多（高）層建筑鋼管混凝土柱施工工法（12頁）

1、多（高）層建筑鋼管混凝土柱施工工法1 前言鋼管混凝土柱是近年來研究應(yīng)用的多元化結(jié)構(gòu)形式之一，成功的應(yīng)用被越來越多的建筑界專家所矚目。它利用鋼牛腿、梁鋼筋、節(jié)點環(huán)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(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了鋼管柱的優(yōu)勢，因而逐步被推廣應(yīng)用于建筑工程中。本工法中混凝土底部頂升法施工采用的鋼管柱柱芯混凝土頂升進料裝置已獲得國家專利（申請?zhí)?專利號：200720007980）。2 特點2.0.1 鋼管混凝土柱是在圓形鋼管內(nèi)澆灌混凝土形成的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是套箍混凝土的一種特定形式，兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能，充分利用了混凝土受壓性能好和鋼

2、管韌性、塑性好的優(yōu)點，使管內(nèi)混凝土受三向約束，充分發(fā)揮了混凝土的作用，提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)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。2.0.2 鋼管混凝土柱的鋼管適合機械化施工，鋼管在工廠加工完畢后運送至現(xiàn)場即可直接吊裝對接，施工現(xiàn)場僅存在鋼管對接焊和連接節(jié)點焊接，柱芯混凝土采用泵送或其他形式一次澆注23個樓層。減少了鋼筋混凝土柱的重復(fù)工作次數(shù)，節(jié)省了模板，降低了勞動強度，縮短了工期。3 適用范圍本工法適用于現(xiàn)澆混凝土樓面的多層、高層鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)工程。4 工藝原理在成品鋼管或用鋼板卷圓對接的鋼管上焊接梁板節(jié)點部件，檢驗合格后運至現(xiàn)場吊裝對接，支設(shè)梁板模板，

3、安裝梁、板鋼筋、澆灌樓面及鋼管內(nèi)混凝土。它的節(jié)點傳力方式有兩種：第一種在樓層梁柱結(jié)合部的鋼管上焊接節(jié)點環(huán)板，通過柱側(cè)鋼筋混凝土連續(xù)雙梁或變寬度梁，環(huán)板將樓層荷載傳遞至鋼管混凝土柱身（圖4-a），此種構(gòu)造適用于樓層為密肋梁平板結(jié)構(gòu)；第二種是在梁柱結(jié)合部的鋼管上焊接鋼牛腿，并在梁位鋼管外側(cè)設(shè)加強環(huán)，管內(nèi)設(shè)加強肋板，梁主筋直接與鋼牛腿焊接（圖4-b），此種構(gòu)造適用主次梁樓層結(jié)構(gòu)。(f)主次梁節(jié)點構(gòu)造剖面圖(b)連續(xù)雙梁節(jié)點構(gòu)造剖面圖(d)變寬度梁節(jié)點構(gòu)造剖面圖(e)主次梁節(jié)點構(gòu)造示意圖(c)變寬度梁節(jié)點構(gòu)造示意圖(a)連續(xù)雙梁節(jié)點構(gòu)造示意圖圖4 節(jié)點構(gòu)造圖5 施工工藝流程及操作要點5.1 工藝流程（

4、見圖5.1）原材料檢驗鋼 管 制 作連接部件制作鋼 管 組 焊超聲波焊縫檢驗進 場 驗 收鋼管柱吊裝就位、校正基礎(chǔ)預(yù)埋件預(yù)埋件復(fù)核鋼管接長對接焊超聲波焊縫檢驗梁板節(jié)點焊接澆灌混凝土樓板模板安裝梁鋼筋安裝圖5.1 施工工藝流程圖5.2 操作要點5.2.1 鋼管及部件制作成品鋼管要有質(zhì)量合格證，并按規(guī)定進行規(guī)格、尺寸以及外觀等項目檢查驗收。下面僅對鋼板卷制鋼管進行敘述。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(jù)鋼管展開尺寸在鋼板上劃線，用自動氣割機切割并坡口，坡口宜采用V型坡口，鋼管現(xiàn)場對接端采用外坡口，其余為內(nèi)坡口，坡口角度605。節(jié)點部件要制作樣板，經(jīng)檢驗評定

5、合格后按樣板分塊尺寸劃線下料，所有部件切割后，應(yīng)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(yīng)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(huán)縫，現(xiàn)場對接焊縫、節(jié)點連接焊縫應(yīng)進行焊接工藝評定，確定焊接工藝流程。焊接前應(yīng)編制如下文件：焊接工藝指導(dǎo)書，焊接工藝評定。通過焊接工藝評定確定焊接的焊條、焊絲、焊劑及焊接技術(shù)參數(shù)(焊接電流、電壓、焊接順序、焊接方法等)，并填寫焊接工藝卡。4 鋼管焊接：鋼管縱、環(huán)縫，現(xiàn)場焊縫等焊縫質(zhì)量等級應(yīng)滿足設(shè)計要求，并按鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB 50205-200

6、1進行驗收。鋼管縱、環(huán)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。5 鋼管柱組焊：每節(jié)鋼管柱的長度可按23個樓層的高度加上伸出樓板面400mm1000mm(設(shè)計確定)考慮，但一般不超過12m。組對時上、下相鄰兩條縱縫應(yīng)錯開500mm以上。把鋼管放在托輪架上，在鋼管上劃出O、90、180、270四根基準線，作為以后組裝的基準線，劃線時全盤考慮鋼管柱及連接節(jié)點部件的位置、方向，便于現(xiàn)場組對及垂直度觀測。鋼管柱組對好后按5.2.1-4方法焊接。5.2.2 節(jié)點部件連接在鋼管上劃出鋼牛腿、節(jié)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(fù)檢后施焊。內(nèi)襯管先焊丁字型

7、肋板，再將襯管與鋼管焊接，牛腿部位管內(nèi)節(jié)點先組焊，再推入管內(nèi)與鋼管焊接。5.2.3 鋼管柱與基礎(chǔ)底板的連接 連接方式有二種：一種形式是將鋼管柱伸入底板落于工程樁上即樁承式，此種形式預(yù)先將環(huán)形受剪箍、加強環(huán)、勒腳分別和鋼管焊接，在澆筑完基礎(chǔ)墊層混凝土，綁扎完底板下排鋼筋后，按彈設(shè)于墊層面上的控制線安裝鋼管柱（圖5.2.3-a）。第二種形式是將預(yù)埋鋼板下落一個勒腳高度，底板混凝土澆筑完畢后再安裝鋼管柱，即預(yù)埋板式（圖5.2.3-b），此種形式應(yīng)預(yù)先制作鋼筋支架，用精密水準儀調(diào)整標高后，按墊層平面控制線擺放預(yù)埋板，復(fù)核校正后焊接固定，底板混凝土澆筑完畢后再安裝鋼管柱。兩種方式在澆筑底板混凝土時均應(yīng)對

8、稱澆筑，防止鋼管柱或預(yù)埋鋼板位移。另外在建筑層數(shù)不多，荷載不大的情況下，也可采用插入式（圖5.2.3-c），插入式連接應(yīng)注意驗算鋼管柱與基礎(chǔ)連接面的局部受壓強度。(b)預(yù)埋板式鋼管柱安裝(a)樁承式鋼管柱安裝(c)插入式鋼管柱安裝圖5.2.3 柱與基礎(chǔ)連接5.2.4 鋼管柱現(xiàn)場安裝1 鋼管柱吊裝：鋼管柱吊裝可利用現(xiàn)場塔吊，進行施工組織設(shè)計時應(yīng)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(shè)于柱最上一個節(jié)點下部，起吊時注意保護節(jié)點部件，鋼管柱固定牢固后方可解除吊索。2 第一節(jié)鋼管柱的安裝：在樁頂(墊層)或預(yù)埋鋼板上彈出鋼管柱安裝十字控制

9、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(yù)先栓置4條鋼絲繩，鋼管柱吊起調(diào)整至柱身控制線與十字控制線基本吻合后下落，調(diào)整就位并臨時固定，在鋼管兩側(cè)呈90位置架設(shè)二臺經(jīng)緯儀，同時觀測鋼管柱身的二條控制母線，通過調(diào)節(jié)設(shè)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(diào)整：(a)頂拉桿設(shè)置示意圖(b)變形卡板設(shè)置示意圖將吊起的上節(jié)柱按劃線位置緩慢插入下節(jié)柱內(nèi)襯管，角度調(diào)整用特制抱箍鉗。上節(jié)柱插入內(nèi)襯管時由于襯管外壁與上節(jié)鋼管柱內(nèi)壁局部存在磨擦，就位較困難，可在上下柱接口處設(shè)頂拉桿（圖5.2.4-1-a），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

10、度校正好后，在鋼管柱四側(cè)焊接防變形卡板（圖5.2.4-1-b），以減小焊接變形。對接焊完成后，割除防變形卡板等臨時構(gòu)件，并將臨時固定焊縫打磨平整。圖5.2.4-1 同徑鋼管連接圖4 異徑鋼管的連接、定位、調(diào)整：(b)法蘭盤連接(a)變徑加強環(huán)連接5.2.4-2 異徑鋼管連接圖異徑鋼管的連接采用變徑加強環(huán)（圖5.2.4-2-a）或法蘭盤螺栓連接（圖5.2.4-2-b），加強環(huán)連接施工順序為：將變徑加強環(huán)、柱腳分別與小直徑鋼管焊接，利用定型樣板，依照變徑加強環(huán)肋板的位置，在大直徑鋼管上割缺口，再吊裝小直徑鋼管，將變徑加強環(huán)下部榫管插入大直徑鋼管內(nèi)，然后進行小直徑鋼管的垂直找正，最后大直徑鋼管與變徑

11、加強環(huán)焊接，小直徑鋼管的垂直找正與同徑鋼管基本相同，唯一區(qū)別是頂拉桿上端連接于變徑加強環(huán)。小直徑鋼管的平面位置微調(diào)采用鋼楔楔入的方法進行調(diào)整。法蘭盤連接先將勒腳、上法蘭與小直徑鋼管焊接，下法蘭片與大直徑鋼管焊接，最后上下法蘭片用螺栓連接。5 垂直度觀測：在安裝鋼管柱時應(yīng)在兩個垂直方向架設(shè)二臺經(jīng)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(jīng)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(yīng)將經(jīng)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

12、安裝鋼管柱的阻擋而影響觀測。垂直度觀測若采用垂直度校準儀，對鋼管柱安裝順序可不作要求，將垂校儀直接安裝在鋼管柱上，用頂拉桿調(diào)整垂直度。6 鋼管柱對接焊殘余應(yīng)變對垂直度影響的處理方法：現(xiàn)場鋼管對接焊采取的是人工焊接，不可避免地產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)變，可通過以下幾個方面進行控制：1)采用對稱分層分段焊接，分層厚度、分段長度、焊接速度等選用的焊接參數(shù)均應(yīng)相同；2)通過驗證：焊縫間隙大小和變形大小成正比。因此安裝前事先測定上節(jié)柱的偏差值，根據(jù)計算在管口實行機械打磨，使焊縫間隙保持基本一致；3)設(shè)置防變形卡板限制變形；4)對實際存在且已無法更改的偏差進行火焰矯正。矯正加熱方法一般采用線狀加熱或三角形加熱，根據(jù)

13、偏差大小選擇，烘烤溫度不大于750C，烘烤位置在焊縫上方500mm，寬度不超過10倍板厚。5.2.5 鋼管混凝土施工鋼管混凝土的澆灌方法有三種，即底部頂升法、高位拋落法和立式澆搗法?；炷恋妮斔头绞接斜盟秃同F(xiàn)場攪拌塔吊運輸?shù)?。采用底部頂升法和高位拋落法的要求混凝土必須要有較大的坍落度，否則極易產(chǎn)生管壁與混凝土粘結(jié)不緊密等質(zhì)量缺陷。立式澆搗法由于振動棒振搗等因素，管頂容易產(chǎn)生泌水層和砂漿層。因此，應(yīng)通過試驗在鋼管混凝土中摻入微膨脹劑和高效減水劑等，配制成補償收縮混凝土，使之既滿足施工工藝要求，又滿足鋼管混凝土柱對混凝土的特定要求。1 底部頂升法：底部頂升法是在鋼管柱底部開孔，設(shè)置與混凝土泵管連接

14、、堵口的裝置，由混凝土高壓輸送泵將混凝土壓入鋼管柱內(nèi)，混凝土由下至上頂升至管頂后，壓下堵口擋板，停止混凝土供應(yīng)。當混凝土強度達設(shè)計強度的50%時，拆除連接裝置，將孔口補焊封堵。操作要點：1)澆筑前，要計算好單根柱混凝土量，待所需混凝土運送到施工現(xiàn)場后方可進行頂升（從混凝土拌合至開始頂升的時間應(yīng)控制在混凝土初凝前），防止混凝土在運輸過程中耽擱造成頂升中斷。同時，及時做好混凝土坍落度及坍落擴展度的檢測。2)在混凝土輸送管與截止閥連接前，用泵送砂漿潤滑輸送管道，并把該部分砂漿清除干凈后再進行柱芯混凝土的澆筑。3)混凝土頂升至柱頂后，應(yīng)及時停泵，并進行數(shù)次回抽，若柱頂混凝土面無明顯回落，方可拆除混凝土

15、輸送管。4)澆筑完畢30min后，觀察柱頂混凝土有無回落下沉，若有下沉，則用人工補澆柱頂混凝土。2 高位拋落法：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(yīng)不小于4m，一次拋落混凝土量宜在0.7m30.9m3左右，料斗的下口尺寸應(yīng)比鋼管直徑小100mm200mm。該方法適用于大直徑鋼管柱。操作要點：1)每次澆灌混凝土前先澆一層厚度150mm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(chǎn)生彈跳現(xiàn)象。2)集料斗架設(shè)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(chǎn)生的動能振實混凝土。3)重復(fù)上述動作

16、直至完成該管混凝土的灌注。施工過程中由專職檢驗人員用小錘敲擊管壁，聽聲音鑒定混凝土的密實。3 立式澆搗法：混凝土由管口傾入，用內(nèi)部加長振動器振搗，混凝土一次澆筑高度不宜大于1.5m，每次振動時間以混凝土面無氣泡泛出并不少于30秒為準，管徑小于350mm者采用附著式振動器振搗，振搗時間不小于1分鐘，一次澆灌高度不大于振動器的有效工作范圍。立式澆搗法混凝土水灰比不宜大于O.4，坍落度不宜大于40mm，混凝土澆至管頂后應(yīng)清除浮漿層。4 混凝土澆筑宜連續(xù)進行，必須間歇時，間歇時間不應(yīng)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 500mm 處，以防焊接高溫影響混凝土的質(zhì)量。鋼管柱到頂收

17、頭時，混凝土澆至距管頂300mm左右，焊接中間留孔的封頂板，待混凝土強度達設(shè)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。5.3 勞動力組織操作人員必須有崗位操作合格證，并且具有一定的鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗，施工前應(yīng)進行詳細的技術(shù)安全交底，明確崗位職責，勞動力組織情況見表5.3。表5.3 勞動力組織情況序號工 種人數(shù)加工制作階段1冷作工152電焊工103電 工14起重工25探傷工2現(xiàn)場安裝階段1電焊工42電 工13起重工24機械工35探傷工26協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)員1混凝土澆筑1振搗工22機械工23普 工86 材料與設(shè)備6.1 材料6.1.1 鋼管、鋼板委托工廠生產(chǎn)的鋼管應(yīng)按方案確定的一次安裝高度

18、進行加工，但最長不得超過12m，成品鋼管或卷制鋼管壁厚應(yīng)符合設(shè)計要求，鋼管可用焊接管、螺旋管和無縫管，管內(nèi)不得有油漬和污物，出廠時應(yīng)具有質(zhì)量合格證明。卷制鋼管可用Q235鋼或16Mn鋼，鋼板表面不得有結(jié)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。6.1.2 焊接材料焊接材料的選用可根據(jù)母材的性能、工件的性能、結(jié)構(gòu)特點、工藝設(shè)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(nèi)。庫內(nèi)溫度不低于5，相對空氣濕度小于60%，使用前應(yīng)烘干。6.1.3 混凝土鋼管混凝土強度等級不宜低于C30，所用粗骨料應(yīng)為粒徑不大于4cm的連續(xù)級配石料，不得使用針片狀

19、、石屑含量高于15%的碎石，砂應(yīng)選用中砂，各種外加劑進場后應(yīng)進行性能檢驗，合格后使用。6.2 設(shè)備機具配備見表6.2。表6.2 機具配備一覽表序號機具名稱數(shù)量（臺）備注1卷板機12埋弧自動焊機13交直流焊機4/組根據(jù)方案確定4自動切割機25焊條烘干箱16焊劑烘干箱17吊車18塔吊19磨光機510超聲波探測儀111經(jīng)緯儀212水準儀113托輪架414混凝土輸送泵根據(jù)混凝土澆灌方式選擇7 質(zhì)量控制7.1 質(zhì)量控制標準7.1.1 嚴格按高強混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 104：99，建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程JGJ 812002，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB 50205-2001中相應(yīng)的規(guī)定施工。7.1

20、.2 焊接坡口允許偏差見表7.0.2-1，鋼管構(gòu)件外形尺寸允許偏差見表7.0.2-2，鋼管柱安裝允許偏差見表7.0.2-3。表7.0.2-1 焊接坡口允許偏差（單位：mm）坡口名稱焊接方法板厚()鈍邊(a)內(nèi)側(cè)間隙(b)坡口角度()坡口形式V型坡口手工焊68111170510262121605自動焊16227101605表7.0.2-2 鋼管構(gòu)件外形尺寸允許偏差（單位：mm）項 目允許偏差檢驗方法圖例直 徑dd/5005.0用鋼尺檢查構(gòu)件長度l3.0管口圓度d/500且不應(yīng)大于5.0管面對管軸的垂直度d/500且不應(yīng)大于3.0用焊縫量規(guī)檢查彎曲矢高d/1500且不應(yīng)大于5.0用拉線、吊線和鋼尺

21、檢查對口錯邊t/10且不應(yīng)大于3.0用拉線和鋼尺檢查表7.0.2-3 鋼管柱安裝允許偏差（單位：mm）項目允許偏差檢驗方法立柱中心線和基礎(chǔ)中心線5用吊線和鋼尺檢查立柱頂面標高-20，+0用水準儀檢查立柱頂面高度差5用拉線和鋼尺檢查立柱垂直度高度的1/1000，且不大于10用經(jīng)緯儀、吊線和鋼尺檢查整體垂直度底柱不大于10，頂層柱不大于35用經(jīng)緯儀、吊線和鋼尺檢查上下柱連接處的錯口3用鋼尺檢查7.2 質(zhì)量保證措施7.2.1 進行手工電弧焊時當風速大于5m/s，進行氣體保護焊時當風速大于2m/s，均應(yīng)采取防風措施方能施焊。7.2.2 、級焊縫，必須進行超聲波探傷，如發(fā)現(xiàn)超標現(xiàn)象，分析原因后再進行返修

22、，同一部位返修次數(shù)不得超過2次，對經(jīng)過2次返修仍不合格的焊縫，應(yīng)會同設(shè)計或有關(guān)部門研究處理。焊縫表面不得有氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，咬邊深度不得大于0.5mm且不大于0.1t（t為連接處較薄的板厚），長度不大于總長的10%，連續(xù)長度不大于1OOmm，焊腳高度必須滿足焊接工藝卡規(guī)定要求。鋼管混凝土強度等級必須達到設(shè)計要求，管內(nèi)混凝土應(yīng)密實。8 安全措施8.0.1 機械設(shè)備、電動工具等必須有可靠的接地接零和漏電保護裝置。8.0.2 機械設(shè)備采用掛牌負責制，配備維修保養(yǎng)人員，特殊工種應(yīng)持證上崗。8.0.3 在鋼管內(nèi)的焊接人員應(yīng)戴防毒面具，并從一端向另一端送風。8.0.4 鋼管柱吊裝時由信號員專人指揮，保證聯(lián)絡(luò)通暢，指揮及時準確。8.0.5 經(jīng)常檢查吊具吊索的安全狀態(tài)，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。8.0.6 進入現(xiàn)場應(yīng)正確佩戴好安全帽，焊工操作時應(yīng)佩戴防護面具和電焊手套，高空作業(yè)應(yīng)系好安全帶。9 環(huán)保措施9.0.1 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(chǎn)生。9.0.2 多臺焊機在一起集中施焊時