外包劲性厚板方管混凝土柱施工技术研究

郭 斌，李海鹏，王晓宝

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，北京 100089）

0 引言

随着建筑事业的发展，越来越多高层钢混结构得到广泛应用，矩形钢管混凝土柱由于其操作性能较好[1-2]，广泛应用在高层钢混建筑中，在施工过程中如何合理地进行矩形钢管混凝土的施工和质量控制[3-4]，使其更有效地发挥各自的优点，来保证结构安全性，是一个值得深入研究的问题。传统大截面外包劲性厚板方管柱安装，一般在混凝土浇筑前先通过钢支架将钢管柱安装，再浇筑基础大底板，但是安装钢柱用的钢支架不可重复使用，且用钢量较大，经济性较差[5]。

鉴于此，针对大截面外包劲性厚板方管的焊接制作、分节精度要求高及柱内混凝土浇筑振捣密实度难以控制难等问题，亟待研究出一种简单有效的大截面外包劲性厚板方管混凝土柱施工方式，来提高钢管混凝土柱施工时钢方管柱安装、混凝土浇筑的施工质量和施工效率。

1 工程概况

1.1 工程位置

本工程位于乌鲁木齐市经济技术开发区二期延伸区，2-02#公寓外框设24 根矩形钢管混凝土柱，材质为Q390GJ 和Q345，地下室部分为外包混凝土劲性柱。公寓外框钢梁主要为焊接H 型钢截面，局部为箱型截面，钢梁材质主要为Q345。公寓核心筒钢结构包括28 根矩形钢管混凝土柱、楼层钢梁和钢支撑。楼层梁为焊接H 型和箱型截面。6 层及以下采用BRB 支撑，7 层及以上采用矩形钢管支撑，公寓在34 层和58 层设置环桁架和伸臂桁架，桁架层层高5.4m。

2-03#酒店外框7 层及以下设26 根矩形钢管混凝土柱，8 层及以上设40 根矩形钢管柱，材质为Q390 和Q345，地下室部分为外包混凝土劲性柱。2-03#酒店外框钢梁主要为焊接H 型钢截面，局部为箱型截面，钢梁材质主要为Q345。2-03#酒店核心筒钢结构包括20 根矩形钢管混凝土柱、楼层钢梁和钢支撑。楼层梁为焊接H 型和箱型截面。6 层及以下采用BRB 支撑，7 层及以上采用矩形钢管支撑。核心筒钢构件材质主要为Q390和 Q345。2-03# 酒店在 7 层、27 层和 46 层设置环桁架，环桁架沿外框布置一周，腹杆采用矩形钢管，材质Q390 和 Q345。

1.2 钢结构概况

本项目2-02#服务型公寓地下塔楼为混凝土结构（有劲性混凝土柱），裙房为混凝土结构，地上塔楼为钢管混凝土外框-钢支撑筒体结构体系，地上裙房为钢框架结构。钢柱截面形式主要为箱型，裙房部分钢柱设计为圆管柱，钢梁截面形式主要为H，局部设置箱型钢梁，钢梁从G 层开始设置连接，整体结构平面形式为方形建筑。外框结构设计24 根矩形钢管混凝土柱，核心筒设计28 根矩形钢管混凝土柱。

1.3 工程难点

本项目钢结构工程的构件数量多，施工现场的焊接量巨大，由于构件体型大，受到现场布置塔吊起重性能、运输设备与公路运输条件的限制，地下室及地上下部结构构件的分段数增加，部分超宽构件只能分主构件和直发件发运至工地，由此产生大量的横焊缝、平焊和立焊缝及现场组装的各种对接焊缝，导致现场焊接量的进一步加大，而且焊缝的质量要求高。

2 结构创新点与关键操作要点

大截面外包劲性厚板方管混凝土柱的焊接制作是本工程的重难点，本工程焊制构件采用大量中厚板，钢板最厚达到100mm，且材质为Q390GJ，厚板方钢管柱的焊接质量对本工程施工有直接性的影响，因此防止大截面型厚板钢管柱的层状撕裂，同时保证钢管柱接头质量和延性、韧性性能，保证施工完成后的大截面劲性厚板钢管柱有较小的焊接变形及残余应力，确保钢管柱施工质量是本工程的重点。

地上塔楼为钢管混凝土外框-钢支撑筒体结构体系，钢管柱混凝土浇筑密实度的控制质量为重点。传统方式施工一般采取串筒浇筑自密实混凝土辅助机械振捣的方法进行。同时一般在横隔板留置排气孔，加强加劲板处混凝土加强振捣，并通过优化混凝土配合比，来提高流动性能，保证混凝土的密实度。但此类施工方式并不能完全保证大截面钢管内混凝土浇筑的密实性。

本文为解决大截面外包劲性厚板方管混凝土柱施工过程中遇到的各类问题，通过查阅相关国内外文件，研发了多个创新结构来保证大截面劲性厚板方管混凝土柱的施工质量和施工效率，主要创新如下。

2.1 结构创新点

2.1.1 预应力支架

预应力支架由钢管立柱、斜撑、横杆、缆风绳等组成，底板垫层内设置底板垫层钢筋网及预埋U 型拉环，支架钢管立柱内设置预应力束，支架钢管立柱内灌自密实混凝土，支架钢管立柱顶部设置支架横梁，支架横梁顶面设置压浆孔及预应力锚具，支架横梁内设置预应力束，并灌自密实混凝土，支架横梁两端设置应力锚具，支架钢管立柱顶部设置支架拉环，支架拉环上设置缆风绳，缆风绳一端固定于预埋型拉环上。图1 为预应力支架结构。

图1 预应力支架结构

2.1.2 钢管混凝土柱模板

钢管混凝土柱模板外侧设置加固方木，钢管混凝土柱模板每隔1 米设置一道可调式卡箍，每两片可调式卡箍拼合后在卡箍调节槽口内设置紧固斜铁，两道可调式卡箍间模板四角均设置整体式U 型箍，整体式U 型箍用U 型箍固定螺杆及固定螺帽固定。

槽钢背楞设置在钢管混凝土柱模板，槽钢背楞上设置外侧温度传感器，钢方管柱上设置直螺纹套筒，直螺纹套筒上设置对拉螺杆，对拉螺杆用卡扣固定在外侧的方钢管柱箍上，方钢管柱箍内设置方钢管贯穿螺杆。图2 为钢管混凝土柱模板结构。

2.1.3 焊接施工平台

钢方管柱外侧设置钢柱预留工字钢，焊接施工平台底部设置焊接平台预留工字钢，钢柱预留工字钢与焊接平台预留工字钢间设置固定螺杆。图3 为焊接施工平台结构。

图3 焊接施工平台结构

2.1.4 土建施工平台

钢管混凝土柱外侧设置土建施工平台，用于方管混凝土柱外包混凝土浇筑施工，土建施工平台上设置振捣支架，振捣支架底部设置振捣支架底座，振捣支架底座上设置振捣支架控制电机及升降杆，升降杆顶面设置辅助水平移动横梁，辅助水平移动横梁上设置振捣棒控制环，振捣棒控制环内设置振捣棒。图4 为土建施工平台结构，图5 为振捣支架结构。

图4 土建施工平台结构

图5 振捣支架结构

2.2 关键操作要点

2.2.1 预应力支架安装

底板垫层内铺设底板垫层钢筋网支架预埋件、预埋U 型拉环，底板浇筑养护完成后在支架预埋件的预应力夹具上安装预应力束，随后安装支架钢管立柱、支架横梁、横杆、斜撑，张拉预应力束后灌入自密实混凝土，随后用预应力锚具及带孔封板封锚。

2.2.2 钢方管柱脚灌浆

吊装钢方管柱，柱脚底板置于预应力支架上，柱脚底板上的灌浆孔内放入压浆漏斗，随后边提压浆漏斗边灌浆。

2.2.3 焊接施工平台搭设

钢方管柱的钢柱预留工字钢上放置焊接操作平台，两者通过固定螺杆及固定螺帽连接，随后进行钢方管柱的焊接。

2.2.4 钢管混凝土柱模板搭设

在钢方管柱外侧支设钢管混凝土柱模板，模板外侧布置加固木方，加固木方外侧每隔1m 设置一道可调式卡箍，安装后通过紧固斜铁固定，在两道可调式卡箍中间位置四角分别设置整体式U 型箍，整体式U 型箍通过U 型箍固定螺杆及固定螺帽固定。

2.2.5 钢管混凝土柱槽钢背楞搭设

若钢管混凝土柱截面较大，则在管混凝土柱模板外侧设置槽钢背楞及加固木方，并在槽钢背楞外侧安装方管柱箍，方管柱箍内安装对拉螺杆，钢方管柱外侧焊接直螺纹套筒，并在直螺纹套筒上安装对拉螺杆，并用卡扣固定于方管柱箍外侧，同时在，钢方管柱内外侧分别布置内侧温度传感器及外侧温度传感器。

2.2.6 混凝土浇筑

在土建施工平台上安装振捣支架，调试好后安装振捣棒，浇筑混凝土后开起振捣支架控制电机，通过调节振捣棒控制环水平移动，控制升降杆提升振捣棒完成振捣。

3 结语

本文的目的在于提高钢管混凝土柱施工时钢方管柱安装、混凝土浇筑的施工质量和施工效率，具有以下增益效果。

（1）钢方管柱安装采用预应力支架体系，可大幅度减少用钢量，同时可以提高支架的承载力，保证了钢柱安装的施工质量。

（2）钢管混凝土柱支模采用可调式卡箍件模板加固体系，模板外侧设置槽钢加固，模板外侧设置套箍并均匀布设对拉螺杆，可调式卡箍件可适用于一定范围内截面宽度的钢管混凝土柱模板固定，可多次重复使用，具有较好的经济效益。

（3）钢柱焊接时采用操作平台，混凝土浇筑时采用温度无线测控技术，混凝土浇筑采用振捣棒固定移动支架施工，整体施工效果较好。