多高层建筑钢管混凝土柱施工工法

1、PAGE PAGE 19多（高）层建筑钢管混凝土柱施工工法工法编号：RJGF(闽)S12010完成单位：中建七局第三建筑有限公司主要完成人人：张书书锋 陈霞 王耀1 前言言钢管混凝土土柱是近近年来研研究应用用的多元元化结构构形式之之一，成成功的应应用被越越来越多多的建筑筑界专家家所瞩目目。它利利用钢牛牛腿、梁梁钢筋、节节点环板板的传力力方式，配配以双向向密肋梁梁模壳楼楼盖、肋肋型楼盖盖或其他他形式楼楼盖，形形成钢管管混凝土土板柱或或梁板柱柱结构，充充分发挥挥了钢管管柱的优优势，因因而逐步步被推广广应用于于建筑工工程中。本本工法中中混凝土土底部顶顶升法施施工采用用的钢管管柱柱芯芯混凝土土顶升进进

2、料装置置已获得得国家专专利（申申请号/专利号号：2000720000779800）。2 特点点2.0.11钢管混混凝土柱柱是在圆圆形钢管管内浇灌灌混凝土土形成的的组合结结构构件件，是套套箍混凝凝土的一一种特定定形式，兼兼有钢结结构和混混凝土结结构的优优越性能能，充分分利用了了混凝土土受压性性能好和和钢管韧韧性、塑塑性好的的优点，使使管内混混凝土受受三向约约束，充充分发挥挥了混凝凝土的作作用，提提高了结结构构件件的承载载能力、抗抗震能力力，与钢钢筋混凝凝土柱比比较，减减小了柱柱子截面面面积，增增大了建建筑使用用面积。2.0.22钢管混混凝土柱柱的钢管管适合机机械化施施工，钢钢管在工厂加加工完毕毕

3、后运送送至现场场即可直直接吊装装对接，施施工现场场仅存在在钢管对对接焊和和连接节节点焊接接，柱芯芯混凝土土采用泵泵送或其其他形式式一次浇浇注23个楼层层。减少少了钢筋混混凝土柱柱的重复复工作次次数，节节省了模模板，降降低了劳劳动强度度，缩短短了工期期。3 适用用范围本工法适用用于现浇浇混凝土楼楼面的多多层、高高层钢管管混凝土土柱结构构工程。4 工艺艺原理在成品钢管管或用钢钢板卷圆圆对接的的钢管上上焊接梁梁板节点点部件，检检验合格格后运至至现场吊吊装对接接，支设设梁板模模板，安安装梁、板板钢筋、浇浇灌楼面面及钢管管内混凝凝土。它它的节点点传力方方式有两两种：第第一种在在楼层梁梁柱结合合部的钢钢管

4、上焊焊接节点点环板，通通过柱侧侧钢筋混混凝土连连续双梁梁或变宽宽度梁，环环板将楼楼层荷载载传递至至钢管混混凝土柱柱身（图图4-a），此种种构造适适用于楼楼层为密密肋梁平平板结构构；第二二种是在在梁柱结结合部的的钢管上上焊接钢钢牛腿，并并在梁位位钢管外外侧设加加强环，管管内设加加强肋板板，梁主主筋直接接与钢牛牛腿焊接接（图4-b），此种种构造适适用主次次梁楼层层结构。图4 节节点构造造图5 施工工工艺流流程及操操作要点点5.1 工艺流流程（见见图5.1）原材料检验原材料检验钢 管 制 作连接部件制作钢 管 组 焊超声波焊缝检验进 场 验 收钢管柱吊装就位、校正基础预埋件预埋件复核钢管接长对接焊超

5、声波焊缝检验梁板节点焊接浇灌混凝土楼板模板安装梁钢筋安装图5.1 施工工艺流程图图5.1 施工工艺流程图5.2 操操作要点点5.2.11钢管及及部件制制作成品钢管要要有质量量合格证证，并按按规定进进行规格格、尺寸寸以及外外观等项项目检查查验收。下下面仅对对钢板卷卷制钢管管进行叙叙述。1下料：下料前，先先通过试试焊确定定钢板对接焊焊缝收缩缩余量，在在下料时时一并考考虑，根根据钢管管展开尺尺寸在钢钢板上划划线，用用自动气气割机切切割并坡坡口，坡坡口宜采采用V型坡口口，钢管现现场对接接端采用用外坡口口，其余余为内坡坡口，坡坡口角度度605。节点点部件要要制作样样板，经经检验评评定合格格后按样样板分块

6、块尺寸划划线下料料，所有有部件切切割后，应应及时清清除割渣渣并矫正正气割变变形。2钢板卷圆圆：将压好边的的钢板放放在卷板板机上进进行卷圆圆，卷圆圆过程中中，卷管管方向应应与钢板板压延方方向一致致，并严严格控制制钢管的的椭圆度度、焊缝缝间隙及及错边量量等。3焊前准备备：钢管组焊时时的纵、环环缝，现现场对接接焊缝、节节点连接接焊缝应应进行焊焊接工艺艺评定，确确定焊接接工艺流流程。焊接前应编编制如下下文件：焊接工工艺指导导书，焊接工工艺评定定。通过过焊接工工艺评定定确定焊焊接的焊焊条、焊焊丝、焊焊剂及焊焊接技术术参数(焊接电电流、电电压、焊焊接顺序序、焊接接方法等等)，并填写焊焊接工艺艺卡。4钢管焊

7、接接：钢管纵、环环缝，现场焊焊缝等焊焊缝质量量等级应应满足设设计要求求，并按按钢结结构工程程施工质质量验收收规范GB5502005-220011进行验验收。钢管纵纵、环缝缝采用埋埋弧自动动焊，先先在钢管管外部进进行人工工封口焊焊，再按按先里后后外的顺顺序各焊焊一道。5钢管柱组组焊：每节钢管柱柱的长度度可按23个楼层层的高度度加上伸伸出楼板板面4000mmm10000mmm(设计确确定)考虑，但但一般不不超过112m。组组对时上上、下相相邻两条条纵缝应应错开5500mmm以上上。把钢钢管放在在托轮架架上，在在钢管上上划出O、90、1800、2700四根基准准线，作作为以后后组装的的基准线线，划线

8、时时全盘考考虑钢管管柱及连连接节点点部件的的位置、方方向，便便于现场场组对及及垂直度度观测。钢钢管柱组组对好后后按5.2.11-4方法法焊接。5.2.22节点部部件连接接在钢管上划划出钢牛牛腿、节节点板等等的位置置线，把把所有连连接部件件按标高高、方位位先点焊焊固定，复复检后施施焊。内内衬管先先焊丁字字型肋板板，再将将衬管与与钢管焊焊接，牛牛腿部位位管内节节点先组组焊，再再推入管管内与钢钢管焊接接。5.2.33钢管柱柱与基础础底板的的连接 连连接方式式有二种种：一种形形式是将将钢管柱伸伸入底板板落于工工程桩上上即桩承承式，此此种形式式预先将将环形受受剪箍、加加强环、勒勒脚分别别和钢管管焊接，在

9、在浇筑完完基础垫垫层混凝凝土，绑绑扎完底底板下排排钢筋后后，按弹弹设于垫垫层面上上的控制制线安装装钢管柱柱（图5.22.3-a）。第二二种形式是将将预埋钢钢板下落落一个勒勒脚高度度，底板板混凝土土浇筑完完毕后再再安装钢钢管柱，即即预埋板板式（图图5.22.3-b），此种种形式应应预先制制作钢筋筋支架，用用精密水水准仪调调整标高高后，按按垫层平平面控制制线摆放放预埋板板，复核核校正后后焊接固固定，底底板混凝凝土浇筑筑完毕后后再安装装钢管柱柱。两种种方式在在浇筑底底板混凝凝土时均均应对称称浇筑，防防止钢管管柱或预预埋钢板板位移。另另外在建建筑层数数不多，荷荷载不大大的情况况下，也也可采用用插入式式

10、（图5.22.3-c），插入入式连接接应注意意验算钢钢管柱与与基础连连接面的的局部受受压强度度。图5.2.3 柱与基基础连接接5.2.44钢管柱柱现场安安装1钢管柱吊吊装：钢管柱吊装装可利用用现场塔塔吊，进进行施工工组织设设计时应应考虑安安装最远端端钢管柱柱时塔吊吊的臂长长及起重重能力能能否满足足吊装要要求。钢钢管柱吊吊装采用用二点对对称捆绑绑垂直起起吊，钢钢丝绳绑绑点设于于柱最上上一个节节点下部部，起吊吊时注意意保护节节点部件件，钢管管柱固定定牢固后后方可解解除吊索索。2第一节钢钢管柱的的安装：在桩顶(垫垫层)或预埋埋钢板上上弹出钢钢管柱安安装十字字控制线线，划出出柱外皮皮控制点点。钢管管柱

11、吊装装前在柱柱顶部平平分圆周周位置预预先栓置置4条钢丝丝绳，钢钢管柱吊吊起调整整至柱身控制制线与十十字控制制线基本本吻合后后下落，调调整就位位并临时时固定，在在钢管两两侧呈990位置架设设二台经经纬仪，同同时观测测钢管柱柱身的二条条控制母线线，通过过调节设置置在钢丝丝绳中间间的法兰兰螺栓，校校正垂直直度。3同径钢管管柱的连连接、定定位、调调整：将吊起的上上节柱按按划线位位置缓慢慢插入下下节柱内内衬管，角角度调整整用特制制抱箍钳钳。上节节柱插入入内衬管管时由于于衬管外外壁与上上节钢管管柱内壁壁局部存存在磨擦擦，就位位较困难难，可在在上下柱柱接口处处设顶拉拉杆（图图5.22.4-1-aa），一方方

12、面帮助助就位，另另一方面面校正柱柱身垂直直度，还还可起到到临时固固定作用用。垂直直度校正正好后，在在钢管柱柱四侧焊焊接防变变形卡板板（图5.22.4-1-bb），以减小焊焊接变形形。对接接焊完成成后，割割除防变变形卡板板等临时时构件，并并将临时时固定焊焊缝打磨图5.2.4-1 同径钢管连接图4异径钢管管的连接接、定位位、调整整：图5.2.4-1 同径钢管连接图5.2.4-2 异径钢管连接图异径钢管的的连接采采用变径径加强环环（图5.22.4-2-aa）或法兰兰盘螺栓栓连接（图5.22.4-2-bb），加强强环连接接施工顺顺序为：将变径径加强环环、柱脚脚分别与与小直径径钢管焊焊接，利利用定型型样

13、板，依依照变径径加强环环肋板的的位置，在在大直径径钢管上上割缺口口，再吊吊装小直直径钢管管，将变变径加强强环下部部榫管插插入大直直径钢管管内，然然后进行行小直径径钢管的的垂直找找正，最最后大直直径钢管管与变径径加强环环焊接，小小直径钢钢管的垂垂直找正正与同径径钢管基基本相同同，唯一一区别是是顶拉杆杆上端连连接于变变径加强强环。小小直径钢钢管的平平面位置置微调采采用钢楔楔楔入的的方法进进行调整整。法兰兰盘连接接先将勒勒脚、上上法兰与与小直径径钢管焊焊接，下下法兰片片与大直直径钢管管焊接，最最后上下下法兰片片用螺栓5.2.4-2 异径钢管连接图5垂直度观观测：在安装钢管管柱时应应在两个个垂直方方向

14、架设设二台经经纬仪，同同时观测测柱的两两条控制制母线，指指挥操作作人员校校正钢管管柱的垂垂直度。随随着建筑筑物高度度增加及及平面形形状、尺尺寸的限限制，用用于垂直直观测的的经纬仪仪只能放放在安装装层的楼楼板上，部部分柱观观测的角角度、距距离受到到不同程程度的影影响，因因此应将将经纬仪仪架立在在尽可能能远离被被观测柱柱的位置置，使观观测的水水平距离离达到最最大；同同时要合合理安排排安装顺顺序，先先难后易易，避免免因已安安装钢管管柱的阻阻挡而影影响观测测。垂直度观测测若采用用垂直度度校准仪仪，对钢钢管柱安安装顺序序可不作作要求，将将垂校仪仪直接安安装在钢钢管柱上上，用顶顶拉杆调调整垂直直度。6钢管

15、柱对对接焊残残余应变变对垂直直度影响响的处理理方法：现场钢管对对接焊采采取的是是人工焊焊接，不不可避免免地产生生焊接残残余应变变，可通通过以下下几个方方面进行行控制：1)采用对对称分层层分段焊焊接，分分层厚度度、分段段长度、焊焊接速度度等选用用的焊接接参数均均应相同同；2)通过验验证：焊焊缝间隙隙大小和和变形大大小成正正比。因因此安装装前事先先测定上上节柱的的偏差值值，根据据计算在在管口实实行机械械打磨，使使焊缝间间隙保持持基本一一致；3)设置防防变形卡卡板限制制变形；4)对实际际存在且且已无法法更改的的偏差进进行火焰焰矫正。矫矫正加热热方法一一般采用用线状加加热或三三角形加加热，根根据偏差差

16、大小选选择，烘烘烤温度度不大于于7500C，烘烤烤位置在在焊缝上上方5000mmm，宽度度不超过过10倍板厚厚。5.2.55钢管混混凝土施施工钢管混凝土土的浇灌灌方法有有三种，即底部顶升法、高位抛落法和立式浇捣法。混凝土的输送方式有泵送和现场搅拌塔吊运输等。采用底部顶升法和高位抛落法的要求混凝土必须要有较大的坍落度，否则极易产生管壁与混凝土粘结不紧密等质量缺陷。立式浇捣法由于振动棒振捣等因素，管顶容易产生泌水层和砂浆层。因此，应通过试验在钢管混凝土中掺入微膨胀剂和高效减水剂等，配制成补偿收缩混凝土，使之既满足施工工艺要求，又满足钢管混凝土柱对混凝土的特定要求。1底部顶升升法：底部顶升法法是在钢

17、钢管柱底底部开孔孔，设置置与混凝凝土泵管管连接、堵口的装装置，由由混凝土土高压输输送泵将将混凝土土压入钢钢管柱内内，混凝凝土由下下至上顶顶升至管管顶后，压压下堵口口挡板，停停止混凝凝土供应应。当混混凝土强强度达设设计强度度的500%时，拆拆除连接接装置，将孔口口补焊封封堵。操作要点：1)浇筑前前，要计计算好单单根柱混混凝土量量，待所所需混凝凝土运送送到施工工现场后后方可进进行顶升升（从混混凝土拌拌合至开开始顶升升的时间间应控制制在混凝凝土初凝凝前），防防止混凝凝土在运运输过程程中耽搁搁造成顶顶升中断断。同时时，及时时做好混混凝土坍坍落度及及坍落扩扩展度的的检测。2)在混凝凝土输送送管与截截止阀

18、连连接前，用用泵送砂砂浆润滑滑输送管管道，并并把该部部分砂浆浆清除干干净后再再进行柱柱芯混凝凝土的浇浇筑。3)混凝土土顶升至至柱顶后后，应及及时停泵泵，并进进行数次次回抽，若若柱顶混混凝土面面无明显显回落，方方可拆除除混凝土土输送管管。4)浇筑完完毕30mmin后，观观察柱顶顶混凝土土有无回回落下沉沉，若有有下沉，则则用人工工补浇柱柱顶混凝凝土。2高位抛落落法：混凝土由管管口倾入入，利用用自重力力使混凝凝土密实实，不用用振捣，抛抛落高度度应不小小于4mm，一次次抛落混混凝土量量宜在00.7mm30.9m3左右，料料斗的下下口尺寸寸应比钢钢管直径径小1000mmm2000mm。该该方法适适用于大

19、大直径钢钢管柱。操作要点：1)每次浇浇灌混凝凝土前先先浇一层层厚度1150mmm左右右与混凝凝土等级级相同的的水泥砂砂浆，以以免自由由下落的的混凝土土粗骨料料产生弹弹跳现象象。2)集料斗斗架设在在管口中中央并保保持垂直直，泵送送混凝土土至料斗斗，当料料斗集满满混凝土土后，开开启料斗斗封底板板使混凝凝土一次次性自由由抛落，并并利用混混凝土下下落时产产生的动动能振实实混凝土土。3)重复上上述动作作直至完完成该管管混凝土土的灌注注。施工工过程中中由专职职检验人人员用小小锤敲击击管壁，听听声音鉴鉴定混凝凝土的密密实。3立式浇捣捣法：混凝土由管管口倾入入，用内内部加长长振动器器振捣，混凝土一次浇筑高度不

20、宜大于1.5m，每次振动时间以混凝土面无气泡泛出并不少于30秒为准，管径小于350mm者采用附着式振动器振捣，振捣时间不小于1分钟，一次浇灌高度不大于振动器的有效工作范围。立式浇捣法混凝土水灰比不宜大于O.4，坍落度不宜大于40mm，混凝土浇至管顶后应清除浮浆层。4混凝土浇浇筑宜连连续进行行，必须须间歇时时，间歇歇时间不不应超过过混凝土土的初凝凝时间。每段钢管柱的混凝土，只浇筑到离钢管顶端 500mm 处，以防焊接高温影响混凝土的质量。钢管柱到顶收头时，混凝土浇至距管顶300mm左右，焊接中间留孔的封顶板，待混凝土强度达设计值的50%后，用同强度等级细石混凝土填满，最后封焊封顶板孔。5.3 劳

21、劳动力组组织操作人员必必须有岗岗位操作作合格证证，并且且具有一一定的钢钢结构施施工经验验，施工工前应进进行详细细的技术术安全交交底，明明确岗位位职责，劳劳动力组组织情况况见表5.3。表5.3 劳动力力组织情情况序号工 种人数加工制作阶阶段1冷作工152电焊工103电 工14起重工25探伤工2现场安装阶阶段1电焊工42电 工13起重工24机械工35探伤工26协调联络员员1混凝土浇筑筑1振捣工22机械工23普 工86 材料料与设备备6.1 材材料6.1.11钢管、钢钢板委托工厂生生产的钢钢管应按按方案确确定的一一次安装装高度进进行加工工，但最最长不得得超过112m，成成品钢管管或卷制制钢管壁壁厚应

22、符符合设计计要求，钢钢管可用用焊接管管、螺旋旋管和无无缝管，管管内不得得有油渍渍和污物物，出厂厂时应具具有质量量合格证证明。卷卷制钢管管可用QQ2355钢或16MMn钢，钢钢板表面面不得有有结疤、裂裂纹、折折叠、严严重锈蚀蚀，不得得使用受受过冲击击的钢板板，钢板板必须有有出厂合合格证或或机械力力学性能能试验报报告。6.1.22焊接材材料焊接材料的的选用可可根据母母材的性性能、工工件的性性能、结结构特点点、工艺艺设备等等综合考考虑。各各类焊条条必须保保存在通通风良好好、干燥燥的库房房内。库库内温度度不低于于5，相对对空气湿湿度小于于60%，使用用前应烘烘干。6.1.33混凝土土钢管混凝土土强度等

23、等级不宜宜低于C30，所用用粗骨料料应为粒粒径不大大于4cmm的连续续级配石石料，不不得使用用针片状状、石屑屑含量高高于15%的碎石，砂砂应选用用中砂，各各种外加加剂进场场后应进进行性能能检验，合合格后使使用。6.2设备备机具配备见见表6.22。表6.2 机具具配备一一览表序号机具名称数量（台）备注1卷板机12埋弧自动焊焊机13交直流焊机机4/组根据方案确确定4自动切割机机25焊条烘干箱箱16焊剂烘干箱箱17吊车18塔吊19磨光机510超声波探测测仪111经纬仪212水准仪113托轮架414混凝土输送送泵根据混凝土土浇灌方方式选择择7 质量量控制7.1 质质量控制制标准7.1.11严格按按高强

24、强混凝土土结构技技术规程程CECCS1004：99，建建筑钢结结构焊接接技术规规程JJGJ88120002，钢结结构工程程施工质质量验收收规范GB5502005-220011中相应的的规定施施工。7.1.22焊接坡坡口允许许偏差见见表7.00.2-1，钢管构构件外形形尺寸允允许偏差差见表7.00.2-2，钢管柱柱安装允允许偏差差见表7.00.2-3。表7.0.2-11 焊接坡坡口允许许偏差（单单位：mm）坡口名称焊接方法板厚()钝边(a)内侧间隙(b)坡口角度()坡口形式V型坡口手工焊68111170551026621216055自动焊1622271016055表7.0.2-22 钢管构构件外

25、形形尺寸允允许偏差差（单位位：mm）项 目允许偏差检验方法图例直 径ddd/50005.0用钢尺检查查构件长度ll3.0管口圆度d/5000且不应大于于5.00管面对管轴轴的垂直直度d/5000且不应大于于3.00用焊缝量规规检查弯曲矢高d/15000且不应大于于5.00用拉线、吊吊线和钢钢尺检查查对口错边t/10且不应大于于3.00用拉线和钢钢尺检查查表7.0.2-33 钢管柱柱安装允允许偏差差（单位位：mm）项目允许偏差检验方法立柱中心线线和基础础中心线线5用吊线和钢钢尺检查查立柱顶面标标高-20，+0用水准仪检检查立柱顶面高高度差5用拉线和钢钢尺检查查立柱垂直度度高度的1/10000，且

26、不大于110用经纬仪、吊吊线和钢钢尺检查查整体垂直度度底柱不大于于10，顶层柱不大大于35用经纬仪、吊吊线和钢钢尺检查查上下柱连接接处的错错口3用钢尺检查查7.2质量量保证措措施7.2.11进行手手工电弧弧焊时当当风速大大于5mm/s，进行行气体保保护焊时时当风速速大于22m/s，均应应采取防防风措施施方能施施焊。7.2.22、级焊缝缝，必须须进行超超声波探探伤，如如发现超超标现象象，分析析原因后后再进行行返修，同同一部位位返修次次数不得得超过2次，对经经过2次返修修仍不合合格的焊焊缝，应应会同设设计或有有关部门门研究处处理。焊焊缝表面面不得有有气孔、裂裂纹、夹夹渣等缺缺陷，咬咬边深度度不得大

27、大于0.5mmm且不大大于0.11t（t为连接接处较薄薄的板厚厚），长长度不大大于总长长的100%，连续续长度不不大于11OOmmm，焊脚高度必必须满足足焊接工工艺卡规规定要求求。钢管管混凝土土强度等等级必须须达到设设计要求求，管内内混凝土土应密实实。8 安全全措施8.0.11机械设设备、电电动工具具等必须有有可靠的的接地接接零和漏漏电保护护装置。8.0.22机械设设备采用用挂牌负负责制，配配备维修修保养人人员，特特殊工种种应持证上岗岗。8.0.33在钢管管内的焊接人员员应戴防防毒面具具，并从一端端向另一一端送风风。8.0.44钢管柱柱吊装时时由信号号员专人人指挥，保证联络通畅，指挥及时准确。8.0.55经常检检查吊具具吊索的的安全状状态，在在钢管柱柱临时固固定完成成前不得得松开吊吊钩，风风速超过过5级以上上不得吊吊装。8.0.66进入现场场应正确确佩戴好好安全帽帽，焊工工操作时时应佩戴戴防护面面具和电电焊手套套，高空空作业应应系好安安全带。9 环保保措施9.0.11安装钢钢管柱时时，不得得大力随随意敲击击钢管柱柱，尽量量减少噪噪音的产产生。9.0.22多台焊焊机在一一起集中中施焊时时，应设设隔光板板。9.0.33施焊场场