深圳某大厦钢管混凝土柱的施工工艺

深圳*****大厦钢管混凝土柱的施工工艺[摘要]结合工程实际介绍钢管混凝土柱的施工方法，其中包括柱与梁板的接点形式，钢管柱的安装、焊接及钢管混凝土泌水、空鼓问题的控制方法。[关键词]钢管混凝土柱、垂直度控制、焊接变形、混凝土浇灌、泌水控制钢管混凝土作为钢-混凝土组合结构之一，就是在钢管中充填素混凝土制成的建筑构件。它具有承载力高、抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，因而在高层和超高层建筑中得到了日益广泛的应用。钢管混凝土柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。即管柱外部包裹钢管材料，管柱内部充填混凝土材料，因钢管壁对管内混凝土形成的刚性约束作用，防止了管内混凝土的脆性破坏。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管混凝土的基本性能和特点，并作为新型建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。在高层建筑中，钢管混凝土的特征与优势如下：1、钢管混凝土柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上；2、钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积；3、柱子截面减小，自重减小，有利于结构抗震，相当于设防烈度下降一级；4、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构之一；5、钢管混凝土柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上；6、钢管混凝土具有的核心混凝土三向受压特性，利于刚刚问世的C60～80高强度混凝土安全可靠地推广应用。由于上述各项优点，深圳*****大厦地下室设备房为了更充分地利用空间，设备房部分竖向受力结构为钢管混凝土柱，本工程位于深圳市福田区****数码城内，地下二层（局部一层），地上主楼26层，副楼8层，总建筑面积112263平方米，由深圳*****有限公司开发，广东省*****研究院设计，深圳市****建设监理有限公司监理，深圳市****建筑工程有限公司施工。钢管混凝土柱结构概况*****大厦为框剪结构，总高109m，电梯井筒体为钢筋混凝土筒体结构，其余为框架柱加局部单肢剪力墙，部分框架柱为钢管混凝土柱，分布于地下一、二层的设备房，共12根，直径为720mm，钢管壁厚14mm，采用Q235A钢板卷制，柱高均为4.5m。钢管柱的制作钢管柱要求各部件的制作、焊接尺寸、位置、标高准确。为了保证钢管柱的制作质量，钢管及各部件的制作、组焊委托工厂完成，经检验合格后再运至施工现场安装。钢管柱的现场施工3.1钢管柱与基础底板的连接柱基础设计为在混凝土底板面下300mm预埋外径1700mm、内径620mm的钢板圆环（见图1）。为保证位置、标高的准确及平整度小于2mm的要求，先在夯实平整后的地基上根据柱位和预埋环打上打8根锚筋，再浇筑混凝土垫层，在垫层上放柱位线和检查基线，然后在底板钢筋绑扎完成后，按预埋钢板做成一个稳定的支架，按垫层上放线位置直接落在垫层上并与锚线焊接牢固，再在预埋钢板上钻洞，让支架钢筋穿过孔洞，调整标高及板面平整度后，进行塞焊焊接。底板混凝土浇筑时，两侧对称浇筑，防止发生位移。图1柱梁节点及柱与基础连接示意图3.2钢管柱的现场安装钢管柱吊装设备及方法因施工总平面布置确定截吊位置时已将钢管柱的吊装要求考虑在内，因此现场吊装利用塔吊已不成问题，起吊时采用两点捆绑垂直起吊。钢管柱的安装钢管柱安装前先清理预埋钢板面，按柱安装方向划出十字线（应与柱划线方向吻合），在线上标出柱半径，焊定位板。安装时，调整柱身划线与预埋钢板划线重合，柱外皮与柱半径标点重合后，塞紧定位板。利用顶拉杆调整垂直度，顶拉杆一端焊于预埋钢板上，一端焊于柱身钢管上。垂直度调整好后，将柱脚与肋板焊牢。钢管柱现场对接地下一、二层钢管柱为同径连接。按现场施工条件，确定每个楼层作为一个组合件进行对接。钢管混凝土柱与梁连接采用暗牛腿，与密肋梁板连接采用节点筋板(见图2)，暗牛腿部位内设衬板，外焊加强环(见图1)，上下节钢管连接处设内衬加强管，内衬管内焊丁字形肋板，使管壁与管内混凝土共同受力。吊装时将吊起的上节柱按母线位置缓慢地插入下节柱内衬管上，上下线稍有偏移时，可采用特制厚钢板抱箍钳调整。上节柱插入内衬管过程中，由于内衬管与钢管内壁局部存在摩擦，导致就位困难，可在上下柱接口处设顶拉杆，相互垂直方向各设1根，待顶拉到位后，再利用顶拉杆调整垂直度。符合要求后，焊接防变形卡板。卡板对称设4块，然后进行钢管对接焊施工，防变形卡板和顶拉杆（见图3）在对接焊完成后拆除，并将其焊点打磨平整。图2柱板节点示意图图3顶拉杆及防变形卡板示意图钢管柱的垂直度控制用2台经纬仪在相互垂直的两个方向观测。为方便观测，先行安装角部钢管柱。观测时，经纬仪对中于柱轴线，十字竖丝对准柱脚处柱外边线点，观测者由柱脚从下向上观测柱身母线，同时指挥安装人员调整顶拉杆，直至柱顶母线与经纬竖丝重合。另外，对接环缝焊接好后，卸去卡板，对柱身垂直进行复核，并做好垂直度偏差值记录，以便下次安装调整，防止出现累积误差。

钢管柱对接焊施工现场对接焊采用人工焊，接口焊缝设计为熔透二级焊缝，分次焊满。因焊接过程中，易产生较大的焊接残余变形而导致垂直度偏差因此，采取措施如下：

(1)每根柱从下至上固定焊工，以明确责任；

(2)对称施焊，即分段反向对称顺序进行施焊；

(3)严格控制同类型焊机及焊接电流等参数；

(4)对接前根据上节柱安装偏差值，计算后在管口实行机械打磨，保持焊缝间隙基本一致；

(5)增设防变形卡板。

4、钢管柱安装质量控制4.1按设计图纸绘出柱位图，并按顺序编号，核对土建图纸，确定每根柱的节点标高和节点做法，然后制订工艺方案及焊接工艺规程，指导施工。

4.2对Ⅱ级焊缝进行50%超声波无损探伤，不符合要求即进行返修，同一部位返修不宜超过3次。焊角高度必须满足焊接工艺卡规定要求，雨天严禁施焊。

4.3焊工必须有岗位操作证并具丰富的钢结构焊接施工经验，施工中建立焊接记录卡，焊接柱与焊工编号相对应。

4.4加工好的钢管柱运达现场后，进行尺寸、外观2次检验，符合要求方可安装。

4.5钢管柱安装允许偏差：(1)立柱中心线偏差±5mm；(2)各立柱不垂直度L/1000；(3)立柱顶面标高+0、-20mm；(4)立柱顶面不平度±5mm。5钢管柱混凝土施工钢管柱混凝土设计强度等级为C35商品混凝土。钢管柱混凝土的浇筑采用立式手工浇捣法，振捣采用插入式加长振捣棒。5.1钢管混凝土施工缝处理施工缝设置在距钢管上端口30cm处，每次浇混凝土前铺设2cm厚与混凝土等强的砂浆层，混凝土浇至管顶清除浮浆层至坚硬混凝土面加盖养护。

5.2钢管混凝土泌水空鼓现象的处理

泌水：钢管的密闭性使混凝土中水分无法析出，加上振捣棒在狭小管内振捣，粗骨料相对下沉，砂浆上浮，混凝土中多余水分上浮至管顶，在管顶形成砂浆层和泌水层。施工初期，水层最大达15cm。

空鼓：混凝土在硬化过程中的收缩导致管壁与混凝土粘结不紧密。

针对以上问题，我们对钢管混凝土施工的各个环节进行分析，并采取如下措施。

(1)会同业主、设计、监理、商品混凝土供应厂家对混凝土的技术性能进行明确。(2)严格控制碎石级配，钢管混凝土所有碎石必须是0.5～4cm连续级配。

(3)调整配合比，确定水灰比不大于0.4，坍落度为20mm。在混凝土中掺入12%UEA膨胀剂配制成补偿收缩混凝土，并掺入NF高效减水剂，增强混凝土的粘聚性与和易性，减小用水量。

(4)一次投料振捣高度不超过1.5m，用混凝土体积控制高度。振捣时间以混凝土面无气泡泛出为准，设专人监控。

经过这些措施的施行，我们消除了浇捣过程中出现的泌水现象，管顶浮浆也得到了很好的控制。

对于空鼓，我们在后期的检查中发现，经过调整配合比、控制振捣方法后避免了空鼓现象。对可能空鼓处进行钻孔观察，根本