高层建筑钢管混凝土柱施工技术要点浅析

郑　伟河南省第一建筑工程集团有限责任公司（450009）



高层建筑钢管混凝土柱施工技术要点浅析

郑伟
河南省第一建筑工程集团有限责任公司（450009）

摘要：介绍了钢管混凝土柱在高层建筑中的应用，分析了工艺流程、操作要点、质量控制、安全控制和环保控制措施，可以给同类工程提供参考和借鉴。

关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；工艺流程；操作要点；质量控制；安全控制；环保控制

钢管混凝土柱是利用钢牛腿、梁钢筋、节点环板的传力方式，配以双向密肋梁模壳楼盖、肋型楼盖或其他形式楼盖，形成钢管混凝土板柱或梁板柱结构，充分发挥了钢管柱的优势，因而逐步被推广应用于高层建筑工程中。它兼有钢结构和混凝土结构的优越性能，充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点，使管内混凝土受三向约束，充分发挥了混凝土的作用，提高了结构构件的承载能力、抗震能力，与钢筋混凝土柱比较，减小了柱子截面面积，增大了建筑使用面积。

1　工艺流程

原材料检验→钢管制作→钢管组焊→钢管柱吊装→就位校正→接长焊接→模板钢筋安装→梁柱节点焊接→混凝土浇筑。

2　施工操作要点

2.1钢管及部件制作

1）下料：下料前，先通过试焊确定钢板对接焊缝收缩余量，在下料时一并考虑，根据钢管展开尺寸在钢板上划线，用自动气割机切割并坡口，节点部件要制作样板，经检验评定合格后按样板分块尺寸划线下料，所有部件切割后，应及时清除割渣并矫正气割变形。2）钢板卷圆：将压好边的钢板放在卷板机上进行卷圆，卷圆过程中，卷管方向应与钢板压延方向一致，并严格控制钢管的椭圆度、焊缝间隙及错边量等。3）焊前准备：钢管组焊时的纵、环缝，现场对接焊缝、节点连接焊缝应进行焊接工艺评定，确定焊接工艺流程。4）钢管焊接：钢管纵、环缝，现场焊缝等焊缝质量等级应满足设计要求，并按《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205进行验收。钢管纵、环缝采用埋弧自动焊，先在钢管外部进行人工封口焊，再按先里后外的顺序各焊一道。

2.2节点部件连接

在钢管上划出钢牛腿、节点板等的位置线，把所有连接部件按标高、方位先点焊固定，复检后施焊。内衬管先焊丁字型肋板，再将衬管与钢管焊接，牛腿部位管内节点先组焊，再推入管内与钢管焊接。

2.3钢管柱与基础底板的连接

预先将环形受剪箍、加强环、勒脚分别和钢管焊接，在浇筑完基础垫层混凝土，绑扎完底板下排钢筋后，按弹设于垫层面上的控制线安装钢管柱。在浇筑底板混凝土时应对称浇筑，防止钢管柱或预埋钢板位移。

2.4钢管柱现场安装

1）钢管柱吊装：钢管柱吊装可利用现场塔吊，进行施工组织设计时应考虑安装最远端钢管柱时塔吊的臂长及起重能力能否满足吊装要求。钢管柱吊装采用二点对称捆绑垂直起吊，钢丝绳绑点设于柱最上一个节点下部，起吊时注意保护节点部件，钢管柱固定牢固后方可解除吊索。2）第一节钢管柱的安装：在预埋钢板上弹出钢管柱安装十字控制线，划出柱外皮控制点。钢管柱吊装前在柱顶部平分圆周位置预先栓置4条钢丝绳，钢管柱吊起调整至柱身控制线与十字控制线基本吻合后下落，调整就位并临时固定，在钢管两侧呈90°位置架设二台经纬仪，同时观测钢管柱身的二条控制母线，通过调节设置在钢丝绳中间的法兰螺栓，校正垂直度。3）同径钢管柱的连接、定位、调整：将吊起的上节柱按划线位置缓慢插入下节柱内衬管，角度调整用特制抱箍钳。上节柱插入内衬管时由于衬管外壁与上节钢管柱内壁局部存在磨擦，就位较困难，可在上下柱接口处设顶拉杆，一方面帮助就位，另一方面校正柱身垂直度，还可起到临时固定作用。垂直度校正好后，在钢管柱四侧焊接防变形卡板，以减小焊接变形。对接焊完成后，割除防变形卡板等临时构件，并将临时固定焊缝打磨平整。4）垂直度观测：在安装钢管柱时应在两个垂直方向架设二台经纬仪，同时观测柱的两条控制母线，指挥操作人员校正钢管柱的垂直度。随着建筑物高度增加及平面形状、尺寸的限制，用于垂直观测的经纬仪只能放在安装层的楼板上，部分柱观测的角度、距离受到不同程度的影响，因此应将经纬仪架立在尽可能远离被观测柱的位置，使观测的水平距离达到最大；同时要合理安排安装顺序，先难后易，避免因已安装钢管柱的阻挡而影响观测。

2.5钢管混凝土施工

钢管混凝土的浇筑采用高位抛落法。要求混凝土必须要有较大的坍落度，否则极易产生管壁与混凝土粘结不紧密等质量缺陷。混凝土由管口倾入，利用自重力使混凝土密实，不用振捣，抛落高度应不小于4 m。每次浇筑混凝土应前先浇一层厚度150 mm左右与混凝土等级相同的水泥砂浆，以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。集料斗架设在管口中央并保持垂直，泵送混凝土至料斗，当料斗集满混凝土后，开启料斗封底板使混凝土一次性自由抛落，并利用混凝土下落时产生的动能振实混凝土。

混凝土浇筑宜连续进行，必须间歇时，间歇时间不应超过混凝土的初凝时间。每段钢管柱的混凝土，只浇筑到离钢管顶端500 mm处，以防焊接高温影响混凝土的质量。钢管柱到顶收头时，混凝土浇至距管顶300 mm左右，焊接中间留孔的封顶板，待混凝土强度达设计值的50％后，用同强度等级细石混凝土填满，最后封焊封顶板孔。

3　主要施工材料与设备

3.1主要施工材料

3.1.1钢管、钢板

委托工厂生产的钢管应按方案确定的一次安装高度进行加工，但最长不得超过12 m，成品钢管或卷制钢管壁厚应符合设计要求，钢管可用焊接管、螺旋管和无缝管，管内不得有油渍和污物，出厂时应具有质量合格证明。卷制钢管可用Q235钢或16Mn钢，钢板表面不得有结疤、裂纹、折叠、严重锈蚀，不得使用受过冲击的钢板，钢板必须有出厂合格证或机械力学性能试验报告。

3.1.2焊接材料

焊接材料的选用可根据母材的性能、工件的性能、结构特点、工艺设备等综合考虑。各类焊条必须保存在通风良好、干燥的库房内。库内温度不低于5℃，相对空气湿度小于60％，使用前应烘干。

3.1.3混凝土

钢管混凝土强度等级不宜低于C30，所用粗骨料应为粒径不大于4 cm的连续级配石料，不得使用针片状、石屑含量高于15％的碎石，砂应选用中砂，各种外加剂进场后应进行性能检验，合格后使用。

3.2主要施工机具设备

卷板机、埋弧自动焊机、交直流焊机、自动切割机、焊条烘干箱、焊剂烘干箱、吊车、磨光机、超声波探测仪、经纬仪、水准仪。

4　质量控制措施

4.1质量控制标准

严格按《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81和《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205中相应的规定施工。

4.2质量保证措施

1）进行手工电弧焊时当风速大于5 m/s，进行气体保护焊时当风速大于2 m/s，均应采取防风措施方能施焊。2）Ⅰ、Ⅱ级焊缝，必须进行超声波探伤，如发现超标现象，分析原因后再进行返修，同一部位返修次数不得超过2次，对经过2次返修仍不合格的焊缝，应会同设计或有关部门研究处理。3）焊缝表面不得有气孔、裂纹、夹渣等缺陷，咬边深度不得大于0.5 mm且不大于0.1 t（t为连接处较薄的板厚），长度不大于总长的10％，连续长度不大于100 mm，焊脚高度必须满足焊接工艺卡规定要求。4）钢管混凝土强度等级必须达到设计要求，管内混凝土应密实。

5　安全控制措施

1）机械设备、电动工具等必须有可靠的接地接零和漏电保护装置。2）机械设备采用挂牌负责制，配备维修保养人员，特殊工种应持证上岗。3）在钢管内的焊接人员应戴防毒面具，并从一端向另一端送风。4）钢管柱吊装时由信号员专人指挥，保证联络通畅，指挥及时准确。5）经常检查吊具吊索的安全状态，在钢管柱临时固定完成前不得松开吊钩，风速超过5级以上不得吊装。6）进入现场应正确佩戴好安全帽，焊工操作时应佩戴防护面具和电焊手套，高空作业应系好安全带。

6　环保控制措施

1）安装钢管柱时，不得大力随意敲击钢管柱，尽量减少噪音的产生。2）多台焊机在一起集中施焊时，应设隔光板。3）施焊场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。4）焊接作业后应及时收集焊渣等废弃物，保持施工作业面整洁，做到工完场清。5）工作结束，应切断焊机电源并检查操作地点，确认无起火危险后，方可离开。