钢管芯柱工法.docx

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钢管芯柱工法

现浇钢筋混凝土结构

钢管芯柱施工工法

中国建筑第二工程局第二建筑工程公司

2007年2月26日

近年来，随着钢结构技术的成熟和制造业的发展，钢结构正越来越多地被使用到高层和超高层结构中，而钢管芯柱因其独特的结构形式和受力特点也逐步得到应用和推广。

钢管芯柱是钢管混凝土结构中的一种形式，由混凝土柱内设置钢管，再在钢管内外先后填充混凝土而形成的一种新型组合结构。

由于钢管芯柱混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，解决了高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱”问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题。

钢管芯柱的钢筋与钢管是多角度的空间贯穿，钢管上的开孔是多角度的相贯线，施工的难点在于如何保证钢筋顺利的穿过钢管柱。

为此我们采用了转胎+仿型切割的工艺，同时逐层控制标高，取得了很好的效果。

现综合上述情况总结形成本工法。

一、工法特点

1、仿型切割机切割，能很好保证相贯线的开孔形状。

2、使用转胎，能方便调整钢管开口切割的角度。

3、根据现场安装情况逐层测量标高，然后进行开孔，能有效地控制开孔标高误差。

4、本工法贯穿了钢管芯柱混凝土从钢管芯柱制作、安装、穿孔，到钢筋安装、混凝土浇筑等施工全过程，可有效指导钢管混凝土结构的施工，大大提高施工工效。

5、本工法较好的解决了梁柱接头位置处理的难点，加快施工进度。

二、适用范围

本工法适用于钢管混凝土柱结构的工程，也可指导类似的钢管开孔的钢结构工程。

三、工法原理

因钢管柱所处位置的不同，在钢管柱四周多个方向有钢筋混凝土梁与钢管柱连接，所以钢筋穿过钢管柱是全方位、多角度的，而相贯线的开孔形式也是多角度的，本工法使用转胎+仿型切割机开孔的施工原理就是利用投影法，使仿型切割机的切割角度与实际穿孔角度相同，切割位置的变化利用转胎转动钢管进行调整。

四、工艺流程

五、操作要点

1、测量放线、标高控制

根据已建立的工程测量控制网，利用激光经纬仪、水准仪精确的把控制线、轴线及标高测放到楼层结构内，并逐个放出每根柱的具体位置线和检查线。

轴线测放误差应控制在2mm以内，节点放样误差控制在3mm以内,标高测放误差控制在±3mm。

2、绘制钢管芯柱穿孔图

钢管芯柱穿孔图用计算机CAD绘图软件绘制，根据设计图纸将钢管芯柱与梁之间的关系进行平面定位，对与芯柱相关的梁钢筋全部进行剖面示意，在剖面示意图上标注梁标高、宽度尺寸，将每根梁的纵向钢筋按照常规施工方法进行放样定位排序，标识全部钢筋的直径、钢筋与钢筋之间的距离、保护层厚度、箍筋位置与肢数，计算出最终开孔位置（高度方向、水平方向）和大小（开孔直径在钢筋直径基础上加5mm），标示在钢管芯柱穿孔图上，同时明确各孔之间的相互关系。

钢管芯柱穿孔图经审核后提交加工厂加工。

D=d+10mmd为梁纵筋直径

3、钢管柱制作

（1）钢管柱板材的配料：

在卷扳机前平台上按钢管柱圆周长配料，如钢管柱外径为1000mm，钢板下料长度为3073mm，用半自动切割机切割成长方形，长度尺寸自始至终要求准确，两对角线尺寸一致，这样可以确保卷出的钢管柱尺寸及垂直度误差在规范允许范围内，并按要求开坡口，用磨光机修整平直。

钢板修边切割时采用两台半自动切割机两边同时切割修边，避免因切割产生变形，一台切割直边，另一台切割坡口，两台切割机同步进行。

（2）钢板的卷制：

将拼对后的钢板送入卷扳机中卷成所需外径的圆筒，先试卷找弧度，待弧度符合要求后一次卷成，合口应在卷扳机辊轴上进行，合口要求预留1~2mm间隙且板边应对齐，偏差不得超过2mm，接口处采用双面自动焊焊接，先焊里面焊缝，然后利用卷扳机将对口缝卷到上面，进行反面清根后焊接，合口焊缝焊接完毕后必须将焊缝在卷扳机中反复卷制3~5次后，待焊缝区弧度达到要求后出胎。

（3）钢管柱节段对接

选择宽度为2m的钢板，每次卷制成的节段为2m长，以减少节段数量即对接焊缝的焊接工作量，根据现场安装需要，在工厂进行节段对接，组成一定长度的安装段长。

因穿筋孔的位置不同，每个对接而成的安装段必须按照图纸进行编号，避免安装时用错。

节段对接时竖缝间距错位要大于300mm。

（4）穿筋孔切割

因穿筋孔为相贯线，卷制前不能在钢板上钻孔成形，而卷制成圆管后，无法直接在钢管上钻孔，故采用仿型切割机切割成孔。

切割的方法为垂直投影法，首先仿型切割机放置在钢管柱（平躺）的水平上方，根据穿筋孔的位置和角度，调整仿型切割机的位置，须保证切割的方向与图纸开孔方向一致。

一个投影面的穿筋孔切割完成后，利用转胎转动钢管柱，同样的方法切割另一个投影面的钢筋孔。

4、钢管柱安装：

（1）安装分段

现场安装根据工地起重设备性能和浇灌混凝土的要求进行安装分段，最上部一段作为调整段。

高层和超高层建筑工程利用塔吊进行安装。

（2）安装对接：

●第一节钢管柱安装：

复核钢管柱埋件的轴线和标高，根据埋件标高误差调整钢管柱在制作场地穿筋孔的位置。

●钢管柱对接：

用塔吊吊起下一个安装节段，与下部的钢管柱进行对接，安装节段坡口朝下，利用T型卡进行预先找圆，局部加卡板，全部找正后进行点焊固定。

对接时根据穿筋孔的标高进行对接间隙的调整。

●钢管柱对接焊缝外侧加设码板加固。

●上下组对节段之间用临时连接板进行螺栓连接固定。

●钢管柱对接完成后进行穿钢筋。

●钢管柱对接完毕经检查无误后，进行筒节环口施焊，焊口清根和基层处理均使用砂轮磨光机和碳弧气刨，焊接时采用多名焊工分段对称焊接。

●由于吊点受力不均匀及钢管柱变形可能导致错口，用千斤顶进行局部校正然后点焊固定。

为克服由于应力集中而导致焊缝局部出现大面积凸起，在焊接前预先加焊码板以防止变形。

5、钢管芯柱内微膨胀混凝土浇筑

微膨胀混凝土采用混凝土厂商供应的商品混凝土，内掺6-8%膨胀剂，芯柱内混凝土浇筑利用现场起重设备运到芯柱内，从上至下浇筑，根据层高选用不同的振动棒振捣密实。

芯柱内混凝土浇筑高度控制在梁底200mm左右。

混凝土浇筑后，钢管内处于相当稳定的湿度条件，水分不易蒸发，仅需在钢管内混凝土表面蓄5-10cm水养护即可。

6、梁钢筋安装

梁纵向钢筋严格根据已编制的下料单加工，对每根梁纵向钢筋位置、编号、方向进行标识，纵向钢筋连接全部采用直螺纹连接，以方便钢筋穿孔安装。

根据已绘制的钢管芯柱穿孔图，先进行主跨方向梁筋安装（即一端支座为核心筒墙体的框架梁），再进行边框梁筋安装。

梁箍筋大小控制非常重要，箍筋下料尺寸也需根据已绘制的钢管芯柱穿孔图配置，其加工控制误差应在+10mm以内，宽度方向加工尺寸不应偏小。

7、柱模板安装

外柱模板采用18厚普通木模板，因柱中有钢管芯柱，其模板定位、加固难度较大。

施工中模板的定位、加固采用φ12对拉螺杆，只是一端需加工成12cm长弯拐，与钢管进行焊接连接，另一端车丝，车丝长度一般控制在8cm左右，留出部分调节空间，用双螺母固定。

对拉螺杆需先根据图纸尺寸加工提交下料单，并进行精确下料加工。

六、机械设备

机具名称

规格

数量

额定功率KW

备注

行车

10t/18m

2

25

平台制作

逆变焊机

ARC500

20

8

安装焊接

自动焊机

2

26

制作焊接

卷扳机

50×3500

1

30

钢管柱卷制

仿形切割机

2

成孔

半自动切割机

CG1-30

2

50~100mm

下料

地泵

2

浇注砼

塔吊

F0/23B

1

安装

磨光机

10

6

外观处理

经纬仪

1

测量

水平仪

2

测量

七、劳动力组织

序号

制作工程

安装工程

管理人员

工种

人数

工种

人数

工种

人数

1

铆工

6

铆工

4

经理

1

2

电焊工

6

电焊工

16

副经理

1

3

气割工

4

气割工

2

总工

1

4

起重工

3

起重工

6

技术员

1

5

电工

1

电工

1

工长

1

6

机械工

2

机械工

1

质检员

1

7

普工

10

钢筋工

50

安全员

1

8

混凝土工

25

材料员

1

9

后勤

1

合计

32

105

9

八、质量标准及控制要点

本工法遵守但不局限于下列规范、标准的要求：

《钢结构设计规范》GB50017-2002

《钢结构施工及验收规范》GB50205-2001

《建筑工施工质量验收统一标准》GB50300-2001

《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002

《钢结构制作工艺规程》DBJ08-216-95

另外，还要满足以下具体误差要求：

（1）气割后零件的允许偏差如下

项目

宽度、长度允许偏差（mm）

手工切割

±1.5

自动、半自动切割

±1.0

精密切割

±0.5

（2）坡口加工的允许偏差

项目

允许偏差（mm）

坡口角度

±4°

钝边

±1.5

坡口间隙

±2.0

（3）切割后的穿筋孔与钢筋的间隙小于5mm。

（4）钢管芯柱安装位置：

±3

芯柱穿孔位置：

高度方向±1

水平方向±1

芯柱穿孔大小：

+2，-1

梁箍筋大小：

+10

（5）钢管筒体质量满足以下要求

序号

质量要求名称

验收标准（mm）

备注

1

筒体自由失圆度

≤30

2

局部垂直度

＜1.5

1m尺检

3

弧度差

±4

2m尺检

4

筒口平直度

±2

5

纵、横板缝相对不平整高差

δ/10＜2

6

两板间隙

±2

7

坡口角度

±50

8

钝边

2

9

纵缝错口

＞300

10

工作刻痕深度

＜0.5

九、安全措施

（1）起重索具承重结构严格按照规范选用，有足够的安全可靠性，并定期定班检查。

（2）起重索具妥善保管，起重跑绳靠近焊工时，加设防护罩，焊把线不得破损，焊钳加设半园形防击胶皮。

（3）钢管柱吊装操作平台有足够的平台铺板，并加固绑牢，加挂安全绳固定于工作面上方。

（4）高空作业防止实物坠落，散件物品必须设置容器存放，严禁高空掷物。

（5）进入现场施工人员必须佩带相应的个人防护用品，严格使用个人“三宝”，高空作业人员必须穿防滑鞋，安全带高挂低用且应挂在牢固的构件上。

（6）施工人员必须严格遵守和执行安装方案及安全技术交底，按《建筑工人安全技术操作规程》作业，除此外，个人要加强安全知识学习，班组定期召开安全例会。

十、效益分析

钢管芯柱的使用大大减少了结构柱的截面，降低了工程成本。

随着应用和推广，本施工工法可较好的保证工程施工质量、安全，加快施工工期，有显著的社会效益和较高的施工指导作用。

如金中环商务大厦工程应用本工法进行施工后，设计有钢管芯柱的标准层结构施工基本保持在5天一层的施工速度，为本工程的按期封顶打下坚实基础，取得了显著的社会效益和一定的经济效益。

十一、工程实例

由中建二局承建的金中环商务大厦工程采用矩型混凝土柱内设置圆钢管芯柱的钢管混凝土结构。

金中环工程属超高建筑，建筑高度200.70m，层数49层，主楼单层面积约1600㎡。

结构设计从地下二层开始至十一层主楼框架柱内均设有直径为φ1000mm、钢板厚度18~22mm的圆钢管芯柱，钢管内外混凝土标号为C60高强混凝土。