建筑工程钢管混凝土劲性柱施工研究

陈国良

摘要：文章结合工程实例对该大厦工程钢管混凝土劲性柱施工进行了一些简要的分析研究，以供类似工程参考与应用。

关键词：建筑工程、钢管混凝土、劲性柱施工

一、工程简况

该大厦地下3层，地上塔楼53层，建筑面积114350m2，高236.65m。塔楼采用外框内筒现浇结构体系，结构的中间是由16个电梯井和管道井所组成的劲性筒体，筒体壁厚50cm，纵横墙交接处和楼面设工字形暗钢柱和暗钢梁。筒体的四周是26根钢管混凝土劲性柱，柱的截面尺寸从1.0m×1.0m至1.5m×1.5m不等。为保证钢管和混凝土共同作用，钢管外焊10cm长Φ19抗剪栓钉。筒体和劲性柱的混凝土强度等级C30～C60，在建筑物的第6层、22层、38层设有结构转換层，转换层采用钢管桁架形式。楼面结构采用现浇钢筋混凝土肋梁楼盖，楼板配筋采用冷轧带肋钢筋焊接网片，楼面结构混凝土强度等级C25～C40。

二、钢管混凝土劲性柱施工

2.1构件制作

钢管构件的壁厚2～6cm，用国产Q345钢板制作。壁厚3cm以上的钢板须进行超声波检测，以防下料后有夹层、层裂等缺陷。壁厚5cm以上的钢板还必须满足Z15级断面收缩率指标要求，以防焊接时出现层状撕裂。钢管构件采用计算机翻样，在构件厂加工制作，出厂前除检查尺寸和预留孔位置外，还要对焊缝进行超声波检测。钢管构件制作时，根据安装方案及现场实际吊装能力对构件进行分割、分段加工，现场焊接组装。钢管柱接长采用坡口焊接，每段钢柱上下端部各焊一根加劲板，加劲板中间开圆孔，供浇筑混凝土用。

2.2地下室钢管柱施工

钢管柱安装在挖孔桩上，用4根Φ30定位螺栓固定，柱脚与桩头之间用8块工20a工字钢做垫块。钢管柱安装前将桩头表面凿平，在柱脚螺栓的位置钻Φ38孔，用环氧树脂胶泥将定位螺栓固定。经现场测试，单根定位螺栓的抗拔力达到50kN，经验算可满足正常情况下底板浇筑混凝土前钢管柱的稳定性要求。

由于地下室施工工期较短，因此在制订施工方案时，考虑地下室三层钢柱的柱身和柱脚不分段，制作成一根整柱。整柱最长15.2m，重约30t，在加工厂制成后用拖车运到施工现场，选用SG500-2履带吊开进基坑中进行吊装。地下室钢管柱在-0.030m标高处设有吊耳，单点起吊。吊装就位后校正钢管柱的轴线、垂直度和标高。垂直度和标高通过用薄铁片调整垫块来进行。校正结束后拧上螺帽，柱四面用4根缆风绳拉紧固定，底板混凝土浇筑前不能松动，混凝土浇筑完即复核，通过缆风绳的收紧和放松来微调钢管柱的垂直度。

2.3±0.000以上钢管柱安装

根据塔吊的吊装能力，±0.000以上钢管柱以每一层或两层柱为一节，柱接头留在距楼面1.2m处，以便焊工操作。钢管柱制作时，每个面的上下两端各焊两块临时耳板，耳板上钻两个螺栓孔，钢管柱吊装就位后用螺栓和连接板将上层钢管柱临时固定。钢管柱校正前，先将轴线控制网用激光天顶仪引至施工层，并用经纬仪将纵横向的控制线投测到柱顶的钢板条上，对比控制线到柱顶中线的尺寸与设计计算尺寸的结果对钢管柱进行校正。根据具体情况，每隔一层或数层检查一次钢管柱标高，发现偏差及时调整。

2.4钢管柱的焊接及质量检验

钢管柱焊接时遵循对称施焊的原则，由2名焊接水平和焊接速度相近的焊工同时施焊。对现场焊缝的质量采用超声波进行检验，按设计要求每条焊缝均进行探伤，合格后方允许对焊缝进行隐蔽。

三、钢筋混凝土施工

3.1施工程序

与普通钢筋混凝土结构相比，本工程增加了钢管混凝土劲性柱和转换层桁架，因此要待钢管柱焊接检测合格后，才能施工钢筋混凝土结构。每一楼层的施工程序为：钢管柱安装、校正、焊接、检测→钢管柱内混凝土浇筑→剪力墙、钢管柱外侧钢筋绑扎、验收→支设柱、剪力墙模板→架设楼面梁板模板→梁板钢筋绑扎、验收→浇筑混凝土→养护、放线→进入下一楼层施工。

3.2钢筋工程

楼面采用普通钢筋混凝土肋梁楼盖，楼板钢筋采用冷轧带肋钢筋焊接网片，这种钢筋网具有施工方便、弹性好、节约钢材和降低工人劳动强度等特点。钢管柱外钢筋连接采用锥螺纹连接和电渣压力焊。梁中钢筋采用冷挤压连接和对焊连接。处理方法如下。

（1）梁柱节点部位梁筋处理

劲性钢柱采用方柱（裙楼4根柱为十字形柱），钢管柱制作时预留梁筋穿插孔，主梁预留孔在下，次梁预留孔在上。在柱内预留孔的上下各焊一块加劲板，加劲板中间设圆孔供浇筑混凝土用。对于锚入钢管柱的梁筋，预先在钢筋上量出锚固长度，并做标志，以便检查；穿过钢管柱的钢筋，在柱的外侧梁跨中受力较小的部位用冷挤压套管连接。

（2）柱筋遇钢牛腿及钢梁时的节点处理

钢管柱外设计有15cm的钢筋混凝土围裹，部分钢柱有钢梁或牛腿与之相连，柱子主筋无法穿过，这一部分柱筋或在节点部位弯折锚入梁内，或与钢管柱节点部位的加劲肋相焊接。

3.3模板工程

井筒采用电动提升筒模施工技术，柱和核心筒剪力墙的外模采用定型胶合板大模板。由于独立钢管的柱模无法设穿柱对拉螺栓，为此专门设计了特殊的工具式柱箍，采用[12槽钢和12加劲筋制作，槽钢预先反拱6～8mm。由于建筑物的立面发生变化，8层以上的边柱和角柱外形呈不规则的棱柱形，制作模板时按1：1放样，安装时则采取先安装角柱模板，其他边柱模板用拉通线和吊垂直相结合的方法，边柱和角柱的倾斜率用特制的斜率尺与经纬仪配合检查。

3.4混凝土工程

本工程全部采用C30～C60预拌混凝土，其配合比经反复试验后确定，现场检查混凝土的坍落度，C50以上混凝土的坍落度损失比较快，从其出厂到送至浇筑部位，时间不得超过1h，若超过1h仍未浇筑要重新检查其坍落度，不符合要求的混凝土不准使用。混凝土的试件按规范要求留置，每台班不少于2组。劲性柱的混凝土分两次浇筑，先浇筑钢管柱内混凝土，再浇筑钢管柱外混凝土。钢管柱内混凝土用塔吊和串筒浇筑，在梁筋绑扎前浇至梁下，每次下料高度不超过1m，用振动棒振捣，每层柱内混凝土连续浇筑完毕，柱外混凝土和梁板混凝土一起施工。由于钢管柱外有抗剪栓钉，柱筋较密，柱外采用人工下料，速度不宜过快，以免发生阻塞，每次下料高度控制在50cm以内，采用特制小振动棒进行振捣；部分钢管柱外有牛腿或钢梁相连，振动棒无法从上面插入，改从柱外振捣。

地下室柱高15m，钢管柱内混凝土用串筒下料，操作人员通过爬梯进入1/3柱高处进行振捣，地下-3层钢管柱内的混凝土强度等级为C60，底板的混凝土同时浇筑，浇至-2层梁下。每次钢管内混凝土浇筑完成后，上面用盖板遮盖，以防杂物和雨水进入。再次浇筑前先用10cm与混凝土同成分的水泥砂浆铺底，以免浇筑时石子反弹。

四、几点结论

（1）本工程采用钢管混凝土劲性柱作为结构的竖向承重构件，可以减少竖向构件的截面尺寸，相应增加使用面积。

（2）本工程钢管混凝土柱外设有15cm厚钢筋混凝土，既可起承重作用，又可兼作钢管柱的围护，节约了钢管柱的维护费用。