钢管混凝土叠合柱施工技术

钢管混凝土叠合柱施工技术

[摘要]根据首都医科大学工程错层部位结构设计特点，结合施工实践，探讨钢管混凝土柱施工控制要点。

[关键词] 钢管混凝土；钢管柱；错层结构；施工技术

中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：

首都医科大学科研楼工程，建筑结构形式框架剪力墙结构，抗震设计八度，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。建筑设计使用年限50年，钢管柱设计截面尺寸900×900，标高从－5.40～＋17.61m，布置于a轴、d轴，穿越所有错层部位。钢管采用￠450×20mm钢管，材质为q345b。其中地下一层钢柱七根，布置于5—10轴；首层钢柱十三根，布置于5—10轴；二至四层钢柱十六根，布置于5—10轴。

钢梁设计截面尺寸为h600*300*12*25；h450*300*11*18；

h500*300*11*18；h400*300*10*16；h350*250*9*14；

h250*250*9*14； h125*3125*6.5*9 。材质为q345b。标高从+0.00～＋9.00m。钢梁采用高强螺栓连接，与报告厅连接部位的钢管柱，需要与三个方向的梁连接，焊接连接板角度、位置以及安装时控制角度和标高是本工程的难点。

钢管柱与梁相交处钢筋节点复杂，除了加设牛腿外，对于与三个方向（含）以上梁相交接的柱子，须单独加设钢筋混凝土柱帽和环形梁。钢管混凝土叠合柱的梁柱节点安装是本工程又一难点。

一、钢管柱施工需要解决主要技术问题

（一）主体结构单层面积近3000m2，按后浇带划分为4个施工段，钢管柱分布在3个施工段内，并且位于错层位置，均在塔吊覆盖范围以内。平面及竖向结构分布的不规则对于常规混凝土结构施工的各工种协调工作带来较大难度，各工种与钢结构协调部署要求较高。

（二）对焊缝要求高，钢管柱均为全熔透剖口焊，焊缝等级一级，而且重量比较大，因部分不能整体吊装，分段进行安装，钢柱安装精度要求高，现场对接焊缝施工难度大。

（三）框架柱及框架梁配筋密集，特别梁柱节点部位，钢柱及钢牛腿与四周柱梁主筋、箍筋、腰筋的关系顺序成为施工处理的重点。（四）结构中钢柱的增加使常规钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑等结构施工流程、工艺要求须作相应调整。

（五）需要对钢管柱进行二次设计翻样工作。由于设计图纸只给了钢管截面，对施工考虑较少。

（六）需要对钢管混凝土柱环型梁节点进行二次深化设计。尤其是标高、梁钢筋的锚固需节点细化。

（七）钢管混凝土叠合柱的混凝土浇筑分为钢管内和钢管外混凝土浇筑，同时部分梁柱节点还加设了环型梁，梁柱节点部位钢筋非常密，混凝土浇筑困难。

二、钢管柱设计

（一）材料要求

钢管材质q345b，规格φ450×20 mm ，栓钉q235。钢板q345b，

板厚8-20mm，焊条e50系列。

高强螺栓满足现行国家标准，主筋三级钢φ25、φ28，箍筋三级钢φ10。

砼采用c60商品砼，石子粒径5－25mm，环型梁部位豆石混凝土。（二）钢管柱截面

钢管柱设计截面尺寸900×900mm、φ900mm，标高从－5.19～＋16.71m，穿越所有错层部位。

（三）钢管柱柱脚

钢管柱柱脚设计非埋入式柱脚，柱脚采用4根材质q345b的m30锚栓，锚入负一层、一层柱内。锚栓上端穿过钢管封底板螺栓孔中，加－10垫板后，用双螺母紧固。钢管封底板为650×650×20，与钢管柱身剖口全熔透焊接。柱底进行二次灌浆浇筑，柱底封板中间设φ370浇筑孔。

（四）钢管柱梁柱节点设计

梁柱节点为钢筋混凝土梁—钢管混凝土柱连接。第一种是在钢管柱上加设焊接耳板。具体方法为在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接的梁端，设一h字型钢牛腿，设计牛腿高度于梁等高。牛腿与钢管在工厂焊接好，钢筋混凝土梁内的主筋与牛腿上下冀缘焊接。牛腿长度为500mm。

第二种是加设钢筋混凝土环型梁的方法。具体做法是对于钢管柱三个以上方向与框架梁连接的，加设钢筋混凝土环型梁。

（五）钢管柱接长设计

由于钢管柱长度12.51m至22.81m，每根最大重量达到4.8吨，运输安装困难，现场分两节至三节进行加工安装，每节长度8.0m 左右。考虑加工及安装方便，并保证剖口全熔透焊接等强连接的设计要求，经与设计协商，采用了全焊接连接，钢管为全熔透剖口对接焊连接。

（六）钢管柱身抗剪混凝土钉设置

由于钢管与混凝土的粘结力远小于螺纹钢与混凝土的粘接力，因此设计要求在柱全长范围内设置φ19×120栓钉，周长设5排，竖向间距@200m，工厂焊接，保证钢管与混凝土共同工作。

（七）钢管柱二次深化设计

钢管混凝土叠合柱的钢管柱必须根据与之相连的钢筋砼梁标高、截面、配筋及钢管柱主筋位置情况进行二次翻样，确定钢管牛腿穿孔位置，牛腿高度、宽度、标高，牛腿及复板钢筋孔位置，以确保钢管安装后，钢筋砼梁及钢管柱主筋能够顺利绑扎。（见图1）

图1：钢管柱二次深化设计示意图

三、钢管柱施工工艺

（一）钢管混凝土叠合柱的施工工艺流程

钢管柱钢管详图设计→钢管加工→钢管进场

柱脚螺栓加工→柱脚螺栓预埋

钢管吊装→钢管柱脚二次灌浆浇筑→柱脚砼养护→钢管柱柱筋绑扎→钢管柱模板支设→钢管柱砼浇筑→拆模、养护

（二）框架结构钢管柱梁柱节点核心区施工工艺：

1.钢管柱与框架梁采用牛腿连接施工工艺

钢管柱施工→剔凿柱砼表面浮浆，柱筋浮浆→确认主次梁纵筋钢筋位置→主梁下铁钢筋锚入柱子内→次梁下铁下排与型钢牛腿穿贯通筋→次梁下铁上排钢筋在柱牛腿上通过→节点核心区箍筋绑扎、焊接→主梁上铁与型钢牛腿焊接，穿贯通筋→主次梁箍筋，与主筋绑扎→常规主次梁、节点区模板支设→砼浇筑。

2.钢管柱与框架梁采用环型梁施工工艺

钢管柱施工→剔凿柱砼表面浮浆，柱筋浮浆→确认环型梁标高支环型梁模板→环型梁钢筋绑扎→支框架梁模板→框架梁上铁搭在环型梁上铁上锚入环型梁内→框架梁下铁搭在环型梁下铁上锚入环型梁内→框架梁箍筋绑扎→梁柱核心区模板支设→砼浇筑。（三）首层钢管柱安装工艺：

基础面清理凿毛→调整预埋螺栓螺帽标高、螺栓位置→核对钢管柱标记基准线→吊装就位→就位调整、临时固定→垂直度标高调整→柱脚二次浇筑→地下一层混凝土叠合柱施工

（四）二层钢管柱安装工艺

核对钢柱→标记基准线→吊装钢柱安装螺栓临时固定→调整垂直度→钢管坡口熔透焊接→探伤实验

四、钢管混凝土叠合柱施工控制要点

（一）钢管加工质量要求

钢管制作采用机械加工，由有资质的钢结构制作厂家承担。型钢切割、焊接、运输、吊装检验应符合现行国家标准《钢结构工程施