重庆大学现代施工技术作业

研究生课程考核试卷
（适用于课程论文、提交报告）
科目：现代施工技术教师：姚刚
姓名：xxx学号：xxxxxxxxxxxxx
专业：结构工程类别：（专业）
上课时间：2017年10月至2017年12月考生成绩：
阅卷评语：
阅卷教师(签名)
钢管混凝土叠合柱施工技术及应用
XXX重庆大学土木工程学院
摘要：在我国的建筑施工工艺中，钢管混凝土的叠合柱施工是一项新兴的施工方法，与传统钢筋混凝土结构相比，具有更好的刚度和抗震性能。

本文从钢管混凝土叠合柱主要特点、钢管混凝土叠合柱施工过程分析及钢管混凝土叠合柱施工过程分析技术措施这三方面进行阐述。

1.引言
随着大型高层建筑的施工崛起，建筑师对于建筑物的刚度和抗震能力的要求越来越高，而在高层建筑的施工过程中，钢管混凝土的叠合柱作为一项新兴的施工方法，被广泛的应用到当前的大型建筑之中，施工技术也日趋成熟。

钢管混凝土叠合柱是由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土叠合而成的柱，这种结构形式不仅能够能有效地减小柱断面，减轻自重，并大幅提高构件的承载力，满足建筑的抗震和稳定性要求，而且造价较低，而混凝土又可以弥补劲性结构刚度的不足、外包的混凝土还使得叠合柱的抗火性能有所改善，彼此取长补短。

与传统现浇混凝土柱相比，钢管混凝土叠合柱对施工工艺的要求更高，变截面钢管安装、大尺寸柱模板搭设等施工过程仍然是施工过程所面临的难点，且钢管混凝土体系受力性能的优越性需要进一步得到验证。

因此，技术相关的研究人员对钢管混凝土叠合柱的施工技术进行相关总结，理论研究，提出施工要点，取得不少科研成果，对于推广先进的，适用钢管混凝土叠合柱施工技术，提高工程质量，加快施工速度，提高劳动效率等具有十分重要的意义。

杨春[1]、林拥军[2]、聂建国[4]等人进行了大量的静力试验研究，结合理论分析得到了相应的承载力计算公式。

与钢筋混凝土柱相比，由于核心钢管的存在，钢管混凝土叠合柱表现出优越的耗能能力和延性。

李惠[5]、林拥军[3]、陈周熠[6]等人对钢管混凝土叠合柱的动力性能进行了试验研究和理论分析，试验表明，叠合柱有良好的抗震性能。

侯舒兰等人建立了外荷载和火灾升、降温共同作用下钢管混凝土叠合柱的有限元计算模型,对钢管混凝土叠合柱在升、降温火灾和外荷载共同作用下的温度场分布、破坏形态、变形特点和内力分布情况等进行了分析[7]。

林立岩等人指出自钢管混凝土叠合柱启用后经过lO年的深化研究，各单位进行了大量结构性能试验，这种新结构日趋成熟。

并分析了随着高强高性能混凝土的推广应用和高强厚壁直缝埋弧焊管的大量供应，使叠合柱的设计更加先进合理，更加经济的可能性[8]。

黄用军、尧国皇等人结合深圳卓越²皇岗世纪中心项目的塔楼设计，介绍了钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土梁节点的处理方法[9]。

王爱军等人结合深圳绿景纪元大厦15层以下钢管混凝土叠合柱结构综合施工技术,围绕钢管柱的分段、深化设计、钢板工厂卷制、拼装焊接、现场安装、钢筋安装、模板加固、混凝土浇筑等一系列细节问题进行阐述[10]。

对于钢管混凝土体系受力性能，施工技术等还有其他相关研究，在此不再一一列出。

2.钢管混凝土叠合柱主要类型
2.1 钢管混凝土叠合柱定义
钢管混凝土叠合柱是一种以钢管混凝土柱为芯柱，在钢管外围绑扎钢筋并现浇混凝土而成的组合构件。

典型的叠合柱截面形式包括“圆管圆柱”、“圆管方柱”和“方管方柱”3种形式，其中“圆管方柱”形式较为常见。

2.2钢管混凝土叠合柱类型
钢管混凝土叠合柱可以细分为两种：同期叠合柱和不同期叠合柱，在使用钢管混凝土叠合柱中运用到不同期的叠合柱，所使用的施工方式有别于同期叠合柱，施工过程按照施工工艺分为同期施工和不同期施工。

同期施工是指管内混凝土和管外混凝土同时浇筑；不同期施工是指先浇管内混凝土，待管内混凝土达到强度后，再浇管外混凝土，一次来形成一个整体的混凝土柱型结构。

同期施工时，芯柱和管外混凝土同时承受竖向荷载，竖向荷载按构件轴向刚度分配。

当不同期施工时，芯柱需超前承受部分竖向荷载，后浇筑管外混凝土的
荷载再按照轴向刚度分配给芯柱和管外混凝土。

因此，对于不同期施工的叠合柱，芯柱的抗压承载力可以得到极大的利用，进而提高叠合柱的截面承载力。

在实际工程应用中，可采用如Midas软件中施工阶段联合截面分析功能对叠合柱的施工过程进行数值模拟，分阶段激活钢管、钢管内混凝土和管外混凝土，确定合理的施工方法。

3.钢管混凝土叠合柱主要特点
3.1结构特点及施工方法差异
钢管混凝土叠合柱的主要特点是钢筋混凝土结构的中部和钢管外部结构中的混凝土部分相互重叠在一起的结构，是典型的复合结构。

钢管混凝土叠合柱可以细分为两种：同期叠合柱和不同期叠合柱，所使用的施工方式有所区别。

3.2 可作为楼板支撑
其次，钢管混凝土柱型结构可以作为楼板的支撑，起到承力的作用。

在施工的楼板当中，为了使得荷载有效的向下传递，在楼板间设置有相关的钢筋混凝土柱，以此来分担部分的竖向和横向荷载，在浇筑楼面板的时候，会在浇筑的区域附近预留相应的浇筑孔洞，以便在浇筑的过程中可以起到分配荷载的作用。

等到混凝土达到强度时（通常情况下，规定当混凝土强度达到设计强度的0.5-0.75时，可以认为是达到强度要求，能够下一步的工作），可进行钢管外部的混凝土浇筑，最终达到钢管混凝土叠合柱的整体效果。

4. 钢管混凝土叠合柱施工过程
钢管混凝土组合柱施工包含钢管制作及吊装、钢筋绑扎、模板支设和管内外混凝土浇筑、养护等多道施工工序。

4.1钢管的制作及安装
4.1.1钢管的制作
钢管的使用有固定的规范，一般采用的是800毫米的钢材，在卷制钢管部分需要用二氧化碳作为基本的保护焊结构。

钢管的制作流程简单，但是需要到专业的厂家进行定制，并保证其质量。

卷制的焊接钢管可以是长直的钢管，采用螺旋焊
接缝的结构，需要注意的是，钢板必须平直，不能出现表面锈蚀的现象，厂家在验收的过程中，需要提供一定的试验报告，供采购商验收。

卷管的方向和钢板的压延方面要保持垂直度，同时厚度方面要严格控制在40倍以下，卷制的钢管在使用之前，应该按照要求进行试用，保证其具有良好的开坡口，坡口的顶端和卷轴要垂直对应，没有临时的连接件为最佳。

需要注意的是，在钢管的上端需要加设一定开口处理，开设筋孔时，做好测量工作，保证整体的安装线在合理的位置上，不会出现任何误差，造成后期的施工困难。

4.1.2 钢管的安装吊装方案的选择原则
根据工程钢管所处位置、数量以及单件重量，合理选择吊装机械，还要综合考虑塔吊的布置、位置以及起吊能力，校核吊装能力。

在吊装前先对吊装影响区域进行清理，禁止与吊装无关的施工人员在吊装期间进入吊装区域，专业吊装指挥人员到位，并指挥吊车就位，完成吊装前的准备工作。

钢管柱的吊装应注意以下问题，一是吊装应注意吊装荷载作用下构件的变形，吊点位置应根据钢管本身的强度和稳定性验算后确定。

吊装钢管时，上口应包封，防止异物落入管内；二是钢管柱吊装就位后，应立即进行校正并加以临时固定，以保证构件的稳定性；三是连接件安装校正完毕后，应根据实测垂偏结果来确定焊接顺序，并按照设计要求进行焊接。

4.1.3钢管的安装吊装施工要点
（1）地脚螺栓安装
根据工程结构布置情况确定最佳的控制线，然后在控制线上选择最合理的控制点位置，并利用经纬仪放出控制点位置。

控制点位要避开竖向构件和其他影响通视的不利因素。

为保证建筑轴线位置正确，把经纬仪安置在轴线引桩上，严格调平度盘，对中引桩上的轴线点，后视桩底部的轴线标点，用正、倒镜取中法将轴线投测到柱顶上，之后用钢尺量距、校核，相对误差不大于1/2000，长轴投测1-2条，短轴2-3条，投点允许误差±5mm。

为保证建筑物标高符合设计要求，必须用钢尺以±0.000点为准垂直向上精密测量，把标高传递上去。

首层柱施工时，基础施工过程中预埋地脚螺栓，地脚螺栓安装精度直接关系到整个钢结构安装的精度，为保证预埋螺栓的埋设精度，将每根柱下的所有螺杆用安装支架（成品角钢制作）进行固定，在柱基底部钢筋绑扎完后进行螺栓埋设，
大致就位，在柱基钢筋绑扎校正完后对预埋螺栓进行校正定位，交付验收。

基础混凝土浇筑完毕后再安装钢管柱,应预先制作钢筋或型钢支架，土建完成地下室基础底板垫层施工后，每一个外框柱下部设置一个地脚螺栓。

根据工程结构布置情况确定最佳的控制线，然后在控制线上选择最合理的控制点位置，并利用经纬仪放出控制点位置。

控制点位要避开竖向构件和其他影响通视的不利因素。

（2）首层钢管柱吊装
在正式吊装前先进行试吊，将吊钩与钢管吊耳连接后吊起钢管一端，离地高度为200～300mm时应停吊，检查索具是否牢固，后将钢管完全吊起。

试吊完成后，正式起吊，将钢管吊起稳定于安装位置的上方，指挥吊车缓慢下降，当柱底距离预埋螺栓100mm～200mm高时，由安装工人将钢管牵引至准确安装位置，指挥吊车缓缓下降。

使预埋螺栓穿入柱脚底板螺栓孔，当钢管底板完全落在调节螺母上时，拧紧基础螺栓螺母，使其稳定竖立，达到安全后摘除吊钩。

下柱吊装完成后采用经纬仪和水准仪对钢管进行校正工作，保证钢管的水平标高和轴线位置和钢管垂直度。

尺寸偏差范围应按质量控制措施的要求控制。

（3）钢管柱测量调整
在首节钢柱校正并拧紧螺栓之后才可继续向上安装上节钢柱。

首节钢柱的顶面标高和轴线偏差一定要控制在规范允许值以内，在上节钢柱吊装时要考虑进行反向偏移回归原位的处理，逐节进行纠偏，避免造成累积误差过大。

水平位置根据现场施工总平面布置和施工放线需要，选择合适的控制点位坐标，以保证满足场地平面控制网与标高控制网测量精度要求和长期使用要求确保点位之间有良好的通视条件。

每层楼面轴线垂直控制点不应少于4个。

对应于已完成楼层控制点，在新楼层楼面板相应位置预留直径150mm的贯穿预制和浇筑部分的孔洞。

使用垂准仪在已完成楼层控制点处向上投射激光束，新楼层用激光接收靶进行接收，并旋转垂准仪360°，检查其偏心量，若误差直径小于10mm，则取中作为新楼层控制点，并进一步进行该楼层的测设。

标高测量调整标高利用全站仪进行测量，若标高的累积误差过大，则记录误差用于对上层柱进行处理以控制总高度。

底层柱的垂直度通过地脚螺栓和调整定位架进行调整。

同时利用经纬仪测量垂直度，在构件相互垂直的两个方向用经纬仪照准构件顶部中心点，然后比较该中
心点的投影点与构件底部该点所对应柱侧面中心点的差值，即为构件此方向垂直度的偏差值，偏差值不应大于5mm，若超过则需调整。

视线被挡或由于场地狭窄，不便架设经纬仪时，在构件吊装到位后，将全站仪架设到视野开阔能够大面积观测的平面上，在柱校正过程中，将小棱镜置于柱的顶部四角逐一的测量各点，直到其设计坐标值与仪器所测坐标差相符。

（4）标准层钢管柱的吊装和调整
待首柱完成安装并灌浆后，进行下一层柱的吊装。

根据钢管重量和塔吊的水平确定一次吊装层数，对于底部较大柱采用一层一吊，上部楼层钢管柱缩小，根据塔吊情况可采用两层或多层一吊。

定位架的上下环板有左右两个半环组成，内圆需机加工至钢管直径宽度，并在两个连接板之间预留间隙，以保证圆环能与钢管柱用螺栓能完全紧固，上下环板的螺栓孔必须一致，保证螺栓上下贯通且垂直，才能调整垂直度。

定位架临时固定完毕后，垂直度调整完毕后，塔吊可以摘钩，吊装另一根钢管，从而节省了占用塔吊的时间。

在施工过程中，钢管可能发生直径变化，环板与不同孔径的直径调节板利用螺栓连接固定，以适应于变直径的钢管柱。

直径调节板同样有左右两个半板组成，为了避免与主螺杆及其螺帽相交，在角部开直角口。

在进行下节钢管柱的吊装前，应进行上下环板的固定，首先，将定位架下端的圆环固定在已经安装完毕的钢管柱上，位置要适宜，距柱端一定的间距；并将上环板固定到还未吊装的柱子上，同样，位置要适宜，距柱端一定的间距；将上环板固定所用的下螺母拧至需要的位置，且保证四个螺母的标高相同。

钢管的临时固定：用塔吊将构件吊至需要安装的位置，由信号工指挥，慢慢降落并对准螺栓；将上环板缓慢落至螺母上，上环板拧紧并初步拧紧螺栓的上螺母。

通过调整专用定位架下螺母来调整垂直度，调整完毕后将上下螺母拧紧，再次复测垂直度和间隙，并且在两个方向上再次采用经纬仪来检查垂直度，满足要求后，就可以将塔吊摘钩，吊装下一根钢管柱。

（5）钢管柱焊接及检测
当上柱的各项指标调整到位后，固定调节定位架，并开始进行上、下柱间的连接焊缝的焊接作业，在钢柱焊缝探伤完成以前不能对柱钢筋进行施工。

等直径钢
管接长时采用等强度坡口对接焊缝，焊缝质量不低于二级标准。

在钢管连接处设置管壁t=6mm的内衬管作为现场环形焊缝的背衬。

焊接前先将接口位置的油污、锈蚀及其他赃物清除干净，打好坡口角度，调整好钢管垂直度，焊接采用分层对称焊接，绕管壁一周为完成一层焊接，多层焊接应连续施焊，其中每一层焊道焊完后应及时清理，如发现有影响焊接质量的缺陷，必须清除后再焊。

严禁在局部连续完成多层焊接。

焊接完成并冷却后，进行焊缝检测，并取下调整定位架。

焊接完成后需要对焊缝及热影响区进行探伤，探伤前应进行相应的现场准备。

4.2 钢管叠合柱钢筋、模板及混凝土施工
4.2.1 钢筋施工原则
钢管叠合柱的钢筋安装较困难，特别是梁的钢筋安装，需要注意以下几点：一是叠合柱钢筋安装是在钢管柱内混凝土浇注完毕后进行的。

所以，在浇注钢管内的混凝土时，需充分考虑梁筋的锚固。

二是钢管柱外主筋接长，应采用直螺纹套筒接长。

三是套柱外侧箍筋。

先将全部箍筋根据不同部位的使用数量，成束临时固定在主筋上，只将少数几个箍筋进行绑扎作为临时固定所用。

4.2.2钢筋施工技术要点
钢管安装完毕后，及时根据图纸进行钢管外钢筋绑扎。

钢筋接头按照50% 错开相应距离。

连接接头时先在楼板面纵筋外露部分绑扎箍筋再将柱四个角部位的柱筋进行机械连接接长，然后进行套箍及其它柱筋的安装绑扎，最后用扭力扳手检查直螺纹接头的拧紧力矩是否达到规范要求。

箍筋的接头（弯钩叠合处）应交错布置在四角纵向钢筋上。

箍筋与纵向钢筋交叉点均应扎牢，箍筋绑扎开口方向应错开。

在柱筋根部以及上、中、下部增设钢筋定位卡，防止柱筋在浇筑混凝土时偏位。

梁的大部分纵向钢筋应直接贯通核芯区，在核芯区内的长度（从叠合柱柱面算起）不应小于20d。

梁纵向钢筋的连接接头不宜设置在核芯区内。

梁的部分纵向钢筋可绕过钢管布置，其余纵向钢筋可穿过钢管。

绕过钢管布置的纵向钢筋的弯折度宜尽量小。

由于梁是相互交错的，在施工中应全面考虑各种钢筋穿插先后顺序，以便更好快速施工。

当钢筋采用从穿孔通过时，孔径应该为：钢筋直径+13mm，预留孔之间的水平中心距离不小于3倍孔径，预留孔边距钢管边不小于3倍孔径。

当开孔的削弱面积大于截面积的30%时需在孔侧和孔间加焊竖向肋板补强处理。

钢管叠合柱的钢管孔洞和钢筋位置在CAD图中1:1放样，以确定钢管孔洞位置，梁
筋安装前首先在模板底部弹出梁中心线和梁底钢筋穿越孔口钢筋位置线、保证钢筋与钢管柱孔口有效对接。

4.2.3模板施工技术要点
模板安装与普通墙柱、梁板安装基本相同，只是由于柱内有钢管，不得随意采用对拉螺杆的办法在型钢上开孔对模板进行加固。

采用槽钢进行加固时，不得在型钢上钻孔。

当柱尺寸较小时，可采用如图1中(a)的做法进行模板加固。

待四片柱模就位组拼并经对角线校正无误后，自下而上安装柱箍。

当柱子的尺寸较大，需加设对拉螺杆时，可采用如图1中(b)的方法，在钢管上焊接螺栓套筒，用以加设对拉螺杆，焊接套筒增加的工序在吊装前进行。

(a) (b)
图1模板搭设方法
套筒采用合适的焊接坡口用于焊接，将大倒角一端面对钢柱点焊，焊接时应对称焊接2点，并应保证套筒和钢柱之间的间隙约2mm，沿着短套筒倒角进行施焊一周。

施工人员焊接完成后应对焊缝逐个进行外观质量检查。

柱箍竖向间距不大于600mm，柱最下面的对拉螺栓距地面200mm。

对拉螺杆和柱箍应满足《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162）中的要求。

还应设置钢管斜撑防止模板整体倾倒。

4.2.4混凝土浇筑
混凝土的原材料、配合比设计应符合高强混凝土结构技术规程（CECS 104）的规定，应在施工前进行配合比设计，确认满足要求后方可正式使用。

所采用外加剂和掺合料的性能和组成应具有相容性。

（1）管内混凝土浇筑
混凝土内应依据设计掺入适量微膨胀剂。

在每层层高上1.5m处的钢管侧壁开
孔进行浇筑，浇筑口大小为100³200mm，并在此浇筑口插入振捣棒振捣密实。

浇筑前，应先浇筑10到20mm厚与混凝土强度等级相同的减石子水泥砂浆。

浇筑完毕后，及时进行封堵。

第一次浇筑至梁底，待核心区钢筋和模板施工完毕后，再进行浇筑，管内混凝土浇筑至高出楼面至少1.2m。

混凝土浇筑前，确定混凝土浇筑高度，在每层钢管根部上开设2cm的观察孔和排气孔，用以进行混凝土浇筑标高的控制。

在规定的标高位置上留设的100³200mm混凝土浇筑孔朝向结构面内，方便钢管内混凝土浇筑。

当该层混凝土浇筑完毕后，将原浇筑孔切割下来的钢板采用二氧化碳保护焊的方式将该浇筑孔封堵，并进行探伤试验，保证满足二级焊缝的要求。

在钢管内部焊接四个边上各点焊接一块板作为焊缝的背衬，焊接时，应保证预热，对层间温度的有效控制；焊接完毕后，确认外观检查合格，用电加热沿焊缝中心两侧各150mm范围内均匀加热至250℃；之后进行保温，采用至少2层3mm厚石棉布围裹并扎紧，待冷至常温后撤去防护。

当浇筑到顶层时，不需再开浇筑孔，直接从钢管顶部进行浇筑混凝土，并从钢管顶口直接插入振捣棒进行振捣。

钢管内混凝土的浇筑质量，可通过敲击钢管进行初步检查，且可在钢管壁上钻小孔进行复查，如有异常，可采用超声波检测。

对不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。

（2）管外混凝土浇筑
需在管内混凝土初凝前，进行管外混凝土浇筑，浇筑前，应先浇筑10到20mm 厚与混凝土强度等级相同的减石子水泥砂浆，浇筑时应用振捣棒振捣密实。

（3）浇筑用料相关参数
混凝土浇筑采用立式浇注法，即普通混凝土柱的浇注方法。

由于钢管内采用C60、C70 自密实混凝土，该级配的混凝土在配置技术水平上必须非常成熟。

C60 混凝土的工作表现：T＝220±20，保塑 3h，坍落度值基本不变，不离析，不泌水，泵送顺畅。

水泥品种及用量：P.O42.5R#硅酸盐水泥440kg/m3，外加剂聚羧酸高效减水剂 ZJC-01：22.5kg/m3,外加剂矿粉 S95:180 kg/m3。

掺合料粉煤灰：40kg/m3，掺合料硅灰：80kg/m3。

C70 混凝土的工作表现：T＝220±20，保塑 3h，坍落度值基本不变，不离析，不泌水，泵送顺畅。

水泥品种及用量：P.O42.5R#硅酸盐水泥 410kg/m3，外加剂聚羧酸高效减水剂 ZJC-01：12.6kg/m3,外加剂硅
灰:30kg/m3。

掺合料粉煤灰： 120kg/m3，掺合料膨胀剂 LX-P2(1)： 41kg/m3。

外加剂必须有优质的流化性能，保持拌和物的流动性、合适的终凝时间及泌水率，良好的泵送性，对硬化混凝土的力学性质、干缩和徐变无不良影响，耐久性好。

（4）混凝土养护及拆除
跟随模板拆除后及时将混凝土独立柱表面用塑料布进行包裹。

在柱头上浇水使柱体塑料布内充分湿润，每天浇水次数由天气决定，原则为保持混凝土表面湿润。

柱体每日在两次左右。

养护时间不小于7天,直到达到设计强度为止。

5. 结语
钢管混凝土叠合柱技术是我国施工中需要采用的重要技术之一，近些年来，这些技术正在不断的发展和日益成熟。

叠合柱的在成柱过程中，增强手段的综合应用，将各种建筑材料实行优化配置，可以生成抗压、抗剪、抗扭强度大、抗震、抗火、抗爆、抗冲撞性能好，而且截面积比普通混凝土柱明显减小、施工方便，经济合理的高性能结构柱。

在混凝土剪力墙或筒体中配置钢管混凝土柱的研究也已成熟，它不仅可以解决混凝土强度不足的问题，而且在经济方面也比较划算，可谓是最佳的混凝土使用技术。

为了我国的建筑行业的稳定发展和进步，需要在这方面投入更多的人力和物力，保证其施工的科学性及合理性。

钢管混凝土叠合柱结构体系与型钢混凝土相比，避免了大量梁纵筋穿越与焊接工作，且材料用量较少；与普通钢筋混凝土相比，钢管混凝土叠合柱具有抗震性能好，耐火性好，能减小柱断面，减轻结构自重等优点。

但其施工过程还存在着一系列的难点。

但通过工程实践证明，只要合理安排工序，钢管吊装工序基本不影响工期。

总体上来说钢管混凝土叠合柱的优势较明显，施工快捷，技术先进，质量可靠，能够取得较好的社会、经济与技术效益。

需要相关人员的不断努力，进一步加深对钢管混凝土叠合柱的研究与认识，在以后的科学技术发展中也应不断改进，使之能够更好的适应建筑业的发展，在施工质量、技术要求，经济指标上更上一层楼。

参考文献：
[1]杨春, 蔡健, 张学文, 吴轶, 谢晓锋. 劲性钢管混凝土组合柱轴压性能试验。