高層建筑鋼管混凝土柱施工技術要點淺析

鄭　偉河南省第一建筑工程集團有限責任公司（450009）

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高層建筑鋼管混凝土柱施工技術要點淺析

鄭偉
河南省第一建筑工程集團有限責任公司（450009）

摘要：介紹了鋼管混凝土柱在高層建筑中的應用，分析了工藝流程、操作要點、質量控制、安全控制和環保控制措施，可以給同類工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：高層建筑；鋼管混凝土柱；工藝流程；操作要點；質量控制；安全控制；環保控制

鋼管混凝土柱是利用鋼牛腿、梁鋼筋、節點環板的傳力方式，配以雙向密肋梁模殼樓蓋、肋型樓蓋或其他形式樓蓋，形成鋼管混凝土板柱或梁板柱結構，充分發揮了鋼管柱的優勢，因而逐步被推廣應用于高層建筑工程中。它兼有鋼結構和混凝土結構的優越性能，充分利用了混凝土受壓性能好和鋼管韌性、塑性好的優點，使管內混凝土受三向約束，充分發揮了混凝土的作用，提高了結構構件的承載能力、抗震能力，與鋼筋混凝土柱比較，減小了柱子截面面積，增大了建筑使用面積。

1　工藝流程

原材料檢驗→鋼管制作→鋼管組焊→鋼管柱吊裝→就位校正→接長焊接→模板鋼筋安裝→梁柱節點焊接→混凝土澆筑。

2　施工操作要點

2.1鋼管及部件制作

1）下料：下料前，先通過試焊確定鋼板對接焊縫收縮余量，在下料時一并考慮，根據鋼管展開尺寸在鋼板上劃線，用自動氣割機切割并坡口，節點部件要制作樣板，經檢驗評定合格后按樣板分塊尺寸劃線下料，所有部件切割后，應及時清除割渣并矯正氣割變形。2）鋼板卷圓：將壓好邊的鋼板放在卷板機上進行卷圓，卷圓過程中，卷管方向應與鋼板壓延方向一致，并嚴格控制鋼管的橢圓度、焊縫間隙及錯邊量等。3）焊前準備：鋼管組焊時的縱、環縫，現場對接焊縫、節點連接焊縫應進行焊接工藝評定，確定焊接工藝流程。4）鋼管焊接：鋼管縱、環縫，現場焊縫等焊縫質量等級應滿足設計要求，并按《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205進行驗收。鋼管縱、環縫采用埋弧自動焊，先在鋼管外部進行人工封口焊，再按先里后外的順序各焊一道。

2.2節點部件連接

在鋼管上劃出鋼牛腿、節點板等的位置線，把所有連接部件按標高、方位先點焊固定，復檢后施焊。內襯管先焊丁字型肋板，再將襯管與鋼管焊接，牛腿部位管內節點先組焊，再推入管內與鋼管焊接。

2.3鋼管柱與基礎底板的連接

預先將環形受剪箍、加強環、勒腳分別和鋼管焊接，在澆筑完基礎墊層混凝土，綁扎完底板下排鋼筋后，按彈設于墊層面上的控制線安裝鋼管柱。在澆筑底板混凝土時應對稱澆筑，防止鋼管柱或預埋鋼板位移。

2.4鋼管柱現場安裝

1）鋼管柱吊裝：鋼管柱吊裝可利用現場塔吊，進行施工組織設計時應考慮安裝最遠端鋼管柱時塔吊的臂長及起重能力能否滿足吊裝要求。鋼管柱吊裝采用二點對稱捆綁垂直起吊，鋼絲繩綁點設于柱最上一個節點下部，起吊時注意保護節點部件，鋼管柱固定牢固后方可解除吊索。2）第一節鋼管柱的安裝：在預埋鋼板上彈出鋼管柱安裝十字控制線，劃出柱外皮控制點。鋼管柱吊裝前在柱頂部平分圓周位置預先栓置4條鋼絲繩，鋼管柱吊起調整至柱身控制線與十字控制線基本吻合后下落，調整就位并臨時固定，在鋼管兩側呈90°位置架設二臺經緯儀，同時觀測鋼管柱身的二條控制母線，通過調節設置在鋼絲繩中間的法蘭螺栓，校正垂直度。3）同徑鋼管柱的連接、定位、調整：將吊起的上節柱按劃線位置緩慢插入下節柱內襯管，角度調整用特制抱箍鉗。上節柱插入內襯管時由于襯管外壁與上節鋼管柱內壁局部存在磨擦，就位較困難，可在上下柱接口處設頂拉桿，一方面幫助就位，另一方面校正柱身垂直度，還可起到臨時固定作用。垂直度校正好后，在鋼管柱四側焊接防變形卡板，以減小焊接變形。對接焊完成后，割除防變形卡板等臨時構件，并將臨時固定焊縫打磨平整。4）垂直度觀測：在安裝鋼管柱時應在兩個垂直方向架設二臺經緯儀，同時觀測柱的兩條控制母線，指揮操作人員校正鋼管柱的垂直度。隨著建筑物高度增加及平面形狀、尺寸的限制，用于垂直觀測的經緯儀只能放在安裝層的樓板上，部分柱觀測的角度、距離受到不同程度的影響，因此應將經緯儀架立在盡可能遠離被觀測柱的位置，使觀測的水平距離達到最大；同時要合理安排安裝順序，先難后易，避免因已安裝鋼管柱的阻擋而影響觀測。

2.5鋼管混凝土施工

鋼管混凝土的澆筑采用高位拋落法。要求混凝土必須要有較大的坍落度，否則極易產生管壁與混凝土粘結不緊密等質量缺陷。混凝土由管口傾入，利用自重力使混凝土密實，不用振搗，拋落高度應不小于4 m。每次澆筑混凝土應前先澆一層厚度150 mm左右與混凝土等級相同的水泥砂漿，以免自由下落的混凝土粗骨料產生彈跳現象。集料斗架設在管口中央并保持垂直，泵送混凝土至料斗，當料斗集滿混凝土后，開啟料斗封底板使混凝土一次性自由拋落，并利用混凝土下落時產生的動能振實混凝土。

混凝土澆筑宜連續進行，必須間歇時，間歇時間不應超過混凝土的初凝時間。每段鋼管柱的混凝土，只澆筑到離鋼管頂端500 mm處，以防焊接高溫影響混凝土的質量。鋼管柱到頂收頭時，混凝土澆至距管頂300 mm左右，焊接中間留孔的封頂板，待混凝土強度達設計值的50％后，用同強度等級細石混凝土填滿，最后封焊封頂板孔。

3　主要施工材料與設備

3.1主要施工材料

3.1.1鋼管、鋼板

委托工廠生產的鋼管應按方案確定的一次安裝高度進行加工，但最長不得超過12 m，成品鋼管或卷制鋼管壁厚應符合設計要求，鋼管可用焊接管、螺旋管和無縫管，管內不得有油漬和污物，出廠時應具有質量合格證明。卷制鋼管可用Q235鋼或16Mn鋼，鋼板表面不得有結疤、裂紋、折疊、嚴重銹蝕，不得使用受過沖擊的鋼板，鋼板必須有出廠合格證或機械力學性能試驗報告。

3.1.2焊接材料

焊接材料的選用可根據母材的性能、工件的性能、結構特點、工藝設備等綜合考慮。各類焊條必須保存在通風良好、干燥的庫房內。庫內溫度不低于5℃，相對空氣濕度小于60％，使用前應烘干。

3.1.3混凝土

鋼管混凝土強度等級不宜低于C30，所用粗骨料應為粒徑不大于4 cm的連續級配石料，不得使用針片狀、石屑含量高于15％的碎石，砂應選用中砂，各種外加劑進場后應進行性能檢驗，合格后使用。

3.2主要施工機具設備

卷板機、埋弧自動焊機、交直流焊機、自動切割機、焊條烘干箱、焊劑烘干箱、吊車、磨光機、超聲波探測儀、經緯儀、水準儀。

4　質量控制措施

4.1質量控制標準

嚴格按《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ 81和《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205中相應的規定施工。

4.2質量保證措施

1）進行手工電弧焊時當風速大于5 m/s，進行氣體保護焊時當風速大于2 m/s，均應采取防風措施方能施焊。2）Ⅰ、Ⅱ級焊縫，必須進行超聲波探傷，如發現超標現象，分析原因后再進行返修，同一部位返修次數不得超過2次，對經過2次返修仍不合格的焊縫，應會同設計或有關部門研究處理。3）焊縫表面不得有氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，咬邊深度不得大于0.5 mm且不大于0.1 t（t為連接處較薄的板厚），長度不大于總長的10％，連續長度不大于100 mm，焊腳高度必須滿足焊接工藝卡規定要求。4）鋼管混凝土強度等級必須達到設計要求，管內混凝土應密實。

5　安全控制措施

1）機械設備、電動工具等必須有可靠的接地接零和漏電保護裝置。2）機械設備采用掛牌負責制，配備維修保養人員，特殊工種應持證上崗。3）在鋼管內的焊接人員應戴防毒面具，并從一端向另一端送風。4）鋼管柱吊裝時由信號員專人指揮，保證聯絡通暢，指揮及時準確。5）經常檢查吊具吊索的安全狀態，在鋼管柱臨時固定完成前不得松開吊鉤，風速超過5級以上不得吊裝。6）進入現場應正確佩戴好安全帽，焊工操作時應佩戴防護面具和電焊手套，高空作業應系好安全帶。

6　環保控制措施

1）安裝鋼管柱時，不得大力隨意敲擊鋼管柱，盡量減少噪音的產生。2）多臺焊機在一起集中施焊時，應設隔光板。3）施焊場地周圍應清除易燃易爆物品，或進行覆蓋、隔離。4）焊接作業后應及時收集焊渣等廢棄物，保持施工作業面整潔，做到工完場清。5）工作結束，應切斷焊機電源并檢查操作地點，確認無起火危險后，方可離開。