钢管混凝土组合结构工业厂房施工技术

李 瑞

（国能神东煤炭集团有限责任公司洗选中心，陕西 榆林 719315）

0 引言

钢管混凝土组合结构最早在19 世纪的桥梁工程中得以使用，随着我国经济的快速发展，钢管混凝土以其耐火性、抗震性的优点，广泛应用于高层建筑工程、跨海桥梁、地下轨道交通等工程施工过程中。张云福[1]认为传统建筑技术方法较为落后，施工人员应紧跟时代步伐进行改良。王云峰等[2]认为钢管混凝土结构的工业厂房具有施工简易、结构优势高、经济性好和环保性强等特点。马志伟等[3]认为钢筋混凝土组合结构作为较为常见的建筑技术，具有较高的应用价值。本文结合具体实例，研究钢管混凝土组合结构中钢管施工与混凝土施工的技术，分析钢管混凝土组合结构的主要节点特点等问题，通过研究分析，旨在探寻适合工业厂房建筑的钢管混凝土组合结构。

1 工程概况

该工程位于市区，建筑总面积为32 800m2，建筑高度为40m，设计使用年限为70 年，安全等级为二级。工程主体主要以钢管混凝土组合结构作为承重物，根据设计图纸和计算参数，相关人员将定制的两段钢柱安装到位。其中，上段钢管的长度为7.8m，重约6t；下端钢管的长度为23.8m，重约21t。相关负责人在实地勘察后，将该工程施工分为钢管柱施工、混凝土施工、重要节点施工三部分。具体的操作步骤如下。

2 钢管柱混凝土组合结构中钢管柱安装施工

结合某工程的实际情况，评估施工现场具备可操作性环境后，有关人员对数据进行精密计算，采用先下后上的方案，首先将2 400mm×1 000mm 的下端钢管柱安装完毕，随后浇筑混凝土，待混凝土完全冷却后，确定强度值固定后，再利用高空吊装设备安装1 000mm×1 000mm 的上端钢管。

2.1 工程复核

由于钢管体积较重，假使安装后再进行复核，其难度较大，且不易操作。因此，在进行安装前，需要对钢管柱进行构件复核和校核。首先，钢管柱在出厂时每根钢管柱带有编号，按照实际规划将钢管柱合理安置至宽阔平整的场地，防止地势不平导致钢管柱弯曲变形。其次，施工人员需要对钢管柱尺寸及钢管柱出厂质量进行复核，及时发现、更换存在问题的钢管柱。最后，将备好的钢管柱按照具体的校核方案对标高、垂直度、就位轴线进行校核，确保误差在合理范围内。

2.2 控制机制

2.2.1 精确吊装，初次校准

借助吊车高空作业，在施工场地进行钢管柱的吊装工作，钢管柱垂直于地面，且缓慢移动。在钢管柱注脚与杯口基础间间距为35mm 时，施工人员扶正钢管柱，便于钢管柱注脚准确移入杯口。初次校准后，确保符合10mm 偏差标准。施工人员以铁楔固定缆风绳，继而帮助钢管柱正位放置，降低钢管柱误碰杯口、混凝土层的概率。

2.2.2 设计缆风绳

通过滑轮和拉索共同将钢柱管、地锚连结，拉索与地锚位置呈约30°夹角，钢管柱的上连结点位置约为H/4，地锚距离钢管柱约√3H/4 处，H 即为钢管柱柱高。

2.2.3 二次校正

首先是标高校正。施工人员根据出厂时钢管柱的50 标记，利用千斤顶的杠杆效应将钢管柱缓慢抬起，观察和调整杯口铁楔松紧程度。其次，轴线位置校正。2 名施工人员使用千斤顶、1 名施工人员固定铁楔、1 名施工人员使用钢板尺进行测量，将铁楔固定到位。最后，垂直度校正。施工人员利用经纬仪监测钢管桩注边线及柱顶的角度，进行方向校正。

2.3 安全保障方法

根据《建筑施工高处作业安全技术规程》（JGJ-9）的规定，施工人员需要进行技术交底，在高空作业就业过程中注重安全防护。施工用电需要符合《施工现场临时用电安全技术规范》GB50194-93 的规定，严禁无关人员接近电气设备[4]。

3 钢管柱混凝土组合结构中混凝土施工

3.1 材料规格

本工程采用的混凝土强度为C40，在施工过程中，配比时需要减少水泥、粉泥灰的加入比例，加入定量的减水剂，降低混凝土收缩的情况。碎石颗粒度应保持在5 ～25mm 区间内，塌坍落度为15mm，尽可能减少此类因素的影响。本工程钢管混凝土坍落度Ⅱ级，扩展度在550 ～650mm 区间段内。

3.2 施工技术

混凝土施工作为较为完善的技术，在施工过程中主要有以下3 种，其原理及优缺点如表1 所示。

表1 三种混凝土浇筑类型及特点

根据本工程的实际特点，下段选择浇灌法、上段选择高位抛落法。

3.3 施工流程

3.3.1 下段钢管柱混凝土施工

泵送顶升浇灌法（顶升法）是指开凿出大于输送管的孔洞，结合泵压持续输送混凝土，直至满足施工需求，如图1 所示。开孔过程中，需要精准操作，确保孔圆的完整性。切割后的圆板适合应用于点焊，便于后续封堵过程中使用。

图1 泵送顶升浇灌法流程图

当杯口内部混凝土强度达到施工标准时，浇筑混凝土。如表2 所示，在本工程中，HBTD40 和HBTD60 电动混凝土的性能均满足本工程需要。在施工前，进行复核，精准把控泵的压力和速度，降低设备损耗率。在施工过程中，需要连续压入，通过稳压打入短板。

表2 电动混凝土输送泵性能表

3.3.2 上段钢管柱振捣法

施工步骤与下段钢管柱基本相同，在电动混凝土输送泵的选择上，通常选用HBTD60 规格，多次进行浇筑，浇筑后进行振捣，直至混凝土溢出后停止浇筑。清理上层浮沫，保证混凝土与钢管柱处于持平状态。

3.4 安全保障方法

在混凝土浇筑作业过程中，施工人员需要注重自身防护，佩戴防护手套，穿绝缘材质的衣鞋。当插入短管时，施工人员需要佩戴头盔和护目镜，避免眼部灼伤。此外，施工人员需要加强电源管理，避免出现漏电现象。

4 钢管混凝土组合结构主要节点施工

4.1 梁柱节点

梁柱节点，又称节点核心区，是钢管混凝土组合结构中重要的组成部分。在具体的施工过程中，主要分为内、外两种加强环梁柱刚接节点。本工程采用外加强环梁柱刚接节点，如图2 所示。

图2 外加强环梁柱刚接节点

在施工过程中，梁柱节点工艺已成操作体系。但除了梁柱以外，存在着连结楼盖的问题。基于柱体承重点在梁，因此需要将柱和梁相结合，设计符合要求强度的、具备刚性需求的楼盖。在设计实施中，施工人员需要注重内力、外力相互作用的情况，设计经久耐用的结构框架，避免出现强震坍塌的现象。此外，梁柱需要有延伸性、坚韧度等特点，延长使用寿命。

结合实际情况，依据已有的施工经验，钢管混凝土组合结构的梁柱以竖向贯通为主，在轴向力、弯矩传递等功能方面经检查，确认无误。但受客观因素影响，梁穿柱的可能性较小，因此，在节点位置设计连结梁与柱成为重点议题。在较高层的工业厂房建设过程中，已进行节点施工改革，便于满足设计需求。

4.2 钢柱拼接节点

钢柱拼接节点是连结钢柱与其他组合结构中构件的关键内容。在具体的施工过程中，主要有变直、不变直径两类对接接头。

在钢管柱结构的拼接中，基本采用以下三种构件连结，分别是全熔透坡口焊接、高强螺栓摩擦型焊接、混合型焊接[5]。全熔透坡口焊接受力均匀，但需要大量的施工时间、宽阔的施工场地，有一定的局限性。高强螺栓摩擦型焊接施工效率高，但是螺栓零件易出现滑动缺陷，影响拼接节点的刚度效果。混合型焊接能够降低螺栓瞬移，有效保障拼接成功率，同时缩短拼接时间，是广泛应用于钢管柱节点的连结方式。根据结构力学原理，钢管柱结构拼接节点的刚度等于结构受力与对应转角间的比值，如公式所示：

其中，k是钢管柱结构混合节点的刚度；M是钢管所受弯矩；θ是钢管柱结构的转角；E是钢管的弹性模量；A是截面面积；H是截面高度；d是螺栓的水平间距；l是拼接处有效变形的长度。

4.3 钢柱注脚施工

4.3.1 钢柱注脚的主要形式

柱脚是钢管混凝土组合结构中的组成部分，起到连结地基和上层建筑间的关系。由于其具有开合机制，因此，注脚可添加设计能耗较高的元件，例如C 型阻尼器/消能杆等。在具体的施工过程中，通常有两种注脚形式，分别是嵌入式注脚和端承式注脚。本工程采用嵌入式注脚进行施工。

4.3.2 深层螺栓位置不准的问题

由于施工过程中无法精准找到深层螺栓的位置，导致柱脚板扩孔现象较为明显。如图3 所示，结合《钢结构节点构造详图》（01SG519）的要求，施工人员一般采用模板临时安装法，及时明确螺栓深层位置，便于施工[6]。

图3 临时安装法解析图

综上所述，钢管混凝土组合结构在工业厂房施工方面表现较好，通过吊装校正钢管柱、分层浇筑混凝土、检修节点问题等方式，能够有效完成保证施工进度，推进工程建设。

5 结论

文章以某工程为例，对钢管混凝土组合结构中钢管施工与混凝土施工进行深入研究，得出结论：

（1）钢管柱作业中，需要等待混凝土完全冷却、确定强度值固定后，再利用高空吊装设备安装上端钢管。

（2）根据工程的实际特点，可采用混合式浇筑方法，如下段利用浇灌法、上段利用高位抛落法。

（3）梁柱节点、拼接节点在施工环节起到重要作用，需要加强对该方面工作的重视。