勁性混凝土柱施工技術在某辦公大樓工程中的應用

張德鵬

河南省第一建筑工程集團有限責任公司（450014）

1 工程概況

某辦公大樓勁性混凝土柱內包鋼骨為400×400 mm的焊接矩形鋼管柱，鋼管壁厚30 mm。勁性混凝土柱總長16.450 m，鋼柱的頂部植埋于上層混凝土梁中。鋼柱內澆灌混凝土。鋼柱底部置于下部混凝土柱上，用預埋地腳螺栓連接固定。鋼柱與混凝土梁連接采用雙筋并股穿筋式連接。

2 鋼管柱的工廠加工制作

鋼柱總長為16.45 m,根據現場吊裝能力及混凝土澆注工藝，每根鋼柱分為5節制作。

2.1 制作工藝流程

對原材料質量復核→畫線→切割→鉆孔→開坡口→組對→點焊成型→船型埋弧自動焊→矯正→探傷→產品交檢。

主要施工方法及技術措施∶

2.2 鋼板下料

畫線應做到幾何尺寸準確,孔距準確，下料后的零件尺寸準確。采用數控切割機或半自動切割機進行。切割完成后，需清除材料邊緣氧化鐵。下料完成后檢驗鋼板的平直度，不合格的應及時進行矯正，矯正方法主要采用火焰矯正法或捶擊法。采用熱矯正時，加熱溫度應在600～800℃之間，最高不應超過900℃。矯正后鋼材表面不得有明顯的凹痕或損傷，劃痕深度不得大于0.5 mm。

2.3 鉆孔

鋼柱與混凝土梁相交處，混凝土梁鋼筋雙筋并股穿過鋼柱,因此需在鋼柱的相應位置開橢圓孔。鉆孔采用配鉆法，即存在對穿孔的多塊鋼板，疊放在一起同時進行鉆孔。不同方向的孔應將位置上下錯開。

2.4 矩形鋼管的組立

組立胎架的制作∶

焊接胎架上應設置防止焊接變形的裝置。各個胎架都須經專職質檢員檢驗合格，并由項目技術負責人認可后方能投入使用。鋼柱拼完后的直線度偏差應不大于長度1/1 000，且不大于3 mm，腹板中心偏移不大于2 mm。鋼柱組立時應點焊可靠,防止變形。

2.5 鋼柱施焊

本工程采用的鋼板厚度為30 mm，焊接時的預熱、定位焊，應嚴格按焊接工藝要求規定執行，并控制最大和最小層間溫度，接頭的焊接參數必須按對應的焊接工藝卡進行施焊。鋼柱焊接在焊接胎模上進行，由兩名焊工采用二保焊同向焊接。為防止厚板的層狀撕裂，應采用多層、多道的焊接方法，鋼板焊接前,應對母材焊道中心線兩側各2倍板厚加30 mm區域內進行無損探傷檢查,母材及焊縫中不得有裂紋、夾層及分層等。

3 鋼柱的運輸

矩形鋼管柱總長為16.45 m,根據施工現場吊裝條件及起重設備的吊裝能力，鋼柱制作時分為5節制作。構件最大運輸單元的重量約1.5 t，長度約4 m，因此我們采用5 t汽車來運輸。運輸時在車內用枕木墊平并綁牢，有效防止運輸變形。現場用塔吊下車，然后用平板車轉運。構件運輸順序與構件安裝順序相同，以減少中轉程序，同時避免構件擱置較多，占用較大的場地，增大防護及管理難度。

4 鋼柱的吊裝

鋼柱的吊裝采用塔吊與汽車吊相結合的方法進行。

4.1 地腳螺栓預埋

1）軸線確定。底板鋼筋綁扎完畢。將軸線彈在底板鋼筋上,并確定柱插筋及地腳螺栓的位置，對底板筋做局部的間距調整,使螺栓能順利通過底板筋。

2）根據圖紙安裝柱插筋，并在底板內部安裝3道箍筋。貼底板鋼筋再架設1道箍筋與底板鋼筋點焊，以確保柱插筋位置正確；然后放入地腳螺栓定位板。

3）地腳螺栓就位。將地腳螺栓插入柱中，并套好定位板,根據給出的軸線位置來確定螺栓位置。定位板外邊緊頂鋼筋內側，用柱主筋來輔助固定地腳螺栓，然后加設3道柱箍(或定位筋)。同時給柱筋設拉結以控制鋼筋位置保持正確。

4）地腳螺栓標高確定。地腳螺栓就位后，通過水準儀確定螺栓外露長度，在定位板底部加設井字托筋，井字托筋與柱主筋點焊，以此來確定螺栓標高。

5）地腳螺栓的最終定位。螺栓位置初步確定后，經緯儀找準軸線，無誤后將在定位板上部加設井字蓋筋與柱主筋點焊，并將螺栓底部用4根鋼筋連成整體與樁頭鋼筋焊接。混凝土澆筑前將上部螺栓絲扣抹黃油后包裹保護起來。

4.2 鋼柱的吊裝

鋼柱的吊裝應優先采用現場塔吊，由于施工現場的場地限制，需采用25 t汽車吊吊裝。

1）首節鋼柱安裝

鋼柱吊裝前鋼結構施工單位與土建單位做好地腳螺栓交接工作。

下部混凝土柱達到設計強度80%以上開始進行鋼柱吊裝。吊裝采用單點起吊（鋼柱的吊耳可利用鋼柱柱節連接的連接板）,把柱子根部用墊木墊高。在起吊過程中，起重機邊起鉤，邊回轉起重臂，直至把柱子吊起，底板插入預埋的地腳螺栓中。

吊裝到位后，測量標高、垂直度。標高可用地腳螺栓的螺母進行調整，軸線及垂直度的調校用兩臺經緯儀互成90度，從兩個方向同時進行。達到標準后固定地腳螺母，拉柱纜風繩。

2）中間節安裝

吊裝前在柱頂懸掛4條纜風繩,并以4個5 t倒鏈作調整用。吊裝時，將上節鋼柱柱底中心線對準下節鋼柱柱頂中心線,就位后即固定纜風繩，用2臺經緯儀同時從兩個方向進行校正。滿足要求后拉緊纜風繩并鎖緊，同時緊固連接板，開始焊接。

鋼柱安裝對接焊縫要求達到二級焊縫標準，為保證熔透焊質量，應臨時加墊片保證間隙。為減少焊接變形，采用2個焊工同時對稱施焊。焊完經外觀檢查及超聲波探傷檢查合格后方可進行下道工序。

3）上部鋼柱安裝

用塔吊或吊車吊起置于下柱上端定位工藝板上，就位后對中、校正、施焊等工序均同前所述。

最后一節鋼柱吊裝、焊接完成后，和第三層結構梁鋼筋固定。

4.3 吊裝過程中的測量控制措施

1）軸線控制

基礎節柱安裝就位后，用經緯儀將軸線投射到柱上，調整地腳螺栓及纜風繩，使之與柱的兩條垂直中心線吻合，緊固地腳螺栓并拉緊纜風繩固定鋼柱。在澆筑柱混凝土時采用對稱、逐層澆筑法，并隨時用經緯儀觀測。以后各層均用此法進行軸線的投射校正，軸線則通過樓內軸線控制網用激光經緯儀逐層傳遞。

2）標高控制

除基礎節鋼柱外，上部每節鋼柱制作時，控制鋼柱尺寸為“負值”，即比原下料尺寸小5 mm，由此而產生的柱接頭之間的縫隙及標高差，可在安裝時加鋼墊片進行調整，但鋼墊片厚度不得大于5 mm。

3）垂直偏差控制

勁性鋼柱制作時，在翼緣板上刻出翼緣板中心線(即鋼柱中心線)。安裝鋼柱時，上節鋼柱和下節鋼柱翼緣板上的中心線對齊并與軸線吻合，同時根據已安裝好的下節鋼柱和擬安裝的鋼柱可能出現的垂直偏差變換方向和數值，預留傾斜量，并在安裝焊接過程中將其抵消,以保證鋼柱垂直度符合要求。

5 混凝土澆筑

1）工程勁性混凝土澆筑采用外柱混凝土和鋼結構柱同時分段進行。

2）勁性柱混凝土澆筑方法基本同混凝土柱澆筑方法相同,澆筑前在底部鋪墊與混凝土配合比相同的砂漿。混凝土分層澆注，每層澆筑厚度為50 cm，振動棒不得觸動鋼筋，振動棒插入點要均勻，防止多振或漏振。

3）鋼結構柱內的混凝土柱分多次澆注，其中第一段鋼柱和-0.800層一起澆注，最后一段鋼柱和第三層結構梁板一起澆注。每次澆注前按要求進行施工縫的預留和剔鑿工作。

4）應認真控制混凝土的骨料粒徑和坍落度，一般粗骨料粒徑控制在25 mm以內，坍落度要求為180～200 mm 之間。

5）鋼柱內的混凝土宜采用微膨脹混凝土。

6）勁性混凝土結構外包的混凝土外殼，要滿足受力和耐火的雙重要求，澆筑時要保證其密實度，防止開裂。

7）由于鋼骨的存在使得進料口的空間變得非常狹小，澆筑混凝土時有部分空氣不易排出，為此要在一些部位預留排除空氣的孔洞和混凝土澆筑孔。

8）勁性混凝土結構的混凝土澆筑，應符合《混凝土結構工程施工質量驗收規范》的規定。

6 成品保護

1）鋼柱保護∶混凝土澆筑部位的鋼柱根部用塑料薄膜包裹覆蓋。2）柱子混凝土在拆除模板后及時澆水充分濕潤用塑料薄膜封閉保護。

7 小結

本工程采用勁性混凝土結構，通過采用所述技術措施，在規定工期內，保質保量的完成了該工程，解決了混凝土振搗不密實的難題，模板拆除后混凝土的實體質量良好。