钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构施工工法Word文档下载推荐.docx

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中冶建工集团有限公司第一建筑工程分公司邮编：

400084

张建东刘义权刘博

1.前言

近年来，随着建筑技术的不断提高，许多“高、大、新、尖”的现代化建筑如雨后春笋般耸立，成为国民经济发展的重要标志。

钢管混凝土柱作为一种能充分发挥和利用钢和混凝土材料特性的组合结构，具有卓越的承载能力和变形能力的特点，因而在工程中得到了广泛的应用。

但作为受力结构中重要的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构，其施工技术要求高、难度大，对工程的质量及工期具有重要影响，尤其是对于钢管柱的下料与制作、钢管柱吊装与焊接、梁柱节点大直径钢筋定位与焊接、弧形段模板设计与加固及节点处混凝土浇筑等施工技术要求更为突出，如何采取安全、优质、经济、高效的施工措施加以保证，是施工技术管理的一个重要课题。

基于这些问题，我司研发了一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构施工方法，通过在重庆新闻传媒中心一期工程等项目中应用，取得了一套比较成熟的施工工艺，形成本工法。

在工法开发过程中，我司通过积极创新，取得了多项技术成果，形成了12项发明专利和7项实用新型专利，截止目前7项实用新型专利已全部授权。

2.工法特点

2.1质量可靠

钢管柱（含环形牛腿）在厂内加工成型，厂内设备先进，人员技术过硬，且不受外界环境影响，并通过BIM技术对牛腿钢结构进行下料，质量易保证。

2.2施工效率高

利用BIM技术预先对钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构中钢筋、模板进行空间定位和精确放样，计算出模板、钢筋施工等各项参数，省去了繁重、低价值的反复协调与人工检查工作，提高了施工整体质量和效率。

2.3安全性易保证

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的组合结构形式，抗震性更高，能够有效保证框架梁内力传递，达到设计要求。

2.4施工成本低

钢管柱（含环形牛腿）采取工业化加工，现场无需购买专业的设备和对操作人员进行培训。

2.5绿色环保

钢管柱焊接防护装置及节点处大直径钢筋与钢牛腿焊接遮蔽装置，能够防止强光外泄，有效避免了光污染；

牛腿弧形段模板施工时，可根据现场实际情况，采用“平转弧”加工方式进行切割下料，操作方便；

充分利用了废旧模板和钢管，在达到质量要求的同时提高了材料利用率。

3.适用范围

本工法适用于工业与民用建筑中钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构施工。

4.工艺原理

4.1利用BIM技术辅助钢管柱（包括环形钢牛腿）下料与拼装，提高钢管柱的下料及安装精度。

4.2利用BIM技术对钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构中大直径钢筋进行预先定位，确定钢筋与钢板间的具体位置，有效保证节点处的结构强度。

4.3在钢管柱外侧面沿周相隔四分之一圆弧度的竖向设置控制母线，通过耳板、支撑板、经纬仪及千斤顶等辅助工具对钢管柱进行吊运安装，实现钢管柱牛腿的精确定位。

4.4通过吊斗装运混凝土，并采用临时加工成型的钢管柱内混凝土浇筑辅助装置，引导混凝土下料，避免了混凝土因浇筑高度过大而产生离析，提高了柱内混凝土浇筑质量。

4.5采用特制的焊接防护遮光装置，能够提高焊接工人的操作安全性，同时防护布能够防风作用以保证焊接质量，另外也能够起到遮光效果，防止焊接强光外泄，有效避免了光污染避免焊接对下方其它施工工人的影响。

4.6采用“平转弧”新型模板技术，提高模板利用率及施工效率.

4.7采用在牛腿环板上部开孔的改良技术，提高节点混凝土的浇筑质量。

图4钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁组合结构模型图

5.施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

梁钢筋与钢牛腿焊接

支模（钢牛腿弧形段）

浇筑混凝土

养护

拆模

施工准备（包括模型的建立）

原材料检验

钢管柱制作与运输

梁钢筋下料

环形梁模板设计与制作

支架搭设

钢管柱现场吊装焊接

梁模板铺装

钢管柱内混凝土浇筑

图5.1工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1施工准备

熟悉施工图纸，由专业的BIM工程师建立钢管柱（含钢牛腿）模型，并根据钢筋混凝土梁与钢牛腿间的关系，绘出钢筋模型，确定钢筋焊接位置。

同时做好材料准备。

钢管柱的钢管及预埋环板采用Q345-B钢材（镇静钢）,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。

5.2.2原材料检验

钢管柱在厂内加工时，控制好钢材、焊条等原材质量，严格按照设计图纸要求进行配置，并做好验收工作；

对加工好的钢管柱运达现场后，要进行尺寸、外观的二次检验，钢管构件外形尺寸（如直径、长度、管口圆度等）允许偏差不得超过规范要求，复检结果满足设计及规范要求方可使用。

5.2.3钢管柱制作与运输

采用TeklaStructures进行钢管柱的深化设计，检查设计遗漏与错误，并提供出加工图纸及各构建工程量，工厂根据下料表中各构件的尺寸大小，委派专业的加工人员进行加工与制作，完成后再对整体进行组装。

图5.2.3-1钢管柱厂内组装

图5.2.3-2钢管柱（包含钢牛腿）各构件下料表

钢管柱加工完成后，采用20t运输车进行运输，并做好成品保护工作。

5.2.4环形梁模板设计与制作

根据钢管柱牛腿弧形段的弧度大小，结合项目施工实际情况，以响应国家节能与环保的号召。

采用了“平转弧”的新型模板施工技术，即利用现场普通的平面板或梁模板，通过加工改良技术，将平面模板加工成了工程所需要的圆弧模板，从而解决钢牛腿弧形段模板施工的需要。

具体做法如下表：

图5.2.4平转弧模型

序号

制作要点

1

利用BIM技术建立钢牛腿弧形段模板的模型，得出模板加工的技术参数，引导工人对模板进行加工与制作。

2

采用现场规格为Ф48.3×

3.6mm的普通脚手架钢管，根据牛腿弧形段的弧度,利用专业的弯管机设备加工出满足需要的弧形钢管（用钢管1表示）。

3

根据牛腿高度H，加工出长度与牛腿高度相同的钢管数根（用钢管2表示）和木方数根。

4

钢管2沿着钢管1外侧弧长方向每隔300mm竖向布置一根，利用扣件将钢管1与钢管2进行紧固；

木方沿着钢管1内侧方向每隔150mm竖向布置一根，同时利用具有一定强度和韧性的钢丝将木方与钢管1进行紧固，保证紧固强度（即不发生偏移）。

5

根据牛腿弧形段展开矩形的尺寸（弧形段的弧长即为普通模板的长，牛腿高H即为普通模板的宽），加工出需要的模板待用。

6

将模板的一端对准钢管1，置于木方上面，利用钉子将模板与木方进行固定，依次从钢管1的一端向另一端进行固定，固定过程中要保证模板的垂直度。

矩形模板沿着钢管1的弧度方向进行了固定，最终形成了具有一定强度的圆柱牛腿弧形施工模具。

5.2.5梁钢筋下料

根据梁钢筋的模型及施工图纸，确定钢筋的规格及数量，特别是与钢牛腿连接的直梁上大直径钢筋及钢牛腿弧形段环梁钢筋，然后根据梁钢筋的安装施工顺序进行编号和归类。

5.2.6钢管柱现场吊装焊接

（1）钢管柱吊装

图5.2.6-1钢管柱吊装

钢管柱吊装前应预先在分段处设置连接耳板，并在钢管柱筒外侧面沿周相隔四分之一圆弧度的竖向设置控制母线，钢管柱安装时，采用4股（四方对称捆绑）φ21㎜钢丝绳进行吊装，起吊吊点位置为钢管柱上部的耳板，通过卸扣与钢丝绳连接起来，吊装至指定位置。

（2）钢管柱测量定位

图5.2.6-2钢管柱测量定位

钢管柱吊运至已安装钢管混凝土柱上方时，在悬空的钢管柱的控制母线外侧下方架设两台相互垂直的方向经纬仪，通过经纬仪以母线为基准观察当悬空的钢管柱外下部的两母线均和下方已安装的钢管柱外上部的两母线各自对齐在一条直线上时，判断悬空的钢管柱位置已经调平。

（3）钢管柱定位辅助装置调节

图5.2.6-3钢管柱定位辅助装置

位于钢管柱上端的四块耳板中，耳板外端还具有竖直向上固定设置的支撑钢板，支撑板上端超出钢管柱上端面位置且超出的部分构成千斤顶水平支撑部；

同时在调整悬空的钢管柱位置时，将两个竖向设置的千斤顶顶接于悬空钢管柱对应倾斜方向两侧的下部的两个耳板和下方已安装钢管柱上部各自正对的两个耳板之间，再将两个水平设置的千斤顶沿径向顶接于下方已安装钢管柱上部另外两个耳板的支撑板的千斤顶水平支撑部和悬空的钢管柱的下部侧表面之间，依靠控制四个千斤顶的伸缩，实现对悬空的钢管柱筒位置的调整实现对准调平。

（4）钢管柱焊接

图5.2.6-4钢管柱对称施焊

当上层钢管柱定位、校核完毕后，进入施焊阶段。

首先将上下段柱连接耳板栓接进行固定，再通过钢管柱焊接防护装置，对上下两端钢管柱进行焊接施工，焊接采用人工焊,接口焊缝为熔透二级焊缝,两个人对称施焊，分次焊满。

5.2.7钢管柱内混凝土浇筑

钢管柱内混凝土采用高强度素混凝土，内掺ZP膨胀剂（控制膨胀率为万分之二至二点五），采用塔吊调运吊斗的方式进行柱内混凝土浇筑，并用φ200的胶导管及模板构成的串筒装置辅助混凝土下料，在混凝土浇筑时，一次浇筑的最大高度为2m（即每层楼分3次进行浇筑），下一层混凝土浇筑进行充分振捣后，浇筑上一层混凝土,两层混凝土的浇筑间隔时间不超过混凝土的初凝时间。

图5.2.7-1钢管柱内混凝土浇筑装置平面图

图5.2.7-2钢管柱内混凝土浇筑装置立面图

5.2.8支架搭设

支架搭设时，根据梁板截面大小，运用PKPM软件进行计算，确定模板支撑体系，保证木模板受力均匀和施工安全。

将钢管柱牛腿弧形梁进行综合考虑，统一布置，均采用48.3mmx3.6mm钢管扣件式脚手架，设计布置时首先考虑钢管柱牛腿弧形梁木模板水平固定架，梁板支撑架随木模板进行调整布置，各立杆间距、步距必须满足设计的各项要求。

5.2.9梁模板铺装

根据钢筋混凝土梁的位置，预先进行下料定位，按照常用的梁模板铺装方法，首先进行梁底模的铺装，包括钢牛腿弧形段底模板的安装，并做好加固支撑工作。

5.2.10梁钢筋与钢牛腿焊接

钢筋焊接前，钢筋焊工应根据梁钢筋与钢牛腿节点的焊接施工顺序，将事先下好的钢筋运至焊接位置，焊接时，钢筋焊工根据钢筋与钢牛腿模型间的位置关系，在现场进行准确放样。

图5.2.10-1大直径钢筋定位图

图5.2.10-2钢牛腿与梁钢筋焊接防护装置平面图

说明：

钢牛腿与梁钢筋焊防护装置是由钢管柱焊接防护支撑装置加设防火彩条布而形成，主要原理是在防火彩条布上开设孔洞，通过钢管柱焊接防护支撑装置上的钢筋穿入防火彩条布内，形成封闭的维护结构。

双面焊5d

单面焊10d

图5.2.10-5钢牛腿与梁钢筋焊接定位

图5.2.10-6钢牛腿与梁钢筋现场焊接施工

为保证钢筋与钢牛腿的焊接质量，在焊接施工时，做好同条件试件，并进行实名制登记，即在试件上注明焊接工人的名字及焊接时间。

大直径钢筋焊接时，相邻两根纵筋要错开布置，采取双面焊施工，焊缝长度≥5d，焊缝宽度≥0.6d，焊缝厚度≥0.35d，个别位置采用双面焊接比较困难时，可采取单面焊接，焊接长度为≥10d。

图5.2.10-7梁钢筋与钢牛腿焊接试件及现场检查记录

图5.2.10-8梁钢筋与钢牛腿焊接试验报告

5.2.11支模（钢牛腿弧形段）

钢筋安装完成后，将加工好的弧形模板进行安装，安装方法可参照普通梁侧模安装方案，做好弧模的加固。

图5.2.11钢牛腿弧形段模板安装

5.2.12浇筑混凝土

钢筋混凝土梁与钢管