多高层建筑钢管混凝土柱施工工法

PAGEPAGE16多（高）层建筑钢管混凝土柱施工工法工法编号：RJJGF(闽)—S1—20100完成单位：中建建建七局第第三建建筑有限限公司司主要完成人：张张张书锋陈霞王耀1前言钢管混凝土柱是是是近年来来研究究应用的的多元元化结构构形式式之一，成成功功的应用被被越越来越多多的建建筑界专专家所所瞩目。它它利利用钢牛牛腿、梁梁钢筋、节节点点环板的的传力力方式，配配以以双向密密肋梁梁模壳楼楼盖、肋肋型楼盖盖或其其他形式式楼盖盖，形成成钢管管混凝土土板柱柱或梁板板柱结结构，充充分发发挥了钢钢管柱柱的优势势，因因而逐步步被推推广应用用于建建筑工程程中。本本工法中中混凝凝土底部部顶升升法施工工采用用的钢管柱柱柱柱芯混凝凝土顶顶升进料料装置置已获得国国家家专利（申申请请号/专利号：2007722000079980）。2特点2.0.1钢管管管混凝土土柱是是在圆形钢管管内内浇灌混混凝土土形成的的组合合结构构构件，是是套箍混混凝土土的一种种特定定形式，兼兼有有钢结构构和混混凝土结结构的的优越性性能，充充分利用用了混混凝土受受压性性能好和和钢管管韧性、塑塑性性好的优优点，使使管内混混凝土土受三向向约束束，充分分发挥挥了混凝凝土的的作用，提提高高了结构构构件件的承载载能力力、抗震震能力力，与钢钢筋混混凝土柱柱比较较，减小小了柱柱子截面面面积积，增大大了建建筑使用用面积积。2.0.2钢管管管混凝土土柱的的钢管适适合机机械化施施工，钢钢管在工厂加工工完毕毕后运送送至现现场即可可直接接吊装对对接，施施工现场场仅存存在钢管管对接接焊和连连接节节点焊接接，柱柱芯混凝凝土采采用泵送送或其其他形式式一次次浇注2～3个楼层。减减减少了钢筋混凝土土柱柱的重复复工作作次数，节节省省了模板板，降降低了劳劳动强强度，缩缩短了了工期。3适用范围围围本工法适用于现现现浇混凝土楼面面的的多层、高高层层钢管混混凝土土柱结构构工程程。4工艺原理理理在成品钢管或用用用钢板卷卷圆对对接的钢钢管上上焊接梁梁板节节点部件件，检检验合格后后运运至现场场吊装装对接，支支设设梁板模模板，安安装梁、板板钢钢筋、浇浇灌楼楼面及钢钢管内内混凝土土。它它的节点点传力力方式有有两种种：第一一种在在楼层梁梁柱结结合部的的钢管管上焊接接节点点环板，通通过过柱侧钢钢筋混混凝土连续续双双梁或变变宽度度梁，环环板将将楼层荷荷载传传递至钢钢管混混凝土柱柱身（图4-a），此种构构造适用于于楼层为密密肋梁平板板结构；第第二种是在在梁柱结合合部的钢管管上焊接钢钢牛腿，并并在梁位钢钢管外侧设设加强环，管管内设加强强肋板，梁梁主筋直接接与钢牛腿腿焊接（图图4-b），此种构构造适用主主次梁楼层层结构。图4节点构构构造图5施工工艺艺艺流程及及操作作要点5.1工艺艺艺流程（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操作要要要点5.2.1钢管管管及部件件制作作成品钢管要有质质质量合格证证，并并按规定定进行行规格、尺尺寸寸以及外外观等等项目检检查验验收。下下面仅仅对钢板板卷制制钢管进进行叙叙述。1下料：下料前，先通过过过试焊确确定钢钢板对接焊缝缝收收缩余量量，在在下料时一一并并考虑，根根据据钢管展展开尺尺寸在钢钢板上上划线，用用自自动气割割机切切割并坡坡口，坡坡口宜采采用VV型坡口，钢管现场场对对接端采采用外外坡口，其其余余为内坡坡口，坡坡口角度度600°±5°。节点部部件件要制作作样板板，经检检验评评定合格后后按按样板分分块尺尺寸划线线下料料，所有有部件件切割后后，应应及时清清除割割渣并矫矫正气气割变形形。2钢板卷圆：将压好边的钢板板板放在卷卷板机机上进行行卷圆圆，卷圆圆过程程中，卷卷管方方向应与钢钢板板压延方方向一一致，并并严格格控制钢钢管的的椭圆度度、焊焊缝间隙隙及错错边量等等。3焊前准备：钢管组焊时的纵纵纵、环缝缝，现现场对接接焊缝缝、节点点连接接焊缝应应进行行焊接工艺艺评评定，确确定焊焊接工艺艺流程程。焊接前应编制如如如下文件件：焊焊接工艺艺指导导书，焊接工艺艺评评定。通过过焊焊接工艺艺评定定确定焊焊接的的焊条、焊焊丝丝、焊剂剂及焊焊接技术术参数数(焊接电流流、电电压、焊焊接顺顺序、焊焊接方方法等)，并填写焊接接工工艺卡。4钢管焊接：钢管纵、环缝，现场焊缝缝等焊焊缝质量量等级级应满足设计计要要求，并并按《钢钢结构工工程施施工质量量验收收规范》GB5002205--20001进行验收收。钢管纵、环环环缝采用用埋弧弧自动焊焊，先先在钢管管外部部进行人人工封封口焊，再再按按先里后后外的的顺序各各焊一一道。5钢管柱组焊：：：每节钢管柱的长长长度可按2～3个楼层的的高高度加上上伸出出楼板面面4000mm～10000mmm(设计确定)考虑，但但一一般不超超过12m。组对时时上上、下相邻邻两两条纵缝缝应错错开5000mmm以上。把把钢钢管放在在托轮轮架上，在在钢钢管上划出出O°、90°、180°、270°四根基准线线，作作为以后后组装装的基准准线，划线时全盘盘考考虑钢管管柱及及连接节节点部部件的位位置、方方向，便便于现现场组对对及垂垂直度观观测。钢钢管柱组组对好好后按5.2..11-4方法法焊焊接。5.2.2节点点点部件连连接在钢管上划出钢钢钢牛腿、节节点点板等的的位置置线，把把所有有连接部部件按按标高、方方位位先点焊焊固定定，复检检后施施焊。内内衬管管先焊丁丁字型型肋板，再再将将衬管与与钢管管焊接，牛牛腿腿部位管管内节节点先组组焊，再再推入管管内与与钢管焊焊接。5.2.3钢管管管柱与基基础底底板的连连接连接方方方式有二二种：：一种形式式是是将钢管柱伸入入底底板落于于工程程桩上即即桩承承式，此此种形形式预先先将环环形受剪剪箍、加加强环、勒勒脚脚分别和和钢管管焊接，在在浇浇筑完基基础垫垫层混凝凝土，绑绑扎完底底板下下排钢筋筋后，按按弹设于于垫层层面上的的控制制线安装装钢管管柱（图5.2..33-a）。第二种种形式是将预预埋埋钢板下落一一个个勒脚高高度，底底板混凝土土浇浇筑完毕毕后再再安装钢钢管柱柱，即预预埋板板式（图5.2..33-b），此种形形式式应预先制制作作钢筋支支架，用用精密水水准仪仪调整标标高后后，按垫垫层平平面控制制线摆摆放预埋埋板，复复核校正正后焊焊接固定定，底底板混凝凝土浇浇筑完毕毕后再再安装钢钢管柱柱。两种种方式式在浇筑筑底板板混凝土土时均均应对称称浇筑筑，防止止钢管管柱或预预埋钢钢板位移移。另另外在建建筑层层数不多多，荷荷载不大大的情情况下，也也可可采用插插入式式（图5.2..33-c），插入式式连接接应注意意验算算钢管柱柱与基基础连接接面的的局部受受压强强度。图5.2.3柱与基础础连连接5.2.4钢管管管柱现场场安装装1钢管柱吊装：：：钢管柱吊装可利利利用现场场塔吊吊，进行施工组组织织设计时时应考考虑安装最远端钢钢管管柱时塔塔吊的的臂长及及起重重能力能能否满满足吊装装要求求。钢管管柱吊吊装采用用二点点对称捆捆绑垂垂直起吊吊，钢钢丝绳绑绑点设设于柱最最上一一个节点点下部部，起吊吊时注注意保护护节点点部件，钢钢管管柱固定定牢固固后方可可解除除吊索。2第一节钢管柱柱柱的安装：：在桩顶(垫层)))或预埋钢钢板板上弹出出钢管管柱安装装十字字控制线线，划划出柱外外皮控控制点。钢钢管管柱吊装装前在在柱顶部部平分分圆周位位置预预先栓置置4条钢丝绳绳，钢钢管柱吊吊起调调整至柱身控制线线与与十字控控制线线基本吻吻合后后下落，调调整整就位并并临时时固定，在在钢钢管两侧侧呈990°位置架设二二台台经纬仪仪，同同时观测测钢管管柱身的二条控制制母线，通通过调节设置在钢丝丝绳绳中间的的法兰兰螺栓，校校正正垂直度度。3同径钢管柱的的的连接、定定位位、调整整：将吊起的上节柱柱柱按划线线位置置缓慢插插入下下节柱内内衬管管，角度度调整整用特制抱抱箍箍钳。上上节柱柱插入内内衬管管时由于于衬管管外壁与与上节节钢管柱柱内壁壁局部存存在磨磨擦，就就位较较困难，可可在在上下柱柱接口口处设顶顶拉杆杆（图5.2..44-1--a），一方面帮帮助助就位，另另一一方面校校正柱柱身垂直直度，还还可起到到临时时固定作作用。垂垂直度校校正好好后，在在钢管管柱四侧侧焊接接防变形形卡板板（图5.2..44-1--b），以减小焊接接变变形。对对接焊焊完成后后，割割除防变变形卡卡板等临临时构构件，并并将临临时固定定焊缝缝打磨图5.2.4-1同径钢管连接图4异径钢管的连连接、定定位、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连接接接采用变变径加加强环（图5.2..44-2--a）或法兰盘盘螺螺栓连接接（图5.2..44-2--b），加强环环连连接施工工顺序序为：将将变径径加强环环、柱柱脚分别别与小小直径钢管管焊焊接，利利用定定型样板板，依依照变径径加强强环肋板板的位位置，在在大直直径钢管管上割割缺口，再再吊吊装小直直径钢钢管，将将变径径加强环环下部部榫管插插入大大直径钢钢管内内，然后后进行行小直径径钢管管的垂直直找正正，最后后大直直径钢管管与变变径加强强环焊焊接，小小直径径钢管的的垂直直找正与与同径径钢管基基本相相同，唯唯一区区别是顶顶拉杆杆上端连连接于于变径加加强环环。小直直径钢钢管的平平面位位置微调调采用用钢楔楔楔入的的方法进进行调调整。法法兰盘盘连接先先将勒勒脚、上上法兰兰与小直直径钢钢管焊接接，下下法兰片片与大大直径钢钢管焊焊接，最最后上上下法兰兰片用用螺栓5.2.4-2异径钢管连接图5垂直度观测：：：在安装钢管柱时时时应在两两个垂垂直方向向架设设二台经经纬仪仪，同时时观测测柱的两条条控控制母线线，指指挥操作作人员员校正钢钢管柱柱的垂直直度。随随着建筑筑物高高度增加加及平平面形状状、尺尺寸的限限制，用用于垂直直观测测的经纬纬仪只只能放在在安装装层的楼楼板上上，部分分柱观观测的角角度、距距离受到到不同同程度的的影响响，因此此应将将经纬仪仪架立立在尽可可能远远离被观观测柱柱的位置置，使使观测的的水平平距离达达到最最大；同同时要要合理安安排安安装顺序序，先先难后易易，避避免因已已安装装钢管柱柱的阻阻挡而影影响观观测。垂直度观测若采采采用垂直直度校校准仪，对对钢钢管柱安装装顺顺序可不不作要要求，将将垂校校仪直接安安装装在钢管管柱上上，用顶顶拉杆杆调整垂垂直度度。6钢管柱对接焊焊焊残余应变变对对垂直度度影响响的处理理方法法：现场钢管对接焊焊焊采取的的是人人工焊接接，不不可避免免地产产生焊接接残余余应变，可可通通过以下下几个个方面进进行控控制：1)采用对称分分层层分段焊接，分分层厚度度、分分段长度度、焊焊接速度度等选选用的焊焊接参参数均应应相同同；2)通过验证：：焊焊缝间隙大大大小和变变形大大小成正正比。因因此安装装前事事先测定定上节节柱的偏偏差值值，根据据计算算在管口口实行行机械打打磨，使使焊缝间间隙保保持基本本一致致；3)设置防变形形卡卡板限制变变变形；4)对实际存在在且且已无法更更改改的偏差差进行行火焰矫矫正。矫矫正加热热方法法一般采采用线线状加热热或三三角形加加热，根根据偏差差大小小选择，烘烘烤烤温度不不大于于750°CC，烘烤位位置在焊焊缝上上方500mmm，宽度不不超过10倍板厚。5.2.5钢管管管混凝土土施工钢管混凝土的浇浇浇灌方法法有三三种，即底底部部顶升法法、高高位抛落落法和和立式浇浇捣法法。混凝凝土的的输送方方式有有泵送和和现场场搅拌塔塔吊运运输等。采采用用底部顶顶升法法和高位位抛落落法的要要求混混凝土必必须要要有较大大的坍坍落度，否否则则极易产产生管管壁与混混凝土土粘结不不紧密密等质量量缺陷陷。立式式浇捣捣法由于于振动动棒振捣捣等因因素，管管顶容容易产生生泌水水层和砂砂浆层层。因此此，应应通过试试验在在钢管混混凝土土中掺入入微膨膨胀剂和和高效效减水剂剂等，配配制成补补偿收收缩混凝凝土，使使之既满满足施施工工艺艺要求求，又满满足钢钢管混凝凝土柱柱对混凝凝土的的特定要要求。1底部顶升法：：：底部顶升法是在在在钢管柱柱底部部开孔，设设置置与混凝凝土泵泵管连接接、堵口的装置置，由由混凝土土高压压输送泵泵将混混凝土压压入钢钢管柱内内，混混凝土由由下至至上顶升升至管管顶后，压压下下堵口挡挡板，停停止混凝凝土供供应。当当混凝凝土强度度达设设计强度度的550%时，拆除除连连接装置，将孔口补补焊焊封堵。操作要点：1)浇筑前，要要计计算好单根根根柱混凝凝土量量，待所所需混混凝土运运送到到施工现现场后后方可进进行顶顶升（从从混凝凝土拌合合至开开始顶升升的时时间应控控制在在混凝土土初凝凝前），防防止止混凝土土在运运输过程程中耽耽搁造成成顶升升中断。同同时时，及时时做好好混凝土土坍落落度及坍坍落扩扩展度的的检测测。2)在混凝土输输送送管与截止止止阀连接接前，用用泵送砂砂浆润润滑输送送管道道，并把把该部部分砂浆浆清除除干净后后再进进行柱芯芯混凝凝土的浇浇筑。3)混凝土顶升升至至柱顶后，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3300min后，观察察柱柱顶混凝凝土有有无回落落下沉沉，若有有下沉沉，则用用人工工补浇柱柱顶混混凝土。2高位抛落法：：：混凝土由管口倾倾倾入，利利用自自重力使使混凝凝土密实实，不不用振捣捣，抛抛落高度应应不不小于4m，一次抛抛落落混凝土土量宜宜在0.77m3～0.9m3左右，料料斗斗的下口尺尺寸寸应比钢钢管直直径小10000mm～200mmm。该方法法适适用于大大直径径钢管柱柱。操作要点：1)每次浇灌混混凝凝土前先浇浇浇一层厚厚度150mmm左右与混混凝凝土等级级相同同的水泥泥砂浆浆，以免免自由由下落的的混凝凝土粗骨骨料产产生弹跳跳现象象。2)集料斗架设设在在管口中央央央并保持持垂直直，泵送送混凝凝土至料料斗，当当料斗集集满混混凝土后后，开开启料斗斗封底底板使混混凝土土一次性性自由由抛落，并并利利用混凝凝土下下落时产产生的的动能振振实混混凝土。3)重复上述动动作作直至完成成成该管混混凝土土的灌注注。施施工过程程中由由专职检检验人人员用小小锤敲敲击管壁壁，听听声音鉴鉴定混混凝土的的密实实。3立式浇捣法：：：混凝土由管口倾倾倾入，用用内部部加长振振动器器振捣，混混凝凝土一次浇浇筑筑高度不不宜大大于1.5m，每次振振动动时间以以混凝凝土面无无气泡泡泛出并并不少少于30秒为准，管径小于于3550mm者采用附附着着式振动动器振振捣，振振捣时时间不小小于1分钟，一次次浇浇灌高度度不大大于振动动器的的有效工工作范范围。立立式浇浇捣法混混凝土土水灰比比不宜宜大于O.4，坍落度度不不宜大于40mm，混凝土土浇浇至管顶顶后应应清除浮浆层层。4混凝土浇筑宜宜宜连续进行行，必必须间歇歇时，间间歇时间间不应应超过混混凝土土的初凝凝时间间。每段钢钢管管柱的混混凝土土，只浇浇筑到到离钢管管顶端端5000mmm处，以防防焊焊接高温温影响响混凝土土的质质量。钢管管柱柱到顶收收头时时，混凝凝土浇浇至距管管顶3300mm左右，焊焊接接中间留留孔的的封顶板板，待待混凝土土强度度达设计计值的的50%后，用同同强强度等级级细石石混凝土土填满满，最后后封焊焊封顶板板孔。5.3劳动力力力组织操作人员必须有有有岗位操操作合合格证，并并且且具有一一定的的钢结构构施工工经验，施施工工前应进进行详详细的技技术安安全交底底，明明确岗位位职责责，劳动动力组组织情况况见表表5.3。表5.3劳劳劳动力组织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材料与设设设备6.1材料6.1.1钢管管管、钢板板委托工厂生产的的的钢管应应按方方案确定定的一一次安装装高度度进行加加工，但最最长不得超超过12m，成品钢钢管或卷制制钢管壁厚厚应符合设设计要求，钢钢管可用焊焊接管、螺螺旋管和无无缝管，管管内不得有有油渍和污污物，出厂厂时应具有有质量合格格证明。卷卷制钢管可可用Q2335钢或16Mn钢，钢板板表面不得得有结疤、裂裂纹、折叠叠、严重锈锈蚀，不得得使用受过过冲击的钢钢板，钢板板必须有出出厂合格证证或机械力力学性能试试验报告。6.1.2焊接接接材料焊接材料的选用用用可根据据母材材的性能能、工工件的性性能、结结构特点点、工工艺设备等等综综合考虑虑。各各类焊条条必须须保存在在通风风良好、干干燥燥的库房房内。库库内温度度不低低于5℃，相对空空气气湿度小小于60%，使用前前应应烘干。6.1.3混凝凝凝土钢管混凝土强度度度等级不不宜低低于C30，所用粗粗骨骨料应为为粒径径不大于4cm的连续级级配配石料，不不得得使用针针片状状、石屑屑含量量高于15%的碎石，砂砂应应选用中中砂，各各种外加加剂进进场后应应进行行性能检检验，合合格后使使用。6.2设备机具配备见表666.2。表6.2机机机具配备一一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灌方式选选择7质量控制制制7.1质量控控控制标准准7.1.1严格格格按《高强强混混凝土结结构技技术规程程》CECSS1004：99，《建筑筑钢钢结构焊焊接技技术规程程》JJGJ881—20022，《钢结构构工工程施工工质量量验收规规范》GB5002205--20001中相相应的规定定施工。7.1.2焊接接接坡口允许许偏偏差见表7.0..22-1，钢管构构件件外形尺尺寸允允许偏差差见表表7.0..22-2，钢管柱柱安安装允许许偏差差见表7.0..22-3。表7.0.21焊接坡口口允允许偏差差（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7.0.22钢管构件件外外形尺寸寸允许许偏差（单单位位：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管面对管轴的垂垂垂直度d/500且不应大于3...0用焊缝量规检查查查弯曲矢高d/1500且不应大于5...0用拉线、吊线和和和钢尺检检查对口错边t/10且不应大于3...0用拉线和钢尺检检检查表7.0.23钢管柱安安装装允许偏偏差（单单位：mm）项目允许偏差检验方法立柱中心线和基基基础中心心线±5用吊线和钢尺检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差±5用拉线和钢尺检检检查立柱垂直度高度的1/100000，且不大于10用经纬仪、吊线线线和钢尺尺检查查整体垂直度底柱不大于1000，顶层柱不大于3335用经纬仪、吊线线线和钢尺尺检查查上下柱连接处的的的错口±3用钢尺检查7.2质量保证证证措施7.2.1进行行行手工电电弧焊焊时当风风速大大于5m/s，进行气气体体保护焊焊时当当风速大大于2m/s，均应采采取取防风措措施方方能施焊焊。7.2.2Ⅰ、Ⅱ级焊缝，必必必须进行行超声声波探伤伤，如如发现超超标现现象，分分析原原因后再进进行行返修，同同一一部位返返修次次数不得得超过过2次，对经过2次返修仍仍不不合格的的焊缝缝，应会会同设设计或有有关部部门研究究处理理。焊缝表表面面不得有有气孔孔、裂纹纹、夹夹渣等缺缺陷，咬咬边深度度不得得大于0.5mmm且不大于0.1t（t为连接处处较较薄的板板厚），长长度不大于于总长的10%，连续长长度不大于于1OOmm，焊脚高度必须须满足焊接接工艺卡规规定要求。钢钢管混凝土土强度等级级必须达到到设计要求求，管内混混凝土应密密实。8安全措施施施8.0.1机械械械设备、电电动动工具等必须有可可靠靠的接地地接零零和漏电电保护护装置。8.0.2机械械械设备采采用挂挂牌负责责制，配配备维修修保养养人员，特特殊殊工种应持证上岗。8.0.3在钢钢钢管内的焊接人员应戴防防毒毒面具，并并从一端向向另另一端送送风。8.0.4钢管管管柱吊装装时由由信号员员专人人指挥，保保证证联络通畅，指指指挥及时时准确确。8.0.5经常常常检查吊吊具吊吊索的安安全状状态，在在钢管管柱临时固固定定完成前前不得得松开吊钩钩，风风速超过过5级以上不不得得吊装。8.0.6进入入入现场应正确确佩佩戴好安全全帽帽，焊工工操作作时应佩戴防防护护面具和和电焊焊手套，高高空空作业应系系好好安全带带。9环保措施施施9.0.1安装装装钢管柱柱时，不不得大力力随意意敲击钢钢管柱柱，尽量量减少少噪音的的产生生。9.0.2多台台台焊机在在一起起集中施施焊时时，应设设隔光光板。9.0.3施焊焊焊场地