劲性混凝土柱施工技术在某办公大楼工程中的应用

张德鹏

河南省第一建筑工程集团有限责任公司（450014）

1 工程概况

某办公大楼劲性混凝土柱内包钢骨为400×400 mm的焊接矩形钢管柱，钢管壁厚30 mm。劲性混凝土柱总长16.450 m，钢柱的顶部植埋于上层混凝土梁中。钢柱内浇灌混凝土。钢柱底部置于下部混凝土柱上，用预埋地脚螺栓连接固定。钢柱与混凝土梁连接采用双筋并股穿筋式连接。

2 钢管柱的工厂加工制作

钢柱总长为16.45 m,根据现场吊装能力及混凝土浇注工艺，每根钢柱分为5节制作。

2.1 制作工艺流程

对原材料质量复核→画线→切割→钻孔→开坡口→组对→点焊成型→船型埋弧自动焊→矫正→探伤→产品交检。

主要施工方法及技术措施∶

2.2 钢板下料

画线应做到几何尺寸准确,孔距准确，下料后的零件尺寸准确。采用数控切割机或半自动切割机进行。切割完成后，需清除材料边缘氧化铁。下料完成后检验钢板的平直度，不合格的应及时进行矫正，矫正方法主要采用火焰矫正法或捶击法。采用热矫正时，加热温度应在600～800℃之间，最高不应超过900℃。矫正后钢材表面不得有明显的凹痕或损伤，划痕深度不得大于0.5 mm。

2.3 钻孔

钢柱与混凝土梁相交处，混凝土梁钢筋双筋并股穿过钢柱,因此需在钢柱的相应位置开椭圆孔。钻孔采用配钻法，即存在对穿孔的多块钢板，叠放在一起同时进行钻孔。不同方向的孔应将位置上下错开。

2.4 矩形钢管的组立

组立胎架的制作∶

焊接胎架上应设置防止焊接变形的装置。各个胎架都须经专职质检员检验合格，并由项目技术负责人认可后方能投入使用。钢柱拼完后的直线度偏差应不大于长度1/1 000，且不大于3 mm，腹板中心偏移不大于2 mm。钢柱组立时应点焊可靠,防止变形。

2.5 钢柱施焊

本工程采用的钢板厚度为30 mm，焊接时的预热、定位焊，应严格按焊接工艺要求规定执行，并控制最大和最小层间温度，接头的焊接参数必须按对应的焊接工艺卡进行施焊。钢柱焊接在焊接胎模上进行，由两名焊工采用二保焊同向焊接。为防止厚板的层状撕裂，应采用多层、多道的焊接方法，钢板焊接前,应对母材焊道中心线两侧各2倍板厚加30 mm区域内进行无损探伤检查,母材及焊缝中不得有裂纹、夹层及分层等。

3 钢柱的运输

矩形钢管柱总长为16.45 m,根据施工现场吊装条件及起重设备的吊装能力，钢柱制作时分为5节制作。构件最大运输单元的重量约1.5 t，长度约4 m，因此我们采用5 t汽车来运输。运输时在车内用枕木垫平并绑牢，有效防止运输变形。现场用塔吊下车，然后用平板车转运。构件运输顺序与构件安装顺序相同，以减少中转程序，同时避免构件搁置较多，占用较大的场地，增大防护及管理难度。

4 钢柱的吊装

钢柱的吊装采用塔吊与汽车吊相结合的方法进行。

4.1 地脚螺栓预埋

1）轴线确定。底板钢筋绑扎完毕。将轴线弹在底板钢筋上,并确定柱插筋及地脚螺栓的位置，对底板筋做局部的间距调整,使螺栓能顺利通过底板筋。

2）根据图纸安装柱插筋，并在底板内部安装3道箍筋。贴底板钢筋再架设1道箍筋与底板钢筋点焊，以确保柱插筋位置正确；然后放入地脚螺栓定位板。

3）地脚螺栓就位。将地脚螺栓插入柱中，并套好定位板,根据给出的轴线位置来确定螺栓位置。定位板外边紧顶钢筋内侧，用柱主筋来辅助固定地脚螺栓，然后加设3道柱箍(或定位筋)。同时给柱筋设拉结以控制钢筋位置保持正确。

4）地脚螺栓标高确定。地脚螺栓就位后，通过水准仪确定螺栓外露长度，在定位板底部加设井字托筋，井字托筋与柱主筋点焊，以此来确定螺栓标高。

5）地脚螺栓的最终定位。螺栓位置初步确定后，经纬仪找准轴线，无误后将在定位板上部加设井字盖筋与柱主筋点焊，并将螺栓底部用4根钢筋连成整体与桩头钢筋焊接。混凝土浇筑前将上部螺栓丝扣抹黄油后包裹保护起来。

4.2 钢柱的吊装

钢柱的吊装应优先采用现场塔吊，由于施工现场的场地限制，需采用25 t汽车吊吊装。

1）首节钢柱安装

钢柱吊装前钢结构施工单位与土建单位做好地脚螺栓交接工作。

下部混凝土柱达到设计强度80%以上开始进行钢柱吊装。吊装采用单点起吊（钢柱的吊耳可利用钢柱柱节连接的连接板）,把柱子根部用垫木垫高。在起吊过程中，起重机边起钩，边回转起重臂，直至把柱子吊起，底板插入预埋的地脚螺栓中。

吊装到位后，测量标高、垂直度。标高可用地脚螺栓的螺母进行调整，轴线及垂直度的调校用两台经纬仪互成90度，从两个方向同时进行。达到标准后固定地脚螺母，拉柱缆风绳。

2）中间节安装

吊装前在柱顶悬挂4条缆风绳,并以4个5 t倒链作调整用。吊装时，将上节钢柱柱底中心线对准下节钢柱柱顶中心线,就位后即固定缆风绳，用2台经纬仪同时从两个方向进行校正。满足要求后拉紧缆风绳并锁紧，同时紧固连接板，开始焊接。

钢柱安装对接焊缝要求达到二级焊缝标准，为保证熔透焊质量，应临时加垫片保证间隙。为减少焊接变形，采用2个焊工同时对称施焊。焊完经外观检查及超声波探伤检查合格后方可进行下道工序。

3）上部钢柱安装

用塔吊或吊车吊起置于下柱上端定位工艺板上，就位后对中、校正、施焊等工序均同前所述。

最后一节钢柱吊装、焊接完成后，和第三层结构梁钢筋固定。

4.3 吊装过程中的测量控制措施

1）轴线控制

基础节柱安装就位后，用经纬仪将轴线投射到柱上，调整地脚螺栓及缆风绳，使之与柱的两条垂直中心线吻合，紧固地脚螺栓并拉紧缆风绳固定钢柱。在浇筑柱混凝土时采用对称、逐层浇筑法，并随时用经纬仪观测。以后各层均用此法进行轴线的投射校正，轴线则通过楼内轴线控制网用激光经纬仪逐层传递。

2）标高控制

除基础节钢柱外，上部每节钢柱制作时，控制钢柱尺寸为“负值”，即比原下料尺寸小5 mm，由此而产生的柱接头之间的缝隙及标高差，可在安装时加钢垫片进行调整，但钢垫片厚度不得大于5 mm。

3）垂直偏差控制

劲性钢柱制作时，在翼缘板上刻出翼缘板中心线(即钢柱中心线)。安装钢柱时，上节钢柱和下节钢柱翼缘板上的中心线对齐并与轴线吻合，同时根据已安装好的下节钢柱和拟安装的钢柱可能出现的垂直偏差变换方向和数值，预留倾斜量，并在安装焊接过程中将其抵消,以保证钢柱垂直度符合要求。

5 混凝土浇筑

1）工程劲性混凝土浇筑采用外柱混凝土和钢结构柱同时分段进行。

2）劲性柱混凝土浇筑方法基本同混凝土柱浇筑方法相同,浇筑前在底部铺垫与混凝土配合比相同的砂浆。混凝土分层浇注，每层浇筑厚度为50 cm，振动棒不得触动钢筋，振动棒插入点要均匀，防止多振或漏振。

3）钢结构柱内的混凝土柱分多次浇注，其中第一段钢柱和-0.800层一起浇注，最后一段钢柱和第三层结构梁板一起浇注。每次浇注前按要求进行施工缝的预留和剔凿工作。

4）应认真控制混凝土的骨料粒径和坍落度，一般粗骨料粒径控制在25 mm以内，坍落度要求为180～200 mm 之间。

5）钢柱内的混凝土宜采用微膨胀混凝土。

6）劲性混凝土结构外包的混凝土外壳，要满足受力和耐火的双重要求，浇筑时要保证其密实度，防止开裂。

7）由于钢骨的存在使得进料口的空间变得非常狭小，浇筑混凝土时有部分空气不易排出，为此要在一些部位预留排除空气的孔洞和混凝土浇筑孔。

8）劲性混凝土结构的混凝土浇筑，应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定。

6 成品保护

1）钢柱保护∶混凝土浇筑部位的钢柱根部用塑料薄膜包裹覆盖。2）柱子混凝土在拆除模板后及时浇水充分湿润用塑料薄膜封闭保护。

7 小结

本工程采用劲性混凝土结构，通过采用所述技术措施，在规定工期内，保质保量的完成了该工程，解决了混凝土振捣不密实的难题，模板拆除后混凝土的实体质量良好。