ： 现场 对 接 口焊缝 为 二级 焊缝 2 0 超 声 波 检 验 合 格 ：贴 角 焊按 三级 焊 缝外 观 验 收 ( 4 )截面 ： 经计算 1 8根钢管混凝 土柱从负 4 4 l 层设置 详见表 1 。 1 3 连接构造 ( 1 )基础 节点 承 台 钢 筋 绑 扎 时 预 埋 3 3 0定 1 5 2 0 0 8 年9 月 第9 期 卢宏 波： 盈信 大厦 钢管混 凝土 柱的设 计与施 工 S E P 2 O o 8I 9 睦一栓 图 2承 台螺 栓 固 定 详 图 图 3环 形钢 板 平 面 图 位调节螺栓 用于钢管柱底 钢板定位 ， 同时用 6 2 5 钢筋分 2排焊接固定上述定位调节螺栓 其做法如 图 2 ( D为钢管柱外径 ) ； 钢管柱底座用环形钢板 ( 厚 2 5 m m， 外径 D+ 2 8 0 。 内径 D一 4 2 0 ) ， 其做法如图 3 ； 钢 管柱与底座连接构造如 图4 ：定位调节螺栓通过钢 垫板和螺母与底座连接 其做法如图 5 。 ( 2 )梁柱节点连 接构 造 、 钢 管 混 凝 ， 一虽 量 l I 。厂一 I_ L环粱 内 ( a )变径 ( b )等径 图 7钢柱 接 头 图 2 钢管 混凝 土柱施 工 2 1 钢管原材检验和制作流程 ( 1 )原材料检验 ： 为保证产 品质量 ， 本工程所用 板材均直接 向指定钢厂订货 钢材到厂后依照生产 厂家提供 的材质报告， 对 钢材的炉 、 批号 、 规格进行 核对 ， 无误后取样 自检 ， 合格后才能使用 。 ( 2 )钢管柱制作工艺流程 钢管制作一旋转胎架上 、 钢管划线及割正一剪 1 6 图 4底座连接构造图 图 5定位螺栓连接图 力环 、 内衬管等构件装配一报验一剪力环、 内衬管等 构件施焊一焊后打磨修补一完工报验一打磨 、 刷漆 、 标记。 ( 3 )螺旋钢管的制作工艺流程 投 材进 料一 五星 轮调直 一刨边 机 开坡 口一 三 星 辊轨一钢管螺旋成型一埋弧 自动内焊一焊缝探伤一 焊缝修补一修补焊缝探伤一定型切割一管 口校 圆。 2 2 钢管壁加工制作 梁 采用无缝钢管或卷板焊接钢管在焊接钢管中 焊缝采用螺旋焊 卷板机的输出功率应与钢板的钢 号 厚度及钢管直径相匹配 ， 卷板过程中不得对钢板 加热或锤击 ： 卷管方 向一致 ； 卷管前应根据要求将板 端开好坡 口： 应保证管端平面与管轴线垂直。管身的 拼接焊缝应采用 自动埋弧焊 不宜用手工电弧焊 避 免出现十字或重叠焊缝 竖向焊缝错开 3 0 0 mm以上 在 承重销 贯穿管 处 ， 应按 承重销 轮廓 尺寸外 放 2 ra m 准确放样开槽 优先采用数控切割机开槽及坡 口 避 免采用手工气割 承重销校正后在其与管壁之间用 手工电弧焊施焊( 单面时两边成型 ) 。钢管经检测合 格后 应即时在钢管外壁涂刷红丹防锈漆 2道 并在 管身上刻划和建筑图轴线一致的双向中线用油漆 标柱号 以利现场定位对中。 2 3 钢管壁质量检查和检测 ( 1 )外观检查 钢 管 壁 厚 、 直径 及 椭 圆度 、 管 长 、 剪力 环 以及 钢 管端面与管轴线的垂直度等其尺寸误差应符合设 计要求 必要时应进行上下管段的预拼装 焊缝的外 观不得有漏焊 、 偏焊 、 表面微裂缝 、 夹渣和气孔等， 否 则应铲除重焊 ( 2 )焊缝超声波探伤 所有焊缝 ( 包括管身竖缝 ， 横缝 剪力环 与管壁 之间的焊缝 以及上下两段的现场接头焊缝 ) 均应满 足 G B 5 0 2 0 5 2 0 0 1 钢 结构 工程施 工 质量验 收规 范 二级焊缝质量标准的要求 除应全部进行外观检查 2 0 0 8 年9 月 第9 期 广东 土木与建 筑 S E P 2 o 0 8 N o 9 外 尚应按 G B T 1 1 3 4 5 8 9 钢焊缝手工超声波探 伤方法和探伤结果分级 的 B级检验等级的要求 ， 进 行焊缝内壁缺陷超声波探伤 2 4钢管 吊装 和焊接 管柱运往工地时 应妥善装卸和垫稳 必要时应 加 临时夹具和加 固措施 ， 防止运输 、 堆放和 吊装变 形 钢管吊装由土建施工单位负责 吊装机械采用现 场的 2台塔吊， 吊装时应防止异物落入管内。 ( 1 )第 1 段钢管柱 吊装 ： 负 4层底板浇捣完毕后 ， 首先将预埋环板上的水泥清理干净 重新投测轴线 。 将 4件定位板焊在环板上 准备 吊装钢管柱 钢柱 吊装时直接用塔 吊吊到安装位置 插入定位板 内 校 正好后点焊固定和施焊 ( 2 )负 3层以上钢管柱吊装 ： 用塔 吊将钢柱 吊起 ， 慢慢将下 口套插入下端钢柱上 口内衬管 ， 上 、 下两段 钢柱的轴线对齐 同时对正牛腿方 向 用连接板及螺 栓连接上下钢柱的安装耳板 ， 将钢柱临时固定。 ( 3 )钢管柱校正 ： 解开吊装钢丝绳 ， 用铁尖 、 铁码 将接 口处 的柱壁对齐 然后用千斤顶调正钢柱 的垂 直度及标高 垂直度用 2台经纬仪 9 0 o 方位测量 。 标 高用卷尺测量上下两段标高检验线 间的距离 。 ( 4 )钢管柱 焊接时 应 由 2名 焊工 同时对称施 焊。 按设计所有焊接在钢管外壁上的零部件包括填充 墙的拉结钢筋 固定外包钢丝网用的短钢筋 ， 设备管 道支架 以及节点附加栓钉等 。 都应在浇灌管 内混凝 土前焊好 不得在 内部 已灌混凝土的管壁上用气割 开洞 。 2 5 管 内混凝土浇筑 混凝 土 浇筑 是施 工 的关 键 环 节 必 须 严格 按 照 技术交底要求和操作程序进行施工 管内混凝土常 用泵送顶升浇筑法 、 高位抛落无振捣法或立式手工 浇筑法 鉴于前两种方法不易保证混凝土的密实度 且本 工 程钢 管柱 采 用每 层接 驳 故采 用 立 式手 工 浇 筑法 泵送混凝土通过钢串筒从钢管上 口灌人 用棒 式振捣器捣实。单次浇灌高度不宜大于 2 m 振捣时 间不 少 于 6 0 s 为确 保 浇捣 混凝 土 时空 气 能及 时 排 出， 事先在钢管柱壁钻 2 0排气孔 ， 钢 管内的混凝 土浇灌应连续进行 需 留设施工缝时 应将管 口封 闭， 防止水 、 油和异物落入 ， 施工缝 的位置应在上下 钢管柱接头焊缝以下 3 0 0 m m 混凝土坍落度应控制在 1 4 _+ 2 c m 对于手工浇筑 振捣法 水灰比不大于 0 4 ， 坍 落度不小于 1 0 c m： 为 满足强度和坍落度要求 添加适量 的 L S 3 0 0高效减 水剂 为抵消混凝土干缩和确保混凝土体积略有增 盈 掺入适量 U E A型混凝土微膨胀剂。经试验钢管 柱采用 C 6 0混凝土 。 每 l m 3 中各种材料用量分别为 ： 水泥 4 8 5 k g ， 水 1 5 8 k g ， 砂 5 1 9 k g ， 1 - 3 c m碎石 1 1 0 3 k g ， L S 3 0 0外加剂 1 7 1 k g 粉煤灰 8 4 k g 。水灰 比 0 - 3 l ， 抗 压 强度 7 0 6 MP a 2 6 管 内混凝 土质 量检 测 ( 1 )管 内混凝土浇灌质量采用敲击钢管法进行 初 步检查 并做 好记 录 ： ( 2 )钢管中混凝土抗压强度采用 同条件立方试 块的方法进行检测 试件为边长 1 5 0 m m的同条件混 凝土立方体试块 ， 每台班试块数量不得少于 2组 ： ( 3 )钢管中混凝土缺陷采用超声法检测 参照 G B T 5 0 3 4 4 2 0 0 4 ( 建筑结构检测技术标准 抽样检 测 的规定 ， 分别在负 4层 、 1 层 、 1 0层、 2 O层 、 3 0层抽 取 5根柱子进行检测。 上述柱内预埋声测薄壁钢管 ， 柱直径大于 1 2 m的埋设 3管( 呈等边三角形排列 ) 其余埋设双管 具体操作按 C E C S 2 1 ： 2 0 0 0 ( ( 超声法 检测混凝土缺陷技术规程钢管混凝土缺陷检测的 有关规定执行l4 ( 4 )通过人工敲击法和超声波法分析钢管混凝 土的缺陷情况 在有异议 的区域钻孔取样进行判断 3结束 语 钢管 混凝 土柱 与常 规钢 筋混 凝土柱 相 比 节 省 了绑扎钢筋、 支模 、 拆模等工艺， 施工简便 ； 构件截面 积可减 少 5 0 可用建筑空 间增大 混凝土及结构 自重可相应减小约 5 0 取得 良好的经济效果 钢管 混凝土柱与钢结构柱相 比。 钢构件少 、 焊缝短 提高 钢材耐火 、 耐腐蚀性能 ， 大大节省抗腐和防腐费用。 钢管 混凝 土柱结 构 由于具 有优 良的结构 承载 性能 和 经济效果 ， 将在高层建筑上得到越来越广泛的应用 参考文献 1 候 兆欣 ， 何 文汇 ， 杨 建平等建筑业 1 0项新技术及其应 用 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 1 2 C E C S 2 8 ： 9 0钢管混凝土结构设计与施工规程 S 3 程波 张绍原 ， 王振字超声波法检测 钢管 混凝 土缺 陷的 研 究 及 工程 应 用 J 混凝 土 ， 2 0 0 8 ( 4) 4 C E C S 2 1 ： 2 0 0 0 超声法检测混凝土缺 陷技术规程 S 1 7