鋼管混凝土組合結構工業廠房施工技術

李 瑞

（國能神東煤炭集團有限責任公司洗選中心，陜西 榆林 719315）

0 引言

鋼管混凝土組合結構最早在19 世紀的橋梁工程中得以使用，隨著我國經濟的快速發展，鋼管混凝土以其耐火性、抗震性的優點，廣泛應用于高層建筑工程、跨海橋梁、地下軌道交通等工程施工過程中。張云福[1]認為傳統建筑技術方法較為落后，施工人員應緊跟時代步伐進行改良。王云峰等[2]認為鋼管混凝土結構的工業廠房具有施工簡易、結構優勢高、經濟性好和環保性強等特點。馬志偉等[3]認為鋼筋混凝土組合結構作為較為常見的建筑技術，具有較高的應用價值。本文結合具體實例，研究鋼管混凝土組合結構中鋼管施工與混凝土施工的技術，分析鋼管混凝土組合結構的主要節點特點等問題，通過研究分析，旨在探尋適合工業廠房建筑的鋼管混凝土組合結構。

1 工程概況

該工程位于市區，建筑總面積為32 800m2，建筑高度為40m，設計使用年限為70 年，安全等級為二級。工程主體主要以鋼管混凝土組合結構作為承重物，根據設計圖紙和計算參數，相關人員將定制的兩段鋼柱安裝到位。其中，上段鋼管的長度為7.8m，重約6t；下端鋼管的長度為23.8m，重約21t。相關負責人在實地勘察后，將該工程施工分為鋼管柱施工、混凝土施工、重要節點施工三部分。具體的操作步驟如下。

2 鋼管柱混凝土組合結構中鋼管柱安裝施工

結合某工程的實際情況，評估施工現場具備可操作性環境后，有關人員對數據進行精密計算，采用先下后上的方案，首先將2 400mm×1 000mm 的下端鋼管柱安裝完畢，隨后澆筑混凝土，待混凝土完全冷卻后，確定強度值固定后，再利用高空吊裝設備安裝1 000mm×1 000mm 的上端鋼管。

2.1 工程復核

由于鋼管體積較重，假使安裝后再進行復核，其難度較大，且不易操作。因此，在進行安裝前，需要對鋼管柱進行構件復核和校核。首先，鋼管柱在出廠時每根鋼管柱帶有編號，按照實際規劃將鋼管柱合理安置至寬闊平整的場地，防止地勢不平導致鋼管柱彎曲變形。其次，施工人員需要對鋼管柱尺寸及鋼管柱出廠質量進行復核，及時發現、更換存在問題的鋼管柱。最后，將備好的鋼管柱按照具體的校核方案對標高、垂直度、就位軸線進行校核，確保誤差在合理范圍內。

2.2 控制機制

2.2.1 精確吊裝，初次校準

借助吊車高空作業，在施工場地進行鋼管柱的吊裝工作，鋼管柱垂直于地面，且緩慢移動。在鋼管柱注腳與杯口基礎間間距為35mm 時，施工人員扶正鋼管柱，便于鋼管柱注腳準確移入杯口。初次校準后，確保符合10mm 偏差標準。施工人員以鐵楔固定纜風繩，繼而幫助鋼管柱正位放置，降低鋼管柱誤碰杯口、混凝土層的概率。

2.2.2 設計纜風繩

通過滑輪和拉索共同將鋼柱管、地錨連結，拉索與地錨位置呈約30°夾角，鋼管柱的上連結點位置約為H/4，地錨距離鋼管柱約√3H/4 處，H 即為鋼管柱柱高。

2.2.3 二次校正

首先是標高校正。施工人員根據出廠時鋼管柱的50 標記，利用千斤頂的杠桿效應將鋼管柱緩慢抬起，觀察和調整杯口鐵楔松緊程度。其次，軸線位置校正。2 名施工人員使用千斤頂、1 名施工人員固定鐵楔、1 名施工人員使用鋼板尺進行測量，將鐵楔固定到位。最后，垂直度校正。施工人員利用經緯儀監測鋼管樁注邊線及柱頂的角度，進行方向校正。

2.3 安全保障方法

根據《建筑施工高處作業安全技術規程》（JGJ-9）的規定，施工人員需要進行技術交底，在高空作業就業過程中注重安全防護。施工用電需要符合《施工現場臨時用電安全技術規范》GB50194-93 的規定，嚴禁無關人員接近電氣設備[4]。

3 鋼管柱混凝土組合結構中混凝土施工

3.1 材料規格

本工程采用的混凝土強度為C40，在施工過程中，配比時需要減少水泥、粉泥灰的加入比例，加入定量的減水劑，降低混凝土收縮的情況。碎石顆粒度應保持在5 ～25mm 區間內，塌坍落度為15mm，盡可能減少此類因素的影響。本工程鋼管混凝土坍落度Ⅱ級，擴展度在550 ～650mm 區間段內。

3.2 施工技術

混凝土施工作為較為完善的技術，在施工過程中主要有以下3 種，其原理及優缺點如表1 所示。

表1 三種混凝土澆筑類型及特點

根據本工程的實際特點，下段選擇澆灌法、上段選擇高位拋落法。

3.3 施工流程

3.3.1 下段鋼管柱混凝土施工

泵送頂升澆灌法（頂升法）是指開鑿出大于輸送管的孔洞，結合泵壓持續輸送混凝土，直至滿足施工需求，如圖1 所示。開孔過程中，需要精準操作，確保孔圓的完整性。切割后的圓板適合應用于點焊，便于后續封堵過程中使用。

圖1 泵送頂升澆灌法流程圖

當杯口內部混凝土強度達到施工標準時，澆筑混凝土。如表2 所示，在本工程中，HBTD40 和HBTD60 電動混凝土的性能均滿足本工程需要。在施工前，進行復核，精準把控泵的壓力和速度，降低設備損耗率。在施工過程中，需要連續壓入，通過穩壓打入短板。

表2 電動混凝土輸送泵性能表

3.3.2 上段鋼管柱振搗法

施工步驟與下段鋼管柱基本相同，在電動混凝土輸送泵的選擇上，通常選用HBTD60 規格，多次進行澆筑，澆筑后進行振搗，直至混凝土溢出后停止澆筑。清理上層浮沫，保證混凝土與鋼管柱處于持平狀態。

3.4 安全保障方法

在混凝土澆筑作業過程中，施工人員需要注重自身防護，佩戴防護手套，穿絕緣材質的衣鞋。當插入短管時，施工人員需要佩戴頭盔和護目鏡，避免眼部灼傷。此外，施工人員需要加強電源管理，避免出現漏電現象。

4 鋼管混凝土組合結構主要節點施工

4.1 梁柱節點

梁柱節點，又稱節點核心區，是鋼管混凝土組合結構中重要的組成部分。在具體的施工過程中，主要分為內、外兩種加強環梁柱剛接節點。本工程采用外加強環梁柱剛接節點，如圖2 所示。

圖2 外加強環梁柱剛接節點

在施工過程中，梁柱節點工藝已成操作體系。但除了梁柱以外，存在著連結樓蓋的問題。基于柱體承重點在梁，因此需要將柱和梁相結合，設計符合要求強度的、具備剛性需求的樓蓋。在設計實施中，施工人員需要注重內力、外力相互作用的情況，設計經久耐用的結構框架，避免出現強震坍塌的現象。此外，梁柱需要有延伸性、堅韌度等特點，延長使用壽命。

結合實際情況，依據已有的施工經驗，鋼管混凝土組合結構的梁柱以豎向貫通為主，在軸向力、彎矩傳遞等功能方面經檢查，確認無誤。但受客觀因素影響，梁穿柱的可能性較小，因此，在節點位置設計連結梁與柱成為重點議題。在較高層的工業廠房建設過程中，已進行節點施工改革，便于滿足設計需求。

4.2 鋼柱拼接節點

鋼柱拼接節點是連結鋼柱與其他組合結構中構件的關鍵內容。在具體的施工過程中，主要有變直、不變直徑兩類對接接頭。

在鋼管柱結構的拼接中，基本采用以下三種構件連結，分別是全熔透坡口焊接、高強螺栓摩擦型焊接、混合型焊接[5]。全熔透坡口焊接受力均勻，但需要大量的施工時間、寬闊的施工場地，有一定的局限性。高強螺栓摩擦型焊接施工效率高，但是螺栓零件易出現滑動缺陷，影響拼接節點的剛度效果。混合型焊接能夠降低螺栓瞬移，有效保障拼接成功率，同時縮短拼接時間，是廣泛應用于鋼管柱節點的連結方式。根據結構力學原理，鋼管柱結構拼接節點的剛度等于結構受力與對應轉角間的比值，如公式所示：

其中，k是鋼管柱結構混合節點的剛度；M是鋼管所受彎矩；θ是鋼管柱結構的轉角；E是鋼管的彈性模量；A是截面面積；H是截面高度；d是螺栓的水平間距；l是拼接處有效變形的長度。

4.3 鋼柱注腳施工

4.3.1 鋼柱注腳的主要形式

柱腳是鋼管混凝土組合結構中的組成部分，起到連結地基和上層建筑間的關系。由于其具有開合機制，因此，注腳可添加設計能耗較高的元件，例如C 型阻尼器/消能桿等。在具體的施工過程中，通常有兩種注腳形式，分別是嵌入式注腳和端承式注腳。本工程采用嵌入式注腳進行施工。

4.3.2 深層螺栓位置不準的問題

由于施工過程中無法精準找到深層螺栓的位置，導致柱腳板擴孔現象較為明顯。如圖3 所示，結合《鋼結構節點構造詳圖》（01SG519）的要求，施工人員一般采用模板臨時安裝法，及時明確螺栓深層位置，便于施工[6]。

圖3 臨時安裝法解析圖

綜上所述，鋼管混凝土組合結構在工業廠房施工方面表現較好，通過吊裝校正鋼管柱、分層澆筑混凝土、檢修節點問題等方式，能夠有效完成保證施工進度，推進工程建設。

5 結論

文章以某工程為例，對鋼管混凝土組合結構中鋼管施工與混凝土施工進行深入研究，得出結論：

（1）鋼管柱作業中，需要等待混凝土完全冷卻、確定強度值固定后，再利用高空吊裝設備安裝上端鋼管。

（2）根據工程的實際特點，可采用混合式澆筑方法，如下段利用澆灌法、上段利用高位拋落法。

（3）梁柱節點、拼接節點在施工環節起到重要作用，需要加強對該方面工作的重視。