钢管混凝土柱施工技术探讨

林章凯

(福建建工集团总公司　福建福州　350001)



钢管混凝土柱施工技术探讨

林章凯

(福建建工集团总公司福建福州350001)

福建招银大厦工程为现浇框剪结构，地上三栋塔楼24根圆钢管混凝土柱作为主要竖向受力构件，最大标高84.97m，制作吊运、安装焊接、混凝土浇筑等施工技术要求高，项目部采取有效措施改进施工工艺，确保质量和工期。

钢管柱；混凝土；施工技术

0　引言

钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和偏心荷载较小的受压构件为主，我国自20世纪80年代以来，被广泛应用于框架结构中(如厂房和高层)。众所周知，混凝土抗压强度高，但抗弯能力弱，而钢管抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但受压时易失稳而丧失轴向抗压能力，该组合结构型式综合了钢结构与混凝土结构的优点，通过依靠钢管外壁对核心混凝土的充分约束，使钢管和混凝土皆处于三向受压的应力状态，从而成倍提高混凝土的抗压强度和塑性，同时钢管内混凝土反过来增强钢管的刚度，使得钢管与混凝土的材料特性共同得到充分发挥，从而大大提高钢管混凝土组合结构的承载能力。此外，钢管混凝土柱内的混凝土能在相当程度上延缓钢管升温，因此钢管混凝土柱的耐火能力优于纯钢管柱[1]。

本文就福建招银大厦工程三栋塔楼24根钢管柱(均特指圆钢管)的制作吊装、焊接校直、柱内核心混凝土的浇筑等施工技术进行重点介绍。

1　工程概况

1.1工程概述

福建招银大厦工程位于福州市台江区海西金融街地块，现浇框剪结构，两层连体地下室，地上3栋塔楼通过空中连廊联通，24根圆钢管混凝土柱作为主要竖向受力构件从基础通到屋面。总建筑面积55 365.81m2，其中地上计容面积36 642.55m2，地下面积18 723.26m2。其中南塔楼19层，高度93.5m，中塔楼7层，高度41.5m，北塔楼5层，高度32.5m。南塔楼南面安排一台JL7030塔吊，中塔楼与北塔楼间安排一台JL6015塔吊。主体工程造价约15 300万元。

1.2钢管混凝土组合结构概况

钢管柱直径900～1 300mm，厚度25～40mm，最大标高84.97m，内部浇筑C45～C60混凝土。地下室结构采用钢管柱承重销与钢筋混凝土梁焊接，上部结构纵向采用钢管柱与H型钢梁直接焊接，增设高强螺栓与节点板，横向连接方式同地下室结构。钢管贯通型节点内衬加强环。柱与柱对接、端板与柱、梁翼缘和腹板的连接焊缝为全熔透坡口焊，焊缝质量等级为二级，其他为三级。钢管柱范围为4～14轴交F～J轴(6×4=24根)。

2　钢管柱制作

2.1原材料

钢管柱(Φ1300×40、Φ1200×35、Φ1100×35、Φ1100×25、Φ1000×25、Φ900×25)、加劲肋材质均为Q235B；地脚螺栓采用Q235；栓钉采用M19；防火涂料应满足CECE24的要求且应与防锈蚀油漆进行相容性试验，试验合格后方可使用，防火等级为一级。

2.2钢管柱制作方案的分析与确定

圆钢管的制作成型工艺主要有两种，即卷制成型和压制成型。根据目前在工程实际建设中对此类构件加工的成熟经验，如采用卷制(冷卷)工艺制造的Φ1200mm，壁厚60mm的Q345级钢管(径厚比为20)已成功应用于北京、广州、上海等地多项钢结构工程。采用压制(冷压)工艺制作的钢管在国外已做到径厚比为12，相比而言，对径厚比在13～30的钢管，压制比卷制要容易些。

根据本工程设计要求的钢管规格(主要是径厚比)、材质、受力状态和构件类别，考虑到卷制和压制钢管工艺上各自的特点和应用范围，以及工厂的实际加工设备，制作质量，经过综合分析比较后，确定本工程大直径钢管构件采用卷制工艺。

3　钢管柱吊运方案分析与确定

根据相关规范[1-4]，吊装钢管柱前，将其上口包封，防止异物落入管内。

3.1地下二层至地上二层钢管柱吊运

单层间层高比较高，分别为单层一吊。4轴至8轴钢管柱用JL7030塔吊直接进行安装，10轴至14轴的构件可通过中塔楼楼板作为临时中转平台用JL6015塔吊吊运(见图1、图2)。

3.2三层至顶层吊运

三层以上部分因标准层层高变小及钢管柱变径，在塔吊性能参数满足吊装前提下可2层一吊，10轴至14轴的构件可通过中塔楼楼板作为临时中转平台用JL6015塔吊吊运(见图3)，但考虑到钢管柱内有水平内隔板，若2层一吊，高度(9m)偏大会影响混凝土振捣的密实性，故仍确定为单层一吊。

3.3转运平台吊运说明

中塔楼临时中转平台位置应经过设计验算复核，位于18m跨度的型钢混凝土大梁处，且楼板混凝土龄期强度满足设计要求，大梁下方模板支架暂不拆除。每次每个位置仅允许堆放一根构件(见图4)。先吊的放在靠近塔吊一侧，后吊的依次排放，并考虑好吊装和装车方向，避免吊装时转向和二次搬运，影响效率和损坏钢结构。钢结构堆放应平稳，底部应设置垫木，避免搁空而引起翘曲。垫点应接近设计支承位置。等截面钢结构垫点位置可设在离端部0.207L(L为钢结构长度)处。若因赶工期，楼板尚未浇筑混凝土或混凝土强度尚未达到设计要求的，可采用吊运钢管柱水平临时停靠在已安装好的钢管柱上(下垫方木)，然后两台塔吊配合作业，采用双机抬吊，接力转运的方式(即空中接力法)吊运至指定位置。

3.4安装焊接

3.4.1柱脚定位

按照先总体后局部的原则，布设平面高层控制网，以控制钢结构总体偏差。对施工中所使用的仪器、工具进行检校，以保证施工精度。本工程采用埋入式柱脚，对地脚螺栓进行检测，要求螺栓上下垂直，水平位置精确，螺栓顶部包塑料布保护，防止混凝土污染。柱脚定位板规格分别为1 161×1 161、1 019×1 019、949×949，见图5。撤出定位板后最终定位。

3.4.2临时固定

钢管柱吊运就位后，将上下两节柱底与柱顶四面中心线对位，用MH4.8级普通螺栓将上下柱头的临时耳板通过连接板连接，待充分紧固后柱顶方可摘钩。上下两节柱间四面焊接一根φ6短钢筋，预留焊缝间隙。待对接焊缝完成且自然冷却至环境温度后方可割除临时耳板及卡位梯形板，见图6。

3.4.3安装校正

钢管柱刚度大、重量重，安装采用无缆风绳校正方法，见图7、图8。校正时先调整标高、再调整扭转、最后调整垂直度，利用钢楔、垫板、撬棍及千斤顶等工具将钢管柱校正准确。形成框架后不再需要整体校正。垂直度检测合格后焊接钢管柱对接环缝。

3.4.4对接焊接

为避免或减少焊接残余变形，钢管柱的对接焊接宜由两名焊工同时在对称位置分段逆时针匀速多层多道施焊(见图9)，采用HC500型逆变式CO2气体保护焊机，ER50-6型实芯焊丝。等直径钢管对接时设置环形隔板和内衬钢管段，上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝，坡口可取35°，直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝，内衬钢管仅作为衬管使用时(见图10)，衬管管壁厚度宜为4～6mm，衬管高度宜为50mm，其外径宜比钢管内径小2mm。每层焊完后，下一层应在离前一层起焊点50mm处起焊，每遍焊完应认真清理焊渣，钢管原涂装面离焊接边缘至少50mm，焊缝余高0～4mm，打磨清理完毕并经焊缝探伤检测合格后涂装环氧富锌底漆两道，环氧云铁中间漆室外两道、室内一道，氯化橡胶面漆(除屋面部分)室外两道，室内一道。

4　钢管内混凝土浇筑

本工程钢管柱最高7m，每节标高均出楼板面1.2m，考虑到有内隔板，为保证混凝土密实度，采用小直径30mm的插入式振动器人工振捣，插点应均匀，每点振捣时间约15s～30s，振动棒软管长度至少为8m。预拌混凝土坍落度不宜小于10cm，不宜大于16cm[1]，利用泵车或布料机自带的串筒浇筑混凝土，一次浇灌高度不宜大于1.5m，振动器位置应随管内混凝土面的升高而调整，每次宜升高lm～1.5m。管内混凝土应连续浇注完成，先浇一层厚度为100mm～200mm的与混凝土同强度等级的水泥砂浆，增加施工缝的粘结和防止自由下落的骨料产生弹跳、离析，施工缝宜留于钢管端口以下至少500mm，以防钢管焊接时，其温度影响混凝土质量。当浮浆过厚时，应刮去浮浆。混凝土终凝后，可注入清水养护，水深不宜少于200mm。钢管拼接加长前，应清理施工缝，清除积水杂物，剔去浮石，再按程序浇筑。管内混凝土的浇筑质量，可采用敲击钢管的方法进行初步检查，当有异常，可采用超声波进行检测。对浇筑不密实的部位，可采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔进行补焊加固。

5　结语

钢管混凝土柱施工技术综合了钢结构与混凝土结构各自的技术特点，但绝不是两项技术的简单叠加，尤其要重视钢管的焊接与混凝土的浇捣，随着应用范围的日益增多，需要我们在实践过程中不断总结经验，提高工程质量。

[1]CECS 28-2012 钢管混凝土结构设计与施工规范[S].北京:中国计划出版社,2012.

[2]GB 50628-2010 钢管混凝土工程施工质量验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3]GB 50901-2013 钢-混凝土组合结构施工规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[4]GB 50936-2014 钢管混凝土结构技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.

林章凯(1982.04-),男,高级工程师,国家一级注册建造师。

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

LINZhangkai

(Fujian Construction Engineering Group Company，Fuzhou 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

林章凯(1982.04-),男,高级工程师,国家一级注册建造师。

E-mail:kerrylzk@sohu.com

2015-10-26

TU74

B

1004-6135(2016)02-0065-05