钢管砼柱、钢梁框架与砼核芯筒组合结构施工工法
(编号：SZJXGF19-2008)
完成单位：中铁建工集团深圳分公司
主要完成人：王英、张全安、王福全、王晓杰、吕燕霞 

1．前言 

钢管混凝土柱、钢梁框架＋混凝土核心筒结构体系，最大化地发挥了钢和混凝土各自的特性，即钢结构施工速度快、重量轻、强度大，混凝土结构刚度大、成本低。与全钢结构相比，具有节省型钢和节约用料，减少防火处理，减轻施工难度及降低工程造价等优点；与混凝土结构相比，又具有减轻结构自重，节约基础造价，施工速度快和减少现场湿作业等优点。因此，是一种符合我国国情的、较好的超高层建筑结构形式，这种混合结构体系在我国已经得到大量应用，并被建设部列为推广应用新技术。高层建筑方面，钢管混凝土柱的出现在美国大约始于二十世纪70 年代，并开始在高层建筑中大受欢迎，在国内, 这种混合结构的高层公共建筑近二十年来也已经得到了较快发展。中铁建工集团深圳分公司对该种结构体系施工技术进行了认真总结，该施工技术获集团公司科技进步二等奖，其施工工法具有普遍的使用价值。

2．工法的特点：

2.0.1 工程的结构形式合理，充分发挥了钢结构及混凝土结构的优点。
2.0.2 核心筒劲钢组合结构先行施工，外框架钢结构及混凝土结构、楼层钢梁组合楼板以一定的流水节拍搭接施工，形成立体交叉作业，施工速度快。
2.0.3 本工法涉及大型钢结构吊装技术，厚板焊接技术、高抛免振混凝土施工技术等先进施工技术。
2.0.4 结构体系中含有大型钢构件，施工需要满足大吨位钢结构吊装。

3．适应范围：

本工法适应超高层内劲钢混凝土核心筒＋外钢骨柱＋钢梁混凝土组合楼面结构形式施工。

4．工艺原理：

5．施工工艺流程及操作要点：

5.1 工艺流程
核心筒劲钢砼结构施工→外框架钢柱吊装→外框架钢梁安装 →外框架钢柱自密实混凝土施工 →压型钢板楼承板安装 →楼板钢筋绑扎 →楼板混凝土浇筑
5.2 操作要点
5.2.1 机械设备选用
1．选择垂直运输设备时，需要考虑塔吊的起运能力和工作半径，要满足构件的单节重量和就位位置。
2．该结构形式吊装特点量大、单构件重量大，塔吊使用时间长。考虑工期等因素，通常需要配备大吨位爬升式塔吊。
5.2.2 钢柱吊装要点
1．钢柱起吊前应将登高爬梯和缆风绳等挂设在钢柱预定位置并绑扎牢固，钢柱起吊时钢柱根部必须垫实，尽量做到回转扶植，根部不拖。起吊时钢柱必须垂直，吊点设在柱顶，利用临时固定连接板上的螺孔。起吊回转过程中应注意避免同其它已吊好的构件相碰撞，吊索保持一定的有效高度。钢柱就位后，利用临时连接板固定。
2．轴线及错边量的测量校正:根据下节柱顶的轴线偏差值，用上节柱垂直度向反向偏差来调整轴线偏差。对上节柱的错边量用直尺测量。错边量要求小于3mm，校正错边量用锤击钢楔完成。
3．标高测量校正：用水准仪测量上节柱上的标高基准点，控制标高偏差符合规范的范围，对于标高偏差超限的钢柱，采用千斤顶顶起上节柱来调整。钢柱吊装后的垂直度测量方法和校正方法分别图5.2-1 所示：

5.2.3 钢梁吊装要点
钢梁安装采用两点吊，就位后先用冲钉将螺栓孔眼卡紧，穿入安装螺栓，安装螺栓数量不得少于螺栓总数的三分之一。安装连接螺栓时严禁在情况不明的情况下任意扩孔，连接板必须平整。钢梁吊装如图5.2.3

5.2.4 钢结构焊接要点
1．焊前准备
施焊前，检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2 倍或大于20mm 时，不应用堆焊方法增加构件长度。
2．焊接顺序如表：5.2.4-1   

3．现场焊接操作工艺
1）预热及后热处理
对较厚板件(大于25mm),在T 型接头、角接接头和十字形接头中应采取防止层状撕裂的措施。措施包括：焊前预热，焊后缓慢冷却或后热，仔细清除焊丝及坡口的油锈、毛刺及水份，焊条严格烘干等。
预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的15 倍以上，且不小于100mm；预热温度宜在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm 处；当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。预热温度确定方法如表5.2-2：

2）行焊后消氢处理
消氢处理的加热温度应为200℃～250℃, 保温时间应依据工件板厚按每25mm 板厚不小于0.5h且总保温时间不得小于1h 确定。达到保温时间后应缓慢冷却至常温。
3）引弧板、引出板、垫板要求，如表5.2.4-3   

4) 减少收缩量措施，如表5.2.4-4： 

4．无损检测
在完成焊接外观检查后，对焊缝进行探伤检验，其检验方法需按照 JGJ81-2002《建筑钢结构焊接规程》和GB11345《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》规定进行。
5.2.5 楼承压型钢板施工
外框架结构楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合楼板，楼承压型钢板在施工阶段可当模板使用，在使用阶段替代全部板底受拉钢筋。施工过程中由于它满铺在钢梁上且用栓钉焊接牢固。
1．压型钢板施工质量技术要点如表5.2-5。    

2. 压型钢板堆放及吊装要求如表5.2.5-2。 

3. 压型钢板安装流程 

4. 栓钉穿透焊
栓钉焊，也叫栓焊，主要用于钢柱、梁与外浇混凝土之间以及压型钢板混凝土组合楼面中的剪力钉焊接，直径为16 或19mm，长度不小于4ｄ。
1）焊前准备要点如表5.2.5-3。 

2）栓钉焊接流程  

3）现场栓钉穿透焊施工工艺，如表5.2.5-3。  

4）压型钢板上浇筑混凝土作业注意事项，如表5.2.5-4。

5.2.6 方钢管柱自密实混凝土的施工要点
塔楼外围为钢框架结构，方钢管柱内填充混凝土的强度等级为 C50，采用自密实混凝土技术进行施工，每节钢柱作为一个浇筑段（4.1m/层×3 层＝12.3m）。
自密实混凝土的工艺原理是采用合理的配合比，使混凝土拌合物具有很高的流动性，在高空抛落中不离析、不泌水，能不经振捣而通过浇筑过程中在高处下抛时的动能达到自密实的要求。
1．自密实混凝土性能及检测方法
自密实混凝土性能包括流动性、抗离析性和填充性。可用坍落扩展度试验、V 漏斗试验（或T50试验）和U 型箱试验进行检测。
自密实性能等级指标分 3 级：
一级：适用于钢筋最小间距为 35～60mm、结构形状复杂的结构；
二级：适用于钢筋最小间距为 60～200mm 的结构；
三级：适用于钢筋最小间距200mm 以上，结构断面尺寸大，配筋少的结构；
本工法应用工程为三级。自密实混凝土性能检测方法主要采用检测混凝土坍落扩展度(600±50mm)、扩展时间（T50）（3～20s）。   

2．配合比设计
配合比优先采用增加粉体材料用量和选用高效减水剂（不饱和树脂3301），改善浆体的粘性和流动性，若不能满足浆体粘性时，可通过试验确认适当添加增粘剂。配合比设计如表5.2.6。

3．施工注意事项
1）浇筑的连续性
由于自密实混凝土粘性较强，当混凝土在泵管中停滞时间过长（一般超过15 分钟）容易堵泵管，拆泵管再接泵管，耽误时间，并再次造成堵管，恶性循环。浇筑过程中，尽量采用布料机浇筑，避免转、接泵管。
2）浇筑前混凝土检测
每车混凝土浇筑前均需检测，主要检测坍落扩展度、扩展时间T50，不得发生外沿泌浆和中心骨料堆积现象。
3）泵管密闭性
泵管接头处密闭性要好，严格控制漏浆，泵管漏浆经常导致堵泵管。可先用打水检查泵管密闭性，通过调换漏水处的泵卡，调整泵管的水平度等措施，确保泵管密闭。
4）浮浆处理
混凝土浇筑完毕后，混凝土表面会有气泡排出，并在混凝土表面泛起浮浆（一般约 5～20cm），在混凝土初凝前将浮浆舀出，并在混凝土终凝后，将混凝土表面剔毛，至外露石子为止。

5）防止混凝土浇筑过程中松散
钢管柱内设计有横向加劲肋板，混凝土浇筑过程中为了防止混凝土下落过程中溅到隔板，导致混凝土松散、离析，采用漏斗疏导下料，有效防止混凝土离析。

6）浇筑时的最大自由落下高度宜在5m 以下。
7）浇筑时管内不得有杂物和积水，先浇筑一层100～200mm 厚与混凝土强度等级相同的水泥砂浆，以防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。
8）浇筑过程中，必须由专人对混凝土的质量进行监控，及时作好塌落度检测，对有和易性、塌落度不达标等现象的混凝土坚决不准使用。每台班混凝土取样不少于2 组。除按规定留取立方体试块外，尚宜留一组长方体试块，补充测定混凝土的弹性模量。
9）除最后一节钢管柱外，每节钢管柱浇筑完，应清除掉上面的浮浆，待混凝土初凝后灌水养护，用塑料布将管口封住，并防止异物掉入。
10）除最后一节钢管柱外，每段钢管柱的混凝土，只浇筑到离钢管顶端500mm 处，以防焊接高温影响混凝土的质量。
5.2.7 核芯筒结构施工
核心筒结构为劲钢混凝土结构，采用常规劲钢结构施工方法。为不影响外框架结构施工，核心筒结构施工采用随结构上升的导座式升降脚手架。

6．材料与设备 

6.1 主要材料
本工法混凝土结构施工主要材料包括钢筋、模板、混凝土。
本工法所用钢材：钢柱、外框架梁、楼面主梁均为Q345C，楼面次梁采用Q235B；压型钢板采用镀锌钢板，厚度不小于0.75mm。
本工法所用焊接材料：手工焊条： E50×× 、E43×× 、直径为φ3.2mm、φ4.0mm 两种；二氧化碳焊丝：H08H08A H08E 直径为φ1.2mm；CO2 气体：纯度指标≥99.98%。
本工法所用钢材防腐涂料采用水性无机富锌涂料；防火涂料采用厚涂型放火涂料。
6.2 施工主要设备表   

7．质量控制 

7.0.1 本工法钢筋混凝土工程施工质量要求满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中钢筋、模板、混凝土分项工程主控项目及一般项目质量要求；钢结构工程施工要求满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）中主控项目及一般项目的要求。工法的实施还应满足以下规范：
1．《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
2．《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）
3．《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
4．《碳素结构钢》（GB700-88）
5．《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-94）
6．《高层建筑结构用钢板》（YB 4104-2000）
7．《建筑钢结构焊接规程》（JGJ 181-2002）
8．《钢结构、管道涂装技术规程》（YB/T 9256-96）
9．《矩形钢管混凝土结构技术规程》（YB/T 9256-96）
10．《型钢混凝土组合结构技术规程》（YB/T 9256-96）
11．《建筑防腐蚀工程质量检验评定标准》（GB50224-95)
12．《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
13．《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规范》（JGJ82-91)
14．《碳钢焊条》 (GB/T5117-95)
15．《低合金钢焊条》 (GB/T5118-95)
16．《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》( GB8923-88)
17．《钢结构防火涂料应用技术规范》 (CECS24：90)
18．《工程测量规范》（GB50026-2007） 

8．安全措施 

本工法实施涉及多工种交叉作业，并存在立体交叉作业，因此安全管理尤为重要。
8.0.1 安全管理措施：
1．贯彻执行劳动保护、安全生产、消防工作的各类法规、条例、规定，遵守工地的安全生产制度和规定。
2．施工负责人必须对职工进行安全生产教育，增强法制观念和提高职工的安全生产思想意识及自我保护能力，自觉遵守安全纪律、安全生产制度，服从安全生产管理。
3．所有的施工及管理人员必须严格遵守安全生产纪律，正确穿、戴和使用好劳动防护用品。
4．认真贯彻执行工地分部分项、工种及施工技术交底要求。施工负责人必须检查具体施工人员的落实情况，并经常性督促、指导，确保施工安全。
5．施工负责人应对所属施工及生活区域的施工安全质量、防火、治安、生活卫生各方面全面负责。
6．机械设备、脚手架等设施，使用前需经有关单位按规定验收，并做好验收及交付使用的书面手续。大型机械设备现场组装后，经验收、负荷试验及有关单位颁发准用证方可使用，严禁在未经验收或验收不合格的情况下投入使用。
7．对于施工现场的脚手架、设施、设备的各种安全设施、安全标志和警告牌等不得擅自拆除、变动，必须经指定负责人及安全管理员的同意，并采取必要可靠的安全措施后方能拆除。
8．特殊工种的操作人员必须按规定经有关部门培训，考核合格后持有效证件上岗作业。起重吊装人员遵守十不吊规定，严禁不懂电气、机械的人员擅自操作使用电器、机械设备。
9．必须严格执行各类防火防爆制度，易燃易爆场所严禁吸烟及动用明火，消防器材不准挪作它用。电焊、气割作业应按规定办理动火审批手续，严格遵守十不烧规定，严禁使用电炉。冬季作业如必须采用明火加热的防冻措施时，应取得工地防火主管人员同意。施工现场配备有一定数量干粉灭火器，落实防火、防中毒措施，并指派专人值班。
10．工地电气设备，在使用前应先进行检查，如不符合安全使用规定时应及时整改，整改合格后方准使用，严禁擅自乱拖乱拉私接电气线路。
8.0.2 安全技术措施：
1．高空操作人员应符合超高层施工体质要求，开工前检查身体。
2．进入施工现场必须戴安全帽，2 米以上高空作业必须佩带安全带。
3．吊装前起重指挥要仔细检查吊具是否符合规格要求，是否有损伤，所有起重指挥及操作人员必须持证上岗。
4．高空作业人员应佩带工具袋，工具应放在工具袋中不得放在桁架或易失落的地方，所有手工工具（如手锤、扳手、撬棍），应穿上绳子套在安全带或手腕上，防止失落伤及他人。
5．对施工现场要采取不同的安全措施：高空设脚手架、设围栏、拉安全带和安全绳、摆放警示牌。
6．安装大型构件时，尽量选用无大风，天气晴朗的时间安装吊装，以减小风荷载的影响，增强吊装的稳定性。
7．施工现场焊接或切割的等动火操作时要事先注意周围上下环境有无危险性，以防失火。
8．所有钢丝绳、吊索及挂索等在使用前和吊装作业前必须经过合格起重工检查。如发现磨损、刮伤、扭结、绕夹或其它可能降低受力性能的现象，应停止使用，立即更换。安全人员应及时了解情况并采取恰当措施以确保有缺陷的吊具不再使用。钢丝绳索等在使用过程中避免与尖锐边缘接触，使用结束后应妥善保存。
9．结构件之间接头连结和安装就位等高空连接工作，应搭设稳固可靠的临时工作平台或灵活安装可靠的活动平台。
10．高空作业点下地面不允许站人，防止高空坠落事故。
11．施工用电、照明用电按规定分线路接线，对于绝缘保护层裸露的线要严禁使用。
12．保持施工机械整洁，电线、气焊带、风带等应沿柱成束至下而上拉放，并应捆扎牢固。
13．高空作业人员严禁带病作业，施工现场禁止酒后作业，高温天气做好防暑降温工作。
14．吊装时应架设风速仪，风力超过6 级或雷雨时应禁止吊装，夜间吊装必须保证足够的照明，构件不得悬空过夜。
15．焊接平台上应作好防火措施，防止火花飞测。 

9．环保措施 

施工过程中不可避免地会产生一系列的环境问题。主要产生环境影响：噪音污染、大气污染等。针对施工期间面临的环境问题和产生的主要环境影响，依照国家、地方环境及相关法规和工程环评报告的要求，确定施工过程中要做的环保工作及具体的工作安排，尽量减少施工过程对周围环境造成的不利影响。本工法实施必须遵守的法规如下表： 

10．效益分析 

该施工工法为立体交叉作业，复杂的结构实现流水施工，工期的制约因素仅为周围框架结构施工，大大缩短了工期。以大连期货广场B 座工程为例，该工程塔楼共53 层，2007 年6 月15 日核心筒施工至5 层时，周围劲钢框架结构开始施工，于2008 年4 月5 日核心筒封顶，周围劲钢框架于2008 年4 月28 日封顶，仅滞后核心筒23 天。因大连地区冬季寒冷，春节期间停工30 天，实际施工320 天，平均6.5 天施工1 层，比预计8 天/层提前72 天。
核心筒采用导轨式爬升脚手架，四周施工时仅需要作业层设临时维护结构，节约脚手架费用约200 万元。
钢梁＋压型钢板组合楼板结构，不需要搭设满堂脚手架，支撑模板，减少了大量的人工劳动力。
该施工工法技术先进、工程质量、安全有保障，值得类似结构项目推广使用。
11．工程实例
实例一：
我公司承建的大连期货广场工程，占地面积8000m2，总建筑面积为131500m2，建筑总高243.8m，建筑层数53F/－3F。
该工程塔楼结构为方钢管混凝土框架—混凝土核心筒结构体系，外框为方钢管柱、钢梁、压型钢板钢筋混凝土组合楼板结构形式，内核心筒为劲钢结构。内筒尺寸为25.1×26.7m,外围尺寸为44.55×44.55m,外框架距离芯筒分别为9.7m 和9.0m,外框架柱采取方钢管混凝土柱方钢管柱截面尺寸为600×600mm，钢板厚度从上往下采用16～24mm，方钢管混凝土强度等级为C50。核心筒与钢架之间楼板采用压型钢板为模板，上铺钢筋混凝土形成组合楼板。
该工程于 2006 年12 月结构开始施工，于2008 年4 月主体封顶。