鋼管混凝土柱施工技術(shù)探討

林章凱

(福建建工集團總公司　福建福州　350001)

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鋼管混凝土柱施工技術(shù)探討

林章凱

(福建建工集團總公司福建福州350001)

福建招銀大廈工程為現(xiàn)澆框剪結(jié)構(gòu)，地上三棟塔樓24根圓鋼管混凝土柱作為主要豎向受力構(gòu)件，最大標高84.97m，制作吊運、安裝焊接、混凝土澆筑等施工技術(shù)要求高，項目部采取有效措施改進施工工藝，確保質(zhì)量和工期。

鋼管柱；混凝土；施工技術(shù)

0　引言

鋼管混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)，主要以軸心受壓和偏心荷載較小的受壓構(gòu)件為主，我國自20世紀80年代以來，被廣泛應用于框架結(jié)構(gòu)中(如廠房和高層)。眾所周知，混凝土抗壓強度高，但抗彎能力弱，而鋼管抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但受壓時易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力，該組合結(jié)構(gòu)型式綜合了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，通過依靠鋼管外壁對核心混凝土的充分約束，使鋼管和混凝土皆處于三向受壓的應力狀態(tài)，從而成倍提高混凝土的抗壓強度和塑性，同時鋼管內(nèi)混凝土反過來增強鋼管的剛度，使得鋼管與混凝土的材料特性共同得到充分發(fā)揮，從而大大提高鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的承載能力。此外，鋼管混凝土柱內(nèi)的混凝土能在相當程度上延緩鋼管升溫，因此鋼管混凝土柱的耐火能力優(yōu)于純鋼管柱[1]。

本文就福建招銀大廈工程三棟塔樓24根鋼管柱(均特指圓鋼管)的制作吊裝、焊接校直、柱內(nèi)核心混凝土的澆筑等施工技術(shù)進行重點介紹。

1　工程概況

1.1工程概述

福建招銀大廈工程位于福州市臺江區(qū)海西金融街地塊，現(xiàn)澆框剪結(jié)構(gòu)，兩層連體地下室，地上3棟塔樓通過空中連廊聯(lián)通，24根圓鋼管混凝土柱作為主要豎向受力構(gòu)件從基礎(chǔ)通到屋面。總建筑面積55 365.81m2，其中地上計容面積36 642.55m2，地下面積18 723.26m2。其中南塔樓19層，高度93.5m，中塔樓7層，高度41.5m，北塔樓5層，高度32.5m。南塔樓南面安排一臺JL7030塔吊，中塔樓與北塔樓間安排一臺JL6015塔吊。主體工程造價約15 300萬元。

1.2鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)概況

鋼管柱直徑900～1 300mm，厚度25～40mm，最大標高84.97m，內(nèi)部澆筑C45～C60混凝土。地下室結(jié)構(gòu)采用鋼管柱承重銷與鋼筋混凝土梁焊接，上部結(jié)構(gòu)縱向采用鋼管柱與H型鋼梁直接焊接，增設高強螺栓與節(jié)點板，橫向連接方式同地下室結(jié)構(gòu)。鋼管貫通型節(jié)點內(nèi)襯加強環(huán)。柱與柱對接、端板與柱、梁翼緣和腹板的連接焊縫為全熔透坡口焊，焊縫質(zhì)量等級為二級，其他為三級。鋼管柱范圍為4～14軸交F～J軸(6×4=24根)。

2　鋼管柱制作

2.1原材料

鋼管柱(Φ1300×40、Φ1200×35、Φ1100×35、Φ1100×25、Φ1000×25、Φ900×25)、加勁肋材質(zhì)均為Q235B；地腳螺栓采用Q235；栓釘采用M19；防火涂料應滿足CECE24的要求且應與防銹蝕油漆進行相容性試驗，試驗合格后方可使用，防火等級為一級。

2.2鋼管柱制作方案的分析與確定

圓鋼管的制作成型工藝主要有兩種，即卷制成型和壓制成型。根據(jù)目前在工程實際建設中對此類構(gòu)件加工的成熟經(jīng)驗，如采用卷制(冷卷)工藝制造的Φ1200mm，壁厚60mm的Q345級鋼管(徑厚比為20)已成功應用于北京、廣州、上海等地多項鋼結(jié)構(gòu)工程。采用壓制(冷壓)工藝制作的鋼管在國外已做到徑厚比為12，相比而言，對徑厚比在13～30的鋼管，壓制比卷制要容易些。

根據(jù)本工程設計要求的鋼管規(guī)格(主要是徑厚比)、材質(zhì)、受力狀態(tài)和構(gòu)件類別，考慮到卷制和壓制鋼管工藝上各自的特點和應用范圍，以及工廠的實際加工設備，制作質(zhì)量，經(jīng)過綜合分析比較后，確定本工程大直徑鋼管構(gòu)件采用卷制工藝。

3　鋼管柱吊運方案分析與確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-4]，吊裝鋼管柱前，將其上口包封，防止異物落入管內(nèi)。

3.1地下二層至地上二層鋼管柱吊運

單層間層高比較高，分別為單層一吊。4軸至8軸鋼管柱用JL7030塔吊直接進行安裝，10軸至14軸的構(gòu)件可通過中塔樓樓板作為臨時中轉(zhuǎn)平臺用JL6015塔吊吊運(見圖1、圖2)。

3.2三層至頂層吊運

三層以上部分因標準層層高變小及鋼管柱變徑，在塔吊性能參數(shù)滿足吊裝前提下可2層一吊，10軸至14軸的構(gòu)件可通過中塔樓樓板作為臨時中轉(zhuǎn)平臺用JL6015塔吊吊運(見圖3)，但考慮到鋼管柱內(nèi)有水平內(nèi)隔板，若2層一吊，高度(9m)偏大會影響混凝土振搗的密實性，故仍確定為單層一吊。

3.3轉(zhuǎn)運平臺吊運說明

中塔樓臨時中轉(zhuǎn)平臺位置應經(jīng)過設計驗算復核，位于18m跨度的型鋼混凝土大梁處，且樓板混凝土齡期強度滿足設計要求，大梁下方模板支架暫不拆除。每次每個位置僅允許堆放一根構(gòu)件(見圖4)。先吊的放在靠近塔吊一側(cè)，后吊的依次排放，并考慮好吊裝和裝車方向，避免吊裝時轉(zhuǎn)向和二次搬運，影響效率和損壞鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)堆放應平穩(wěn)，底部應設置墊木，避免擱空而引起翹曲。墊點應接近設計支承位置。等截面鋼結(jié)構(gòu)墊點位置可設在離端部0.207L(L為鋼結(jié)構(gòu)長度)處。若因趕工期，樓板尚未澆筑混凝土或混凝土強度尚未達到設計要求的，可采用吊運鋼管柱水平臨時停靠在已安裝好的鋼管柱上(下墊方木)，然后兩臺塔吊配合作業(yè)，采用雙機抬吊，接力轉(zhuǎn)運的方式(即空中接力法)吊運至指定位置。

3.4安裝焊接

3.4.1柱腳定位

按照先總體后局部的原則，布設平面高層控制網(wǎng)，以控制鋼結(jié)構(gòu)總體偏差。對施工中所使用的儀器、工具進行檢校，以保證施工精度。本工程采用埋入式柱腳，對地腳螺栓進行檢測，要求螺栓上下垂直，水平位置精確，螺栓頂部包塑料布保護，防止混凝土污染。柱腳定位板規(guī)格分別為1 161×1 161、1 019×1 019、949×949，見圖5。撤出定位板后最終定位。

3.4.2臨時固定

鋼管柱吊運就位后，將上下兩節(jié)柱底與柱頂四面中心線對位，用MH4.8級普通螺栓將上下柱頭的臨時耳板通過連接板連接，待充分緊固后柱頂方可摘鉤。上下兩節(jié)柱間四面焊接一根φ6短鋼筋，預留焊縫間隙。待對接焊縫完成且自然冷卻至環(huán)境溫度后方可割除臨時耳板及卡位梯形板，見圖6。

3.4.3安裝校正

鋼管柱剛度大、重量重，安裝采用無纜風繩校正方法，見圖7、圖8。校正時先調(diào)整標高、再調(diào)整扭轉(zhuǎn)、最后調(diào)整垂直度，利用鋼楔、墊板、撬棍及千斤頂?shù)裙ぞ邔摴苤Ｕ郎蚀_。形成框架后不再需要整體校正。垂直度檢測合格后焊接鋼管柱對接環(huán)縫。

3.4.4對接焊接

為避免或減少焊接殘余變形，鋼管柱的對接焊接宜由兩名焊工同時在對稱位置分段逆時針勻速多層多道施焊(見圖9)，采用HC500型逆變式CO2氣體保護焊機，ER50-6型實芯焊絲。等直徑鋼管對接時設置環(huán)形隔板和內(nèi)襯鋼管段，上下鋼管之間應采用全熔透坡口焊縫，坡口可取35°，直焊縫鋼管對接處應錯開鋼管焊縫，內(nèi)襯鋼管僅作為襯管使用時(見圖10)，襯管管壁厚度宜為4～6mm，襯管高度宜為50mm，其外徑宜比鋼管內(nèi)徑小2mm。每層焊完后，下一層應在離前一層起焊點50mm處起焊，每遍焊完應認真清理焊渣，鋼管原涂裝面離焊接邊緣至少50mm，焊縫余高0～4mm，打磨清理完畢并經(jīng)焊縫探傷檢測合格后涂裝環(huán)氧富鋅底漆兩道，環(huán)氧云鐵中間漆室外兩道、室內(nèi)一道，氯化橡膠面漆(除屋面部分)室外兩道，室內(nèi)一道。

4　鋼管內(nèi)混凝土澆筑

本工程鋼管柱最高7m，每節(jié)標高均出樓板面1.2m，考慮到有內(nèi)隔板，為保證混凝土密實度，采用小直徑30mm的插入式振動器人工振搗，插點應均勻，每點振搗時間約15s～30s，振動棒軟管長度至少為8m。預拌混凝土坍落度不宜小于10cm，不宜大于16cm[1]，利用泵車或布料機自帶的串筒澆筑混凝土，一次澆灌高度不宜大于1.5m，振動器位置應隨管內(nèi)混凝土面的升高而調(diào)整，每次宜升高lm～1.5m。管內(nèi)混凝土應連續(xù)澆注完成，先澆一層厚度為100mm～200mm的與混凝土同強度等級的水泥砂漿，增加施工縫的粘結(jié)和防止自由下落的骨料產(chǎn)生彈跳、離析，施工縫宜留于鋼管端口以下至少500mm，以防鋼管焊接時，其溫度影響混凝土質(zhì)量。當浮漿過厚時，應刮去浮漿。混凝土終凝后，可注入清水養(yǎng)護，水深不宜少于200mm。鋼管拼接加長前，應清理施工縫，清除積水雜物，剔去浮石，再按程序澆筑。管內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量，可采用敲擊鋼管的方法進行初步檢查，當有異常，可采用超聲波進行檢測。對澆筑不密實的部位，可采用鉆孔壓漿法進行補強，然后將鉆孔進行補焊加固。

5　結(jié)語

鋼管混凝土柱施工技術(shù)綜合了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)各自的技術(shù)特點，但絕不是兩項技術(shù)的簡單疊加，尤其要重視鋼管的焊接與混凝土的澆搗，隨著應用范圍的日益增多，需要我們在實踐過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高工程質(zhì)量。

[1]CECS 28-2012 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設計與施工規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2012.

[2]GB 50628-2010 鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[3]GB 50901-2013 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)施工規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[4]GB 50936-2014 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

林章凱(1982.04-),男,高級工程師,國家一級注冊建造師。

Discussions on the Construction Technology of concrete-filled steel tube columns

LINZhangkai

(Fujian Construction Engineering Group Company，F(xiàn)uzhou 350001)

FUJIAN CMB TOWER project is Cast-in-place frame shear structure. Its 24 concrete filled steel tubular columns of the ground three towers are used as the primary vertical force component, which maximum elevation is 84.97m, hence requiring a high quality of lifting production, installation welding, pouring concrete and other construction technical. The project department takes effective measures to improve the construction process to ensure quality and duration.

Steel tube columns; Concrete; Construction technology

林章凱(1982.04-),男,高級工程師,國家一級注冊建造師。

E-mail:kerrylzk@sohu.com

2015-10-26

TU74

B

1004-6135(2016)02-0065-05