鋼管混凝土柱-RC環梁施工技術探究

洪 金（貴州燊達建筑勞務有限公司，貴州 貴陽 550001）

隨著經濟水平的快速發展，加之城鎮化進程的快速推進，超高層建筑物的體量快速增長。十四五以來，高品質環境友好型建筑工程開始受到土木行業工作者的重點關注。鋼管混凝土環梁是一種具有傳力路徑好、工藝簡單的新型梁-柱施工技術，被廣泛應用于超高層建筑中[1,2]。因此，系統詳細分析鋼管混凝土柱-RC環梁施工技術有助于提高建筑工程質量，節約鋼材等建筑材料的使用。

目前，研究者初步研究了鋼管混凝土柱-RC 環梁節點的不同組合設計和力學性能。韋宏等人[3]研究了不同類型的鋼管混凝土柱-RC環梁節點并進行了力學試驗，結果表明，增加環梁縱筋配箍率可以提升試件性能；周穎[4]和錢稼如[5]等人分析了RC 梁-鋼管混凝土柱框架的動靜力特性，認為環梁與柱的節點抗震性能良好。上述研究表明鋼管混凝土柱-RC環梁具有優良的力學性能，有助于建設高品質房屋建筑。但是作為一種新型的施工技術，在實際施工過程中仍然會出現一系列施工問題，因此系統詳細分析鋼管混凝土柱-RC環梁施工技術及技術要點控制是十分必要的。鑒于此，本文詳細介紹了柱-RC 環梁的施工工藝流程及技術特點；其次，探討了柱-RC環梁施工過程中的技術要點及解決措施；最后，與傳統鋼管混凝土梁柱節點進行對比，分析了該技術的經濟及環境效益，以期為鋼管混凝土柱-RC環梁精細化施工及精品房屋建筑建設提供一定的參考，有助于提高房屋建筑的使用性能及使用壽命，對建設長壽命房屋建筑具有十分重要的意義。

1 工程概況

以貴州貴陽市某超高層寫字樓為例，地處商業核心繁華區域，總建筑面積達10萬m2，樓層超過40層，該寫字樓的結構體系為鋼管混凝土柱-核心筒體系，主節點為鋼管混凝土柱-RC梁框架。該類型的節點主要是由鋼管混凝土柱、環梁、框架梁和抗剪環構成，其節點側面圖與剖面圖如圖1 所示。鋼管混凝土柱-RC 環梁的傳力途徑主要有三個途徑：①通過環梁混凝土與抗剪環之間的局部承壓作用力，將剪力由環梁傳遞到抗剪環上，再通過抗剪環與鋼管間的焊縫將剪力傳遞到鋼管上；②環梁混凝土與鋼管壁之間的粘結力；③梁端彎矩引起的環梁上端擠壓鋼管混凝土而產生的靜摩擦力。

圖1 節點結構示意圖

2 鋼管混凝土柱-RC環梁節點施工流程

鋼管混凝土柱-RC環梁節點施工工藝流程主要包括：環梁鋼筋制作部分、環梁鋼筋焊接及驗收部分、環梁吊裝及固定部分。其中，環梁鋼筋制作部分包括環梁鋼筋放樣、加工及制作；環梁鋼筋焊接及驗收部分包括環梁主筋焊接及驗收；環梁吊裝及固定部分包括環梁的整體吊裝及固定安裝環節，具體的施工流程圖如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

3 鋼管混凝土柱-RC環梁節點施工技術

在鋼管混凝土柱-RC 環梁施工過程中，重點關注的技術要點包括環梁鋼筋的綁扎（主筋及箍筋的數量及綁扎方式）、主筋的焊接（不同的焊接方式）以及環梁的安裝過程（環梁自身鋼筋及吊裝的質量控制、環梁與鋼管柱間隙的控制）。

3.1 環梁鋼筋綁扎

環梁鋼筋主要包括主筋和箍筋，其中環梁主筋放樣時，必須按照不同的直徑分類好，由技術人員首先根據理論長度計算好下料長度，然后按照設計要求確定環筋擺放位置。放樣過程中必須及時標記好鋼筋的直徑，防止后期出現加工錯誤。對于環梁箍筋而言，放樣的時候必須標記好箍筋的彎鉤為90°，防止對后期環梁鋼筋綁扎成型造成損壞。

為了提高環梁的加工質量，施工之前可以預先制作足尺化模型，結合實際綁扎的樣板，確定環筋所需下料的實際長度、彎弧機對箍筋加工的適當弧度。施工過程中，必須成立專門的環筋、腰筋等施工技術組，嚴格保證鋼筋長度及角度加工的質量，盡可能縮短因返工造成的經濟受損和施工周期的浪費。環梁環向鋼筋彎弧加工完成后，對環梁接頭部位由專業人員按照標準進行焊接。在實際加工過程中，必須由專人對鋼筋綁扎進行監管，驗收合格后再進行下一個環節的施工。

為了提高環梁鋼筋的綁扎效率，施工單位必須在施工現場搭建專用的環梁綁扎操作架，方便鋼筋的快速綁扎。該操作架由雙“十”字架體組成，材料類型為直徑48mm 的鋼管，鋼管與鋼管之間采用十字扣件連接，并且架體十字相交處預留支撐桿，支撐桿長度可以延伸至U 形托處。在施工現場，可以根據實際情況搭建不同組合的架體，方便多組施工人員同時綁扎鋼筋，進一步提高鋼筋綁扎的效率。根據長期的施工經驗，總結出的鋼筋綁扎原則為：箍筋為先小箍后大箍，環筋為先大環后小環，最后再放拉鉤。當鋼筋綁扎完畢并通過驗收合格以后，方可進行下一個施工工序。

3.2 環梁主筋焊接

一旦環梁鋼筋綁扎完畢，就應及時利用塔吊或吊車吊出，并存放至指定的地點，嚴格控制運輸過程中的細節，保證環梁不受損壞或者變形。環梁堆放過程中，為了節約場地，成型環梁堆疊個數不可超過2個，防止下面的環梁受壓產生一定的變形，進而影響環梁的施工質量。

當環梁放置到指定地點后，由專業焊工按照規范要求逐個對環梁的主筋進行焊接，可以采用兩人對稱焊和三人對稱焊接的方法進行，如圖3所示。為了方便施工人員操作及提高施工效率，焊縫通常以單面焊為主，但是焊縫的質量必須滿足規范要求。焊接完成后施工人員應該及時敲落焊渣，保證焊縫周邊光滑。當整個環梁完成其鋼筋綁扎、焊接等工藝后，施工單位應該及時組織業主、監理等單位對其進行驗收，減少后期施工時的驗收工序。

圖3 主筋的焊接方法

3.3 環梁安裝

為了提高環梁的安裝質量，必須把吊耳安裝在鋼管柱內襯管內側，方便環梁與鋼管柱的搭接，如圖4 所示。當環梁的底模支設完畢后進行鋼筋籠的吊裝運輸。吊裝過程中，必須使用4根鋼絲繩對稱穿在鋼筋籠兩側，以達到提高環梁吊裝過程穩定性的目的，防止產生扭曲變形。環梁吊裝過程中，必須嚴格注意環梁不得接觸其他硬質物體，防止環梁發生扭曲變形。因此，在環梁安裝過程中，四周必須指定工人輔助指揮塔吊工作人員的操作，保證環梁的安裝質量。實際施工過程中，施工人員認為后期進行框架梁鋼筋綁扎的時候極易導致環梁出現偏心等現象。為了解決這一問題，技術人員采用短鋼筋棍將環梁與鋼管柱進行焊接及固定。

圖4 鋼管柱內襯管示意圖

3.4 環梁與鋼管柱間歇控制

當環梁鋼筋籠吊裝至鋼管柱的頂部時，必須嚴格保證環梁鋼筋籠與鋼管柱之間預留間隙超過30mm，只有如此才能保證混凝土粗骨料能夠進入柱與環梁的間歇中，進而提高混凝土的質量。解決這一問題的有效方法是在環梁底部鋼管四周焊接三角形限位鋼板，在環梁頂部四周用三角形楔子進行調整，以此控制環梁的底部空隙。完成上述操作并驗收合格后，方可進行鋼筋籠內部混凝土的澆筑施工。混凝土澆筑過程中，必須小心謹慎，嚴格把控鋼筋籠的質量，防止振動或者壓實導致的變形。當混凝土澆筑完成后，及時進行全面有效的養護，保證混凝土的澆筑質量。當所有工序完成后，交給第三方機構進行驗收。

4 鋼管混凝土柱-RC環梁施工技術經濟效益

通過長期的鋼管混凝土柱-RC環梁的施工工程經驗，該技術整體上具有較強的力學性能及抗震效果，而且可以節約大量的鋼材，縮短施工周期，因此受到廣大工程技術人員的關注。具體優勢如下：

（1）優良的力學性能及抗震效果

經過大量的工程數據統計分析，鋼管混凝土柱-環梁的力學性能超過單一的鋼管柱和混凝土柱的承載力之和。這是由于兩者的咬合使兩者相互作用從脆性轉變為塑性，進一步提高了構件的抗變形能力。此外，鋼管混凝土柱及環梁結構具有顯著的吸能效果，因此具有良好的抗震性能。

（2）節約鋼材使用量，縮短施工周期，施工方便快捷與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱-環梁的外皮鋼管具有媲美鋼筋的功能，所以管內部不設置鋼筋。因此，極大減少了鋼筋等建筑材料的使用量，減少了支拆模的過程。由于鋼管內部沒有鋼筋，混凝土的澆筑工作也比較簡單，降低了工程成本也節省了工程時間。整體上，鋼管混凝土柱-環梁的施工工藝、焊縫及構造均簡單。

（3）防火能力及耐腐蝕性優異

鋼管柱及環梁可以有效分散截面溫度，大大提高鋼管的耐火性，可以節約1/3~2/3的防火涂料；鋼管中澆筑混凝土的過程使得鋼管裸露在外面的部分大大減少，與鋼結構相比，受氣體腐蝕的面積較小，降低了抗腐成本。

與傳統梁施工相比，在1m3混凝土施工過程的生命周期內采用鋼管混凝土柱-RC環梁式施工可以節約鋼材達30%，能耗、碳排放量以及經濟成本可分別節約達98.1kg、41.2kg及10.3元，如圖5所示。

圖5 節約的經濟及環境效益

5 結語

鋼管混凝土柱-RC環梁施工技術作為國內主推的高層房屋建筑結構技術，具有更強的力學性能及抗震效果，可以節約大量鋼筋等建筑材料和能源的消耗，并且施工工藝簡單，施工周期短，具有十分顯著的經濟效益和環境效益，未來發展前景廣闊。隨著深度完善的精細化施工工藝及施工標準，未來更多類型的柱-環梁節點的施工技術將進一步擴大該技術的市場應用前景。隨著智能化技術的進一步發展，該技術與智能化設備互聯將會進一步為鋼管混凝土柱-RC環梁式施工技術打開新的研究方向和適用場景，進一步提高鋼管混凝土柱-RC 環梁的施工組織效率和質量控制機制，有助于提高房屋建筑的使用性能及使用壽命，對建設長壽命房屋建筑具有十分重要的意義。