超高层大直径钢管混凝土柱施工技术

超高层大直径钢管混凝土柱施工技术

【摘要】结合在重庆新闻传媒中心工程施工中的实践，介绍大直径钢管混凝土柱制作、定位、吊装、焊接以及钢管内混凝土浇筑等方面的施工方法，积累了一些高层建筑钢管混凝土柱施工方面的经验。

【关键字】钢管混凝土柱、制作、吊装、焊接、浇筑

1、工程概况

重庆新闻传媒中心一期工程位于重庆市渝北区空港新城同茂大道和秋城大道相交处西北侧，同时也位于轨道交通五、十号线交汇处的西北侧，即重庆空港新城两路组团F-132-1地块。地下5段（含基础段，除基础段，其余每段为一层高度），地上22段，共27段采用钢管混凝土柱，每层14根，最大钢管混凝土柱高度（地下/地上）-20.7m/99.9m。施工高度高，难度大，工艺复杂。钢柱与结构层间砼梁的连接采用环板+牛腿的方式，其节点大样如下图1所示。钢管柱分布、规格及混凝土强度等级如下表1所示：

表1 钢管柱分布、规格及混凝土强度等级

序号分布区域楼层规格备注

1 16轴-19轴/F轴-K轴

基础、-4F~3F

（含3F）φ1200*30

钢管柱内浇

筑素混凝土

强度等级：1

段-23段为

2 16轴-19轴/F轴-K轴

4F~10F（含

10F）

φ1200*25

3 16轴-19轴/F轴-K轴

11F~22F（含

22F）φ1200*20

C60ZY；24

段-27段为

C50ZY

图一混凝土梁与钢管混凝土柱连接A型节点

图二1-1剖面

图三A型节点A-A剖面图

图四2-2剖面

图五梁与钢柱节点典型实物图

2、钢管柱制作

2.1 钢管柱制作工艺流程：

施工图→原材料复检→钢板号料→自动切割下料→钢板坡口加工→钢板卷制→二氧化碳气体保护焊打底焊→碳弧气刨清根→焊钢管直焊

缝→超声波探伤检验→校正→钢管对接、拼装→焊钢管环焊缝→超声波探伤检验→焊内衬环、耳板→除锈、涂装→检验合格出厂。

2.2制作前的准备

（1）技术准备：在充分、详实的审图基础上，依据设计交底、设计变更及规范要求等绘制加工详图，明确加工工艺要求、技术规定《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）、质保体系等；

（2）主材准备: 钢管柱的钢管及预埋环板采用Q345-B钢材(镇静钢), 锚栓、耳板采用Q235-B 钢材(镇静钢)。焊条选用E4315、E4316和E5015、E5016型系列焊条;

（3）统一量具：所有参加与制作及质检人员所使用的一切量具，不仅要统一厂定、统一校核，而且必须定期送计量部门或自行严格校核，使其符合国家有关规定

（4）模具制作：本工程的钢管卷制采用3辊卷板机进行卷制，由于卷板机的相邻两滚轮中心轴线间的距离达350mm，故钢管卷制后，此范围内是平直段，满足不了钢管应有的圆度。

2.3制作要点

（1）钢板气割前应将切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气割后应清除熔渣和飞溅物；

（2）放样、号料应根据工艺要求预留制作和安装的焊接收缩余量；制作时应考虑切割余量；

（3）中板下料用自动切割机进行下料，而薄板下料采用机械剪切，切割后均需清除毛刺；

（4）切割后出现变形的零件，要矫正其平直度，质量要求为局部弯曲矢高f的允许偏差值在1.5mm范围内（f≤1.5mm）；

（5）板材坡口加工及端面加工，为保证施工质量，应进行线切割，其加工余量不应小于2.0mm。

3、钢管拼接组装

（1）组装前，应先检验合格，所有焊接面需按要求打磨,打磨范围：焊缝边缘每边30～50mm，并不得有大于1mm的局部缺口;

（2）钢管柱每层只有一个拼接点，其节点在楼层以上1.2m位置，钢管柱长度按楼层高度加工；

（3）钢管卷制：卷管方向应与钢板压扎方向一致。在卷板过程中，应注意保证管端平面与管轴线严格垂直。卷压钢板时，考虑到一次变形量不能太大，应及时调整上滚间隙。钢管卷制后应在管端打上十字轴线并作标记。

（4）组对时上、下节间相邻两条纵缝应错开500mm以上。把钢管放在托轮架上，在钢管上划出O°、90°、180°、270°四根基准线，作为后续组装的基准线，划线时全盘考虑钢管柱及连接节点部件的位置、方向，便于现场组对及垂直度观测。

（5）钢牛腿组装：钢牛腿由上、下外环板及其腹板组成，按照四个方向均部置有钢牛腿计算，其对称方向上的钢牛腿最外端跨距为2.9m，在平板胎架上无法完成组装工作，故制作专用胎架对钢牛腿进行组装。如下图2所示：

表二组装胎架一用料表（见下图）

序号材料名称型号规格材质重量㎏件数总重量㎏

Q235

1 热轧H型钢HW200*200*8*12

1566 4 6264

B

Q235

534.4 4 2137.6 2 钢板δ=20

B

图2 牛腿组装

（6）钢管焊接成型后，为消除焊接变形，应采用机械校正，直至达到尺寸精度要求。机械校正无法完成的可用热加工来校正。

（7）在钢管卷制过程中，由于设备和材料的条件限制，需要进行对接，其对接在托轮架上进行操作。对接时应严格保持焊后管肢平直。焊接时，除控制几何尺寸外，还应控制焊接变形，焊接宜采用分段反向顺序，分段施焊应保证对称，并预留对接间隙，以抵消收缩变形。

（8）钢管对接时，为确保对接处的焊接质量，在对接处钢管内壁设置附加衬板，其宽度为100mm，厚度为6mm，与管内壁保持0.5mm的间隙。

4、钢管柱与基础承台的连接

4.1工艺流程：

浇注基础C30垫层→绑扎底部钢筋网片→绑扎侧壁钢筋网片→安装4根M36锚栓→检查锚栓定位精度→定位环板预埋。

4.2 钢管柱锚栓定位

在基础坑槽验收合格后，浇筑基础C30垫层砼，绑扎底部网片钢筋，绑扎侧壁钢筋，绑扎侧壁钢筋的同时开始安装4根M36锚栓，锚栓安装定位的准确，直接影响钢管柱的安装精度，采用外径

900mm，宽度100mm，厚度10mm的钢板带，定位锚栓位置，而后采用钢管支架固定钢板带的方式进行锚栓的空间定位。

图3 钢管柱底定位示意图

4.3钢管柱锚栓安装

锚栓安装前由测量在基坑垫层上用全站仪放出基坑十字线，按照图纸分出4根立杆的外边线，在绑扎底部钢筋时避开4根立杆的位置，并沿着钢管切线放线钻φ16mm，深度20mm的孔，然后用φ16mm 钢筋打入孔内，把钢筋与立杆进行焊接，钢管焊接完毕后把三层网片