多高层建筑钢管混凝土柱施工工法

PAGEPAGE17多（高）层建筑钢管混凝土柱施工工法工法编号：RJGF(闽)—S1—2010完成单位：中建建七局第三建建筑有限公司司主要完成人：张张书锋陈霞王耀1前言钢管混凝土柱是是近年来研究究应用的多元元化结构形式式之一，成功功的应用被越越来越多的建建筑界专家所所瞩目。它利利用钢牛腿、梁梁钢筋、节点点环板的传力力方式，配以以双向密肋梁梁模壳楼盖、肋肋型楼盖或其其他形式楼盖盖，形成钢管管混凝土板柱柱或梁板柱结结构，充分发发挥了钢管柱柱的优势，因因而逐步被推推广应用于建建筑工程中。本本工法中混凝凝土底部顶升升法施工采用用的钢管柱柱柱芯混凝土顶顶升进料装置置已获得国家家专利（申请请号/专利号：20072200079980）。2特点2.0.1钢管管混凝土柱是是在圆形钢管内内浇灌混凝土土形成的组合合结构构件，是是套箍混凝土土的一种特定定形式，兼有有钢结构和混混凝土结构的的优越性能，充充分利用了混混凝土受压性性能好和钢管管韧性、塑性性好的优点，使使管内混凝土土受三向约束束，充分发挥挥了混凝土的的作用，提高高了结构构件件的承载能力力、抗震能力力，与钢筋混混凝土柱比较较，减小了柱柱子截面面积积，增大了建建筑使用面积积。2.0.2钢管管混凝土柱的的钢管适合机机械化施工，钢钢管在工厂加工完毕毕后运送至现现场即可直接接吊装对接，施施工现场仅存存在钢管对接接焊和连接节节点焊接，柱柱芯混凝土采采用泵送或其其他形式一次次浇注2～3个楼层。减减少了钢筋混凝土柱柱的重复工作作次数，节省省了模板，降降低了劳动强强度，缩短了了工期。3适用范围围本工法适用于现现浇混凝土楼面的的多层、高层层钢管混凝土土柱结构工程程。4工艺原理理在成品钢管或用用钢板卷圆对对接的钢管上上焊接梁板节节点部件，检检验合格后运运至现场吊装装对接，支设设梁板模板，安安装梁、板钢钢筋、浇灌楼楼面及钢管内内混凝土。它它的节点传力力方式有两种种：第一种在在楼层梁柱结结合部的钢管管上焊接节点点环板，通过过柱侧钢筋混混凝土连续双双梁或变宽度度梁，环板将将楼层荷载传传递至钢管混混凝土柱身（图4-a），此种构造适用于楼层为密肋梁平板结构；第二种是在梁柱结合部的钢管上焊接钢牛腿，并在梁位钢管外侧设加强环，管内设加强肋板，梁主筋直接与钢牛腿焊接（图4-b），此种构造适用主次梁楼层结构。图4节点构构造图5施工工艺艺流程及操作作要点5.1工艺艺流程（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操作要要点5.2.1钢管管及部件制作作成品钢管要有质质量合格证，并并按规定进行行规格、尺寸寸以及外观等等项目检查验验收。下面仅仅对钢板卷制制钢管进行叙叙述。1下料：下料前，先通过过试焊确定钢钢板对接焊缝收收缩余量，在在下料时一并并考虑，根据据钢管展开尺尺寸在钢板上上划线，用自自动气割机切切割并坡口，坡坡口宜采用VV型坡口，钢管现场对对接端采用外外坡口，其余余为内坡口，坡坡口角度600°±5°。节点部件件要制作样板板，经检验评评定合格后按按样板分块尺尺寸划线下料料，所有部件件切割后，应应及时清除割割渣并矫正气气割变形。2钢板卷圆：将压好边的钢板板放在卷板机机上进行卷圆圆，卷圆过程程中，卷管方方向应与钢板板压延方向一一致，并严格格控制钢管的的椭圆度、焊焊缝间隙及错错边量等。3焊前准备：钢管组焊时的纵纵、环缝，现现场对接焊缝缝、节点连接接焊缝应进行行焊接工艺评评定，确定焊焊接工艺流程程。焊接前应编制如如下文件：焊焊接工艺指导导书，焊接工艺评评定。通过焊焊接工艺评定定确定焊接的的焊条、焊丝丝、焊剂及焊焊接技术参数数(焊接电流、电电压、焊接顺顺序、焊接方方法等)，并填写焊接工工艺卡。4钢管焊接：钢管纵、环缝，现场焊缝等焊焊缝质量等级级应满足设计要要求，并按《钢钢结构工程施施工质量验收收规范》GB502205-20001进行验收。钢管纵、环环缝采用埋弧弧自动焊，先先在钢管外部部进行人工封封口焊，再按按先里后外的的顺序各焊一一道。5钢管柱组焊：：每节钢管柱的长长度可按2～3个楼层的高高度加上伸出出楼板面4000mm～1000mmm(设计确定)考虑，但一一般不超过12m。组对时上上、下相邻两两条纵缝应错错开500mmm以上。把钢钢管放在托轮轮架上，在钢钢管上划出O°、90°、180°、270°四根基准线，作作为以后组装装的基准线，划线时全盘考考虑钢管柱及及连接节点部部件的位置、方方向，便于现现场组对及垂垂直度观测。钢钢管柱组对好好后按5.2.11-4方法焊焊接。5.2.2节点点部件连接在钢管上划出钢钢牛腿、节点点板等的位置置线，把所有有连接部件按按标高、方位位先点焊固定定，复检后施施焊。内衬管管先焊丁字型型肋板，再将将衬管与钢管管焊接，牛腿腿部位管内节节点先组焊，再再推入管内与与钢管焊接。5.2.3钢管管柱与基础底底板的连接连接方方式有二种：：一种形式是是将钢管柱伸入底底板落于工程程桩上即桩承承式，此种形形式预先将环环形受剪箍、加加强环、勒脚脚分别和钢管管焊接，在浇浇筑完基础垫垫层混凝土，绑绑扎完底板下下排钢筋后，按按弹设于垫层层面上的控制制线安装钢管管柱（图5.2.33-a）。第二种形式是将预埋埋钢板下落一个个勒脚高度，底底板混凝土浇浇筑完毕后再再安装钢管柱柱，即预埋板板式（图5.2.33-b），此种形式式应预先制作作钢筋支架，用用精密水准仪仪调整标高后后，按垫层平平面控制线摆摆放预埋板，复复核校正后焊焊接固定，底底板混凝土浇浇筑完毕后再再安装钢管柱柱。两种方式式在浇筑底板板混凝土时均均应对称浇筑筑，防止钢管管柱或预埋钢钢板位移。另另外在建筑层层数不多，荷荷载不大的情情况下，也可可采用插入式式（图5.2.33-c），插入式连接接应注意验算算钢管柱与基基础连接面的的局部受压强强度。图5.2.3柱与基础连连接5.2.4钢管管柱现场安装装1钢管柱吊装：：钢管柱吊装可利利用现场塔吊吊，进行施工组织织设计时应考考虑安装最远端钢管管柱时塔吊的的臂长及起重重能力能否满满足吊装要求求。钢管柱吊吊装采用二点点对称捆绑垂垂直起吊，钢钢丝绳绑点设设于柱最上一一个节点下部部，起吊时注注意保护节点点部件，钢管管柱固定牢固固后方可解除除吊索。2第一节钢管柱柱的安装：在桩顶(垫层))或预埋钢板板上弹出钢管管柱安装十字字控制线，划划出柱外皮控控制点。钢管管柱吊装前在在柱顶部平分分圆周位置预预先栓置4条钢丝绳，钢钢管柱吊起调调整至柱身控制线与与十字控制线线基本吻合后后下落，调整整就位并临时时固定，在钢钢管两侧呈990°位置架设二台台经纬仪，同同时观测钢管管柱身的二条控制母线，通通过调节设置在钢丝绳绳中间的法兰兰螺栓，校正正垂直度。3同径钢管柱的的连接、定位位、调整：将吊起的上节柱柱按划线位置置缓慢插入下下节柱内衬管管，角度调整整用特制抱箍箍钳。上节柱柱插入内衬管管时由于衬管管外壁与上节节钢管柱内壁壁局部存在磨磨擦，就位较较困难，可在在上下柱接口口处设顶拉杆杆（图5.2.44-1-a），一方面帮助助就位，另一一方面校正柱柱身垂直度，还还可起到临时时固定作用。垂垂直度校正好好后，在钢管管柱四侧焊接接防变形卡板板（图5.2.44-1-b），以减小焊接变变形。对接焊焊完成后，割割除防变形卡卡板等临时构构件，并将临临时固定焊图5.2.4-1同径钢管连接图4异径钢管的连连接、定位、调整：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连接接采用变径加加强环（图5.2.44-2-a）或法兰盘螺螺栓连接（图5.2.44-2-b），加强环连连接施工顺序序为：将变径径加强环、柱柱脚分别与小小直径钢管焊焊接，利用定定型样板，依依照变径加强强环肋板的位位置，在大直直径钢管上割割缺口，再吊吊装小直径钢钢管，将变径径加强环下部部榫管插入大大直径钢管内内，然后进行行小直径钢管管的垂直找正正，最后大直直径钢管与变变径加强环焊焊接，小直径径钢管的垂直直找正与同径径钢管基本相相同，唯一区区别是顶拉杆杆上端连接于于变径加强环环。小直径钢钢管的平面位位置微调采用用钢楔楔入的的方法进行调调整。法兰盘盘连接先将勒勒脚、上法兰兰与小直径钢钢管焊接，下下法兰片与大大直径钢管焊焊接，最后上上下法兰片5.2.4-2异径钢管连接图5垂直度观测：：在安装钢管柱时时应在两个垂垂直方向架设设二台经纬仪仪，同时观测测柱的两条控控制母线，指指挥操作人员员校正钢管柱柱的垂直度。随随着建筑物高高度增加及平平面形状、尺尺寸的限制，用用于垂直观测测的经纬仪只只能放在安装装层的楼板上上，部分柱观观测的角度、距距离受到不同同程度的影响响，因此应将将经纬仪架立立在尽可能远远离被观测柱柱的位置，使使观测的水平平距离达到最最大；同时要要合理安排安安装顺序，先先难后易，避避免因已安装装钢管柱的阻阻挡而影响观观测。垂直度观测若采采用垂直度校校准仪，对钢钢管柱安装顺顺序可不作要要求，将垂校校仪直接安装装在钢管柱上上，用顶拉杆杆调整垂直度度。6钢管柱对接焊焊残余应变对对垂直度影响响的处理方法法：现场钢管对接焊焊采取的是人人工焊接，不不可避免地产产生焊接残余余应变，可通通过以下几个个方面进行控控制：1)采用对称分分层分段焊接，分分层厚度、分分段长度、焊焊接速度等选选用的焊接参参数均应相同同；2)通过验证：：焊缝间隙大大小和变形大大小成正比。因因此安装前事事先测定上节节柱的偏差值值，根据计算算在管口实行行机械打磨，使使焊缝间隙保保持基本一致致；3)设置防变形形卡板限制变变形；4)对实际存在在且已无法更改改的偏差进行行火焰矫正。矫矫正加热方法法一般采用线线状加热或三三角形加热，根根据偏差大小小选择，烘烤烤温度不大于于750°C，烘烤位位置在焊缝上上方500mm，宽度不不超过10倍板厚。5.2.5钢管管混凝土施工钢管混凝土的浇浇灌方法有三三种，即底部部顶升法、高高位抛落法和和立式浇捣法法。混凝土的的输送方式有有泵送和现场场搅拌塔吊运运输等。采用用底部顶升法法和高位抛落落法的要求混混凝土必须要要有较大的坍坍落度，否则则极易产生管管壁与混凝土土粘结不紧密密等质量缺陷陷。立式浇捣捣法由于振动动棒振捣等因因素，管顶容容易产生泌水水层和砂浆层层。因此，应应通过试验在在钢管混凝土土中掺入微膨膨胀剂和高效效减水剂等，配配制成补偿收收缩混凝土，使使之既满足施施工工艺要求求，又满足钢钢管混凝土柱柱对混凝土的的特定要求。1底部顶升法：：底部顶升法是在在钢管柱底部部开孔，设置置与混凝土泵泵管连接、堵口的装置，由由混凝土高压压输送泵将混混凝土压入钢钢管柱内，混混凝土由下至至上顶升至管管顶后，压下下堵口挡板，停停止混凝土供供应。当混凝凝土强度达设设计强度的550%时，拆除连连接装置，将孔口补焊焊封堵。操作要点：1)浇筑前，要要计算好单根根柱混凝土量量，待所需混混凝土运送到到施工现场后后方可进行顶顶升（从混凝凝土拌合至开开始顶升的时时间应控制在在混凝土初凝凝前），防止止混凝土在运运输过程中耽耽搁造成顶升升中断。同时时，及时做好好混凝土坍落落度及坍落扩扩展度的检测测。2)在混凝土输输送管与截止止阀连接前，用用泵送砂浆润润滑输送管道道，并把该部部分砂浆清除除干净后再进进行柱芯混凝凝土的浇筑。3)混凝土顶升升至柱顶后，应应及时停泵，并并进行数次回回抽，若柱顶顶混凝土面无无明显回落，方方可拆除混凝凝土输送管。4)浇筑完毕330min后，观察柱柱顶混凝土有有无回落下沉沉，若有下沉沉，则用人工工补浇柱顶混混凝土。2高位抛落法：：混凝土由管口倾倾入，利用自自重力使混凝凝土密实，不不用振捣，抛抛落高度应不不小于4m，一次抛落落混凝土量宜宜在0.7m3～0.9m3左右，料斗斗的下口尺寸寸应比钢管直直径小1000mm～200mm。该方法适适用于大直径径钢管柱。操作要点：1)每次浇灌混混凝土前先浇浇一层厚度150mm左右与混凝凝土等级相同同的水泥砂浆浆，以免自由由下落的混凝凝土粗骨料产产生弹跳现象象。2)集料斗架设设在管口中央央并保持垂直直，泵送混凝凝土至料斗，当当料斗集满混混凝土后，开开启料斗封底底板使混凝土土一次性自由由抛落，并利利用混凝土下下落时产生的的动能振实混混凝土。3)重复上述动动作直至完成成该管混凝土土的灌注。施施工过程中由由专职检验人人员用小锤敲敲击管壁，听听声音鉴定混混凝土的密实实。3立式浇捣法：：混凝土由管口倾倾入，用内部部加长振动器器振捣，混凝凝土一次浇筑筑高度不宜大大于1.5m，每次振动动时间以混凝凝土面无气泡泡泛出并不少少于30秒为准，管径小于3550mm者采用附着着式振动器振振捣，振捣时时间不小于1分钟，一次浇浇灌高度不大大于振动器的的有效工作范范围。立式浇浇捣法混凝土土水灰比不宜宜大于O.4，坍落度不不宜大于40mm，混凝土浇浇至管顶后应应清除浮浆层。4混凝土浇筑宜宜连续进行，必必须间歇时，间间歇时间不应应超过混凝土土的初凝时间间。每段钢管管柱的混凝土土，只浇筑到到离钢管顶端端500mmm处，以防焊焊接高温影响响混凝土的质质量。钢管柱柱到顶收头时时，混凝土浇浇至距管顶3300mm左右，焊接接中间留孔的的封顶板，待待混凝土强度度达设计值的的50%后，用同强强度等级细石石混凝土填满满，最后封焊焊封顶板孔。5.3劳动力力组织操作人员必须有有岗位操作合合格证，并且且具有一定的的钢结构施工工经验，施工工前应进行详详细的技术安安全交底，明明确岗位职责责，劳动力组组织情况见表表5.3。表5.3劳劳动力组织情情况序号工种人数加工制作阶段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1混凝土浇筑1振捣工22机械工23普工86材料与设设备6.1材料6.1.1钢管管、钢板委托工厂生产的的钢管应按方方案确定的一一次安装高度度进行加工，但最长不得超过12m，成品钢管或卷制钢管壁厚应符合设计要求，钢管可用焊接管、螺旋管和无缝管，管内不得有油渍和污物，出厂时应具有质量合格证明。卷制钢管可用Q235钢或16Mn钢，钢板表面不得有结疤、裂纹、折叠、严重锈蚀，不得使用受过冲击的钢板，钢板必须有出厂合格证或机械力学性能试验报告。6.1.2焊接接材料焊接材料的选用用可根据母材材的性能、工工件的性能、结结构特点、工工艺设备等综综合考虑。各各类焊条必须须保存在通风风良好、干燥燥的库房内。库库内温度不低低于5℃，相对空气气湿度小于60%，使用前应应烘干。6.1.3混凝凝土钢管混凝土强度度等级不宜低低于C30，所用粗骨骨料应为粒径径不大于4cm的连续级配配石料，不得得使用针片状状、石屑含量量高于15%的碎石，砂应应选用中砂，各各种外加剂进进场后应进行行性能检验，合合格后使用。6.2设备机具配备见表66.2。表6.2机机具配备一览览表序号机具名称数量（台）备注1卷板机12埋弧自动焊机13交直流焊机4/组根据方案确定4自动切割机25焊条烘干箱16焊剂烘干箱17吊车18塔吊19磨光机510超声波探测仪111经纬仪212水准仪113托轮架414混凝土输送泵根据混凝土浇灌灌方式选择7质量控制制7.1质量控控制标准7.1.1严格格按《高强混混凝土结构技技术规程》CECS1004：99，《建筑钢钢结构焊接技技术规程》JJGJ81—2002，《钢结构工工程施工质量量验收规范》GB502205-20001中相应的规定定施工。7.1.2焊接接坡口允许偏偏差见表7.0.22-1，钢管构件件外形尺寸允允许偏差见表表7.0.22-2，钢管柱安安装允许偏差差见表7.0.22-3。表7.0.2--1焊接坡口允允许偏差（单单位：mm）坡口名称焊接方法板厚(δ)钝边(a)内侧间隙(b)坡口角度(α)坡口形式V型坡口手工焊6～81±11±170°±5°10～262±12±160°±5°自动焊16～227±10±160°±5°表7.0.2--2钢管构件外外形尺寸允许许偏差（单位位：mm）项目允许偏差检验方法图例直径d±d/500±5.0用钢尺检查构件长度l±3.0管口圆度d/500且不应大于5..0管面对管轴的垂垂直度d/500且不应大于3..0用焊缝量规检查查弯曲矢高d/1500且不应大于5..0用拉线、吊线和和钢尺检查对口错边t/10且不应大于3..0用拉线和钢尺检检查表7.0.2--3钢管柱安装装允许偏差（单单位：mm）项目允许偏差检验方法立柱中心线和基基础中心线±5用吊线和钢尺检检查立柱顶面标高-20，+0用水准仪检查立柱顶面高度差差±5用拉线和钢尺检检查立柱垂直度高度的1/10000，且不大于10用经纬仪、吊线线和钢尺检查查整体垂直度底柱不大于100，顶层柱不大于335用经纬仪、吊线线和钢尺检查查上下柱连接处的的错口±3用钢尺检查7.2质量保证证措施7.2.1进行行手工电弧焊焊时当风速大大于5m/s，进行气体体保护焊时当当风速大于2m/s，均应采取取防风措施方方能施焊。7.2.2Ⅰ、Ⅱ级焊缝，必必须进行超声声波探伤，如如发现超标现现象，分析原原因后再进行行返修，同一一部位返修次次数不得超过过2次，对经过2次返修仍不不合格的焊缝缝，应会同设设计或有关部部门研究处理理。焊缝表面面不得有气孔孔、裂纹、夹夹渣等缺陷，咬咬边深度不得得大于0.5mm且不大于0.1t（t为连接处较较薄的板厚），长度不大于总长的10%，连续长度不大于1OOmm，焊脚高度必须满足焊接工艺卡规定要求。钢管混凝土强度等级必须达到设计要求，管内混凝土应密实。8安全措施施8.0.1机械械设备、电动动工具等必须有可靠靠的接地接零零和漏电保护护装置。8.0.2机械械设备采用挂挂牌负责制，配配备维修保养养人员，特殊殊工种应持证上岗。8.0.3在钢钢管内的焊接人员应戴防毒毒面具，并从一端向另另一端送风。8.0.4钢管管柱吊装时由由信号员专人人指挥，保证证联络通畅，指指挥及时准确确。8.0.5经常常检查吊具吊吊索的安全状状态，在钢管管柱临时固定定完成前不得得松开吊钩，风风速超过5级以上不得得吊装。8.0.6进入入现场应正确佩佩戴好安全帽帽，焊工操作作时应佩戴防护护面具和电焊焊手套，高空空作业应系好好安全带。9环保措施施9.0.1安装装钢管柱时，不不得大力随意意敲击钢管柱柱，尽量减少少噪音的产生生。9.0.2多台台焊机在一起起集中施焊时时，应设隔光光板。9.0.