型钢混凝土柱施工工法

型钢混凝土柱施工工法
中油吉林化建工程有限公司
苏畅宋志宇王晓龙
1.前言
中海石油炼化有限责任公司惠州炼油二期项目中的30万吨/年LLDPE装置中的脱气和挤压造粒厂房，整体结构下部为钢筋混凝土框架，厂房屋面以上为钢结构构架，构架上安装工艺管道及设备，钢筋混凝土与上部钢结构构架之间过渡区采用型钢混凝土柱设计方案。

该设计方案充分考虑了结构整体安全、稳定、耐久等要求，因此目前各领域建设项目中得到广泛应用，但由于型钢混凝土柱传统施工工艺操作难度大，且措施用材料必须连接或穿过主体结构，影响主体结构稳定性，项目部组织设计、优化新的施工方案，克服了施工难题，最终圆满的完成了该项施工任务。

2.工法特点
2.1型钢混凝土柱的施工工法，应结合钢筋混凝土结构和钢结构柱施工特点，在传统施工工艺基础上优化、创新，着力解决以下施工重点、难点问题。

2.2型钢混凝土柱中内箍筋应穿过十字钢柱，纵向主筋应穿过结构层钢梁，因此必须保证钢柱、钢梁预制过程中开孔精度，细化开孔、穿筋方案。

2.3型钢混凝土柱侧模板加固不同于钢筋混凝土柱侧模板加固，因为十字钢柱位于型钢混凝土柱中心，用于加固模板的对拉螺栓不能从柱中间穿过。

传统工艺一般采用单头螺栓分别焊接在十字钢柱四面的栓钉上拉紧的方法，但是该方法不能应用于梁、柱节点无栓钉区域，为此设计了新的模板加固方案，有效的解决了该难题。

2.4型钢混凝土柱截面尺寸大，振捣施工必须计算振捣设备影响范围，才能保证混凝土振捣密实，并采用分层浇筑混凝土的施工方案，保证混凝土的施工质量。

3.适用范围
适用于设计文件中要求采用型钢混凝土结构的柱施工，包括型钢混凝土柱中钢结构的制作、安装施工，型钢混凝土柱钢筋、模板制作、安装及混凝土浇筑施工。

4.工艺原理
型钢混凝土在结构特性上充分发挥了钢筋混凝土结构和钢结构各自的优势，发展前景广阔。

然而任何新技术的应用，都应建立在方案可行的基础上，而型钢混凝土的施工工艺可以充分借鉴钢筋混凝土结构和钢结构施工工艺，将二者工艺重新组合优化，合理安排制作、运输、安装、浇筑等工艺流程，产生型钢混凝土结构特有的施工工艺，因此具备了很高的应用性。

同时也是型钢混凝土柱工艺原理的形成依据。

5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工准备→钢柱预制→钢柱安装→竖向受力钢筋安装→箍筋安装→绑扎钢筋→安装模板固定架→模板安装→模板加固→浇筑混凝土→养护→验收
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、参加图纸会审，熟悉图纸，编制施工方案及安全技术交底等施工文件。

2、提报材料计划，由材料采购人员组织招标采购。

3、施工开始前完成施工方案等报审。

4、进场的施工设备、机具、测量仪器向监理单位报验。

5、进场特种作业人员操作资格证明文件向监理单位报验。

6、对操作人员及施工人员进行安全、技术交底。

7、绘制模板固定架详图并组织采购、加工。

5.2.2钢构件预制、安装施工操作要点
钢构件预制钢柱、钢梁上钻孔涂刷防腐涂层
翼缘板焊锚固钉
钢构件现场拼装现场焊接钢柱安装钢梁及斜支撑斜支撑翼缘板钻孔
图5.2.2-1钢构件预制、安装施工工艺流程图
1、依据《型钢混凝土组合结构构造》（04SG523）图集中条文，型钢混凝土柱中型钢的截面形式可采用焊接H形轧制型钢或H形、十字形、箱型焊接型钢。

本示例工程设计选用十字形钢柱截面。

2、钢构件均在工厂化预制车间内制作，采用埋弧自动焊接技术按设计要求技术参数组焊。

十字钢柱先焊接两块腹板，再焊接四块翼缘板。

3、在十字钢柱翼缘板上焊双排抗剪栓钉，抗剪栓钉间距应符合规范及设计要求。

边柱、角柱、中柱应分别编号，并应注意，节点区范围内不焊抗剪栓钉。

4、钢柱腹板箍筋预留孔及钢梁翼缘板主筋预留孔在预制工厂内经过精确定位后钻孔。

5、预制构件出厂前应进行防腐处理再运至施工现场，钢柱及抗剪栓钉均应按设计要求的材料涂刷表面防腐涂层，防腐涂层宜选用聚氨酯类涂膜，具有良好的混凝土附着力。

6、钢柱、钢梁及斜支撑按《钢结构工程施工规范》（GB50755-2012）要求现场安装，结构主筋穿过斜支撑翼缘板的预留孔现场钻孔，便于避免安装误差，由于预留孔为斜向穿过孔洞，采用磁力钻机钻孔前，应预制小型钢制带倾角吸附平台，将吸附平台固定在斜支撑翼缘板上，钻孔时磁力钻机吸附在平台上作业，应注意上下翼缘板预留孔中心线保证通线。

图5.2.2-2 斜支撑现场钻孔作业示意图
5.2.3钢筋加工、安装施工操作要点
1、 主筋进场后摆放过程中应在中部加垫木，避免塌腰。

主筋有弯折的应弃用，因为主筋安装过程中需穿过结构钢梁腹板预留孔，精度要求较高，因此必须加工调直。

2、 内箍筋分节点区和非节点区两套加工方案，因此箍筋加工前应分位置编号、放样，应特别注意节点区中部拉钩筋的两端弯钩，一端为直角弯钩，另一端为135°弯钩。

3、 节点区箍筋应在竖向主筋焊接前安装完毕。

外箍筋分段穿过型钢预留孔后焊接闭合，同一平面焊接接头不应超过50%。

（参考下图5.2.3-1 箍筋分段安装示意图）
图5.2.3-1 箍筋分段安装示意图
4、 钢筋加工完毕，应涂刷聚氨酯类防腐涂层后安装。

5、 节点区内箍筋由直角弯钩端穿过钢柱腹板预留孔，节点区箍筋应100%绑扎牢固。

6、 非节点区箍筋可以预先套在主筋上落在柱根部，主筋焊接完毕后按设计间距串筋、绑扎。

上下两层箍筋水平方向上连接点应错开绑扎。

7、 钢筋穿过位置，型钢上应按设计及规范相关要求焊接补强板。

图5.2.3-2 节点区钢筋安装示意图
图5.2.3-3 非节点区钢筋安装示意图
抗剪栓钉
5.2.4模板安装施工操作要点
1、型钢混凝土柱中的钢柱阻挡模板加固用对拉螺栓穿过的空间，因此模板竖向中轴线部位无法用对拉螺栓加固，传统做法将对拉螺栓截断，分别焊接在抗剪栓钉上，不仅操作难度大，而且栓钉焊后受热，可能产生应力变形，一定程度上减损了栓钉抗剪作用，且节点区无栓钉，无法焊接加固；如果采用对拉螺栓穿过主体结构，对拉螺栓不属于工程主体结构一部分，混入主体结构不符合设计及规范要求，因此我单位施工前重新设计模板加固方案，采用模板固定架将模板和结构钢筋拉紧，整体加固，经过计算完全满足模板加固要求，并且不会对主体结构造成任何负面影响。

图5.2.4-1 模板固定架加工图
2、模板安装前，应在模板内表面涂刷脱模剂。

3、示例工程仅柱为型钢混凝土结构，无混凝土梁板，因此施工不能搭设满堂脚手架，柱周围空间范围内无支撑点，增加了梁、柱节点区柱模板安装、加固难度。

4、单侧侧模板裁成两片，加工过程中切割出钢梁翼缘板插槽，安装过程中将两片模板插到钢梁翼缘板上。

5、节点区模板加固木方横向设置，与钢梁同向受力，模板固定架分别安装在钢梁两侧与加固钢管、主筋锁紧，外侧用井字钢管架与钢梁连接固定。

6、钢梁上、下模板拼接处用模板固定架锁紧。

图5.2.4-2 节点区模板安装示意图
7、非节点区模板加固木方竖向设置，与钢柱同向受力，模板固定架用于模板中部不能使用对拉螺栓加固区域，按计算间距安装，与加固钢管、主筋锁紧。

8、模板两边区域用对拉螺栓加固，与柱两侧加固钢管分别锁紧。

9、模板固定架尾部焊接支架，支架顶在钢柱翼缘板上，加强模板体系整体稳定性。

10、模板安装完毕后，应使用密封条对模板与型钢接触部位密封。

11、用密封条封闭模板接缝，防止混凝土浇筑过程中漏浆。

图5.2.4-3 非节点区模板安装示意图
5.2.5混凝土浇筑施工操作要点
1、混凝土浇筑前，应计算振捣影响区范围，选择合适的振捣设备。

2、混凝土运至现场先做塌落度试验，塌落度应满足泵送要求。

3、混凝土宜采用分层振捣工艺施工，分层高度不宜超过3m。

4、一次浇筑高度超高，应在模板中部留置振捣口，浇筑完下层混凝土后封堵，再浇筑上层混凝土。

5、一次投料振捣高度不超过1.5m，用混凝土体积控制高度，振捣时间以混凝土表面无气泡泛出为准，设专人监控。

6、混凝土浇筑过程中，应保证柱截面内分区振捣，避免漏振。

1.5R
图5.2.5 分区振捣示意图
7、混凝土浇筑完毕，按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）规定留置试块。

5.2.6混凝土养护操作要点
1、混凝土浇筑完毕后的12h以内，对混凝土加以覆盖并进行保湿养护。

2、混凝土浇水养护的时间：对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d；当采用其他品种的水泥时，混凝土的养护时间应根据所采用的水泥的技术性能确定。

3、混凝土养护用水应与拌制用水相同，浇水的次数应能保持混凝土表面处于湿润状态。

4、采用塑料布覆盖养护的混凝土，其敞露的全部表面应覆盖严密，并应保持塑料布内有凝结水。

5、在混凝土强度达到1.2Mpa前，不得在其上踩踏或安装模板及支架。

5.3劳动力组织（见表5.3劳动力组织情况表）
本工法劳动力组织情况表适用于规模为施工面积5000m2的结构过渡层型钢混凝土施工。

6.材料与设备
6.1主要材料（见表6.1主要材料表）
表6.2主要设备表
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
7.1.1钢构件预制、安装施工
钢构件预制、安装施工质量执行检查《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001），制孔允许偏差按表7.1.1-1 制孔的允许偏差表；钢柱安装按表7.1.1-2柱子安装的允许偏差表执行检查。

表7.1.1-1 制孔的允许偏差表（mm）
7.1.2钢筋加工、安装施工
钢筋加工、安装施工质量执行检查《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015），钢筋加工允许偏差按表7.1.2-1钢筋加工允许偏差表；钢筋安装允许偏差按表7.1.2-2 钢筋安装位置的允许偏差表执行检查。

表7.1.2-1 钢筋加工允许偏差表（mm）
表7.1.2-2 钢筋安装位置的允许偏差表（mm）
7.1.3模板安装施工
模板安装施工质量执行检查《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015），模板安装允许偏差按表7.1.3模板安装允许偏差表执行检查。

表7.1.3 模板安装允许偏差表（mm）
模板安装施工质量执行检查《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015），模板安装允许偏差按表7.1.3模板安装允许偏差表执行检查。

7.2.1钢构件预制、安装
1、施工用原材料必须严格按规范标准全数检查验收，包括检查材料外观、质量证明文件、合格证及检验报告等；
2、钢构件的加工质量，应检查其几何尺寸，连接板零件的位置，角度、螺栓孔的直径及位置，焊接质量外观，焊缝的坡口，磨擦面的质量，焊缝探伤报告及所有钢结构制作时的相关资料；
3、钢构件安装质量，应对钢柱的轴线位移、垂直度，钢梁、钢梁的水平度、跨中垂直度，侧向弯曲等进行仔细的检查验收，并做好详细的检查验收记录；
4、加强施工质量自检、互检、专检的力度，及时处理本工序出现的质量问题，防止本工序的质量问题带入下一道工序，避免恶性循环，并做好各种施工记录，确保资料的完整性。

7.2.2钢筋加工、安装
1、施工用原材料必须严格按规范标准全数检查验收，包括检查材料外观、质量证明文件、合格证及检验报告等；
2、钢筋加工质量，应检查受力钢筋的弯钩和弯折，箍筋末端弯钩等弯弧内直径、弯折角度、弯后平直部分长度、形状和尺寸；
3、钢筋安装质量，应检查受力钢筋的数量和直径，钢筋间距、搭接长度等。

7.2.3模板安装、混凝土浇筑
1、模板安装质量，应检查模板支撑、立柱位置和垫板，避免隔离剂玷污，表面平整度，模板体系稳定性等；
2、混凝土浇筑质量，应重点检查混凝土强度、拆模强度、表面平整度、有无蜂窝、麻面等质量缺陷；
3、混凝土浇筑质量控制，混凝土浇筑应加强过程控制，对混凝土原材料均匀性，混凝土浇筑时间、振捣等加强控制。

8.安全措施
8.1 现场安全管理应执行《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）中相关规定，按检查评分标准现场打分，发现问题立即整改。

8.2 进入施工现场的人员应先进行“三级”安全教育。

8.3 进入施工现场的人员应正确佩带合格的劳动保护用品及施工防护用品。

8.4 参加压桩施工的人员均应有相应的资质，分工明确，并建立岗位责任制。

不得在操作前临时调换工种，保持吊装队伍稳定。

8.5 起重指挥应由技术培训合格专职人员担任。

作业前，应对起重机械设备、现场环境、行驶道路、架空电线及其他建筑物和吊管桩情况进行了解，确定吊装方法。

8.6 加强机械设备日常检查，预防漏电、触电事故。

8.7 施工现场应按规范要求配备充足的灭火器材，并组织消防安全演练。

8.8 高空作业人员应提供体检证明，心脏病、高血压等病史人员严禁高空作业。

8.9 进行高空作业时，应配备安全带、安全绳，并应有专人监护。

8.10 施工作业应避开高压电线，如有，必须与保持规范规定的安全距离。

8.11 对各种机械设备应定期检查和维修。

8.12 脚手架搭设应符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）相关规定的要求，并应定期检查脚手架稳定性等。

8.13 施工作业区域内应按规范要求设置必要的安全警示、防护设施，危险作业应划分单独的隔离带。

9.环保措施
9.1 建立施工现场环保组织机构，明确环保管理责任人，切实贯彻环保法规，严格执行国家及地方政府颁布的有关环境保护、水土保持的法规、方针、政策和法令。

9.2 安排洒水车专门负责施工现场洒水，保持场地湿润，防止扬尘。

9.3 严格执行《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-2011），控制和降低施工机械和运输车辆造成的噪声污染。

合理安排作业时间，尽可能将打桩作业安排在白天施工。

9.4施工现场废弃物应分类管理，统一堆放，集中处理。

9.5 施工现场各种施工用材料应分类摆放，易受自然环境影响的材料应及时入库，保证施工现场的整齐划一。

9.6施工现场用水、用电施工时，应编制节能减排方案，避免能源浪费。

9.7做好地表排水，在工作垫层四周做好排水沟，防止雨水冲刷。

9.8 施工现场修建排水沟、沉淀池，施工中产生的废水，必须经过沉淀处理，不能随意排放。

10.效益分析
10.1经济效益：
按传统施工方法加固模板，需要增加焊工将对拉螺栓焊接在栓钉上，并矫正水平度，柱模板四周需力工配合安装环箍，人工费、措施费、材料费均高于本工法加固方案，综合计算费用做比较，本工程仅模板加固费用即节省20余万元，经济效益显著。

10.2技术效益：
本工法施工措施不破坏主体结构，不与主体结构连接，保证了结构稳定性、安全性，技术上由于传统施工方法，技术效益更优。

10.3社会效益：
型钢混凝土作为过渡区，可以丰富结构使用功能，具有很好的社会效益，但因为施工难度较一般混凝土结构、钢结构均复杂，并且传统施工工艺存在问题，一定程度上限制了型钢
混凝土的应用，本工法着力解决了这些施工难题，为结构应用提供了更高效施工方案。

11.应用实例
11.1中海石油炼化有限责任公司惠州炼油二期项目30万吨/年LLDPE装置
该项目建设地点位于广东省惠州市大亚湾经济技术开发区内，脱气和挤压造粒厂房底层31.7米以下是钢筋混凝土-剪力墙结构，40.8米至97米是钢结构，混凝土结构与钢结构之间设置了9.1米的过渡层，过渡层采用型钢混凝土结构，开工日期为2016年03月15日，完工日期为2016年11月15日。

11.2中海石油炼化有限责任公司惠州炼油二期项目40万吨/年高密度聚乙烯HDPE装置
该项目建设地点位于广东省惠州市大亚湾经济技术开发区内，挤压造粒厂房底层31.7米以下是钢筋混凝土-剪力墙结构，40.8米至75米是钢结构，混凝土结构与钢结构之间设置了9.1米的过渡层，过渡层采用型钢混凝土结构，开工日期为2016年03月15日，计划竣工日期为2016年11月15日。

11.3以上两个案例工程均为中海石油炼化有限责任公司惠州炼油二期项目中核心装置，属于主装置环保配套项目，必须与主装置同时投产使用，因此，建设单位对工期及工程质量提出了较高的要求，要求保证质量的前提下尽快完成过渡层型钢混凝土施工，我单位通过新施工方法的应用，较厂区内其它同类施工项目提前1个月完成了过渡层施工任务，并通过了质量验收，获得建设单位好评，在经济效益和社会效益上收效显著。