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来源 网络 作者:陈祥荣 凌树阳 发布于 2013/6/5 9:58:09 评论(0) 有9375人阅读

前言 


钢管混凝土叠合柱是在钢筋混凝土柱中部设置钢管混凝土的一种叠合构件,是我国自主研发的一种新型建筑结构体系。它较钢筋混凝土柱和钢骨混凝土柱具有更优良的抗压性能和抗震性能。钢管混凝土柱是近年来研究应用的多元化结构形式之一,成功的应用被越来越多的建筑界专家所瞩目。它利用钢牛腿、梁钢筋、节点环板的传力方式,配以双向密肋梁模壳楼盖、肋型楼盖或其他形式楼盖,形成钢管混凝土板柱或梁板柱结构,充分发挥了钢管柱的优势,因而逐步被推广应用于建筑工程中。


二、特点     

    2.0.1  钢管混凝土柱是在圆形钢管内浇灌混凝土形成的组合结构构件,是套箍混凝土的一种特定形式,兼有钢结构和混凝土结构的优越性能,充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点,使管内混凝土受三向约束,充分发挥了混凝土的作用,提高了结构构件的承载能力、抗震能力,与钢筋混凝土柱比较,减小了柱子截面面积,增大了建筑使用面积。

    2.0.2  钢管混凝土柱的钢管适合机械化施工,钢管在工厂加工完毕后运送至现场即可直接吊装对接,施工现场仅存在钢管对接焊和连接节点焊接,柱芯混凝土采用泵送或水下混凝土浇筑等其他形式一次浇注。


三、适用范围


钢管混凝土叠合柱多数适用于多层、高层建筑结构体系以及全逆作法建筑结构体系。


四、工艺原理


在成品钢管或用钢板卷圆对接的钢管上焊接梁板节点部件,检验合格后运至现场吊装对接,支设梁板模板,安装梁、板钢筋、浇灌楼面及钢管内混凝土。它的节点传力方式有两种:第一种在楼层梁柱结合部的钢管上焊接节点环板,通过柱侧钢筋混凝土连续双梁或变宽度梁,环板将楼层荷载传递至钢管混凝土柱身,此种构造适用于楼层为密肋梁平板结构;第二种是在梁柱结合部的钢管上焊接钢牛腿,并在梁位钢管外侧设加强环,管内设加强肋板,梁主筋直接与钢牛腿焊接,此种构造适用主次梁楼层结构。


五、施工工艺流程及操作要点


    5.1  工艺流程
    5.1.1  螺旋钢管柱制作工艺流程

计算机辅助下料、调直→定型切割→螺旋钢管卷制焊接→校正→剪力环、内衬管等构件组装→完工报验→打磨、刷漆、标记→检验合格出厂。




    5.1.2 钢管柱安装工艺流程
测量钢管柱轴线尺寸与标高→定位环板预埋→基础节钢管柱吊装→基础节安装→钢柱轴线、垂直度、标高校正→焊接及检验→管顶盖板防护→检查、验收→混凝土浇筑→下一节起吊对接。
    5.2  操作要点
    5.2.1 钢管柱制作要点
    1、计算机辅助下料、调直:应根据工艺要求预留制作和安装的焊接收缩量,以及制作时切割、刨边和铣平等加工余量。放样和样板(样杆)的允许偏差应符合表5.2.1-1的规定,号料的允许偏差应符合表5.2.1-2的规定。



   2  定型切割:钢材切割面或剪切面应无裂纹、夹渣、分层和大于1mm的缺棱。气割前应对切割区域表面除锈,气割后应清除熔渣和飞溅物。用自动切割机下料切割,切割后均需清除毛刺。气割的允许偏差应符合表5.2.1-3的规定,机械剪切的允许偏差应符合表5.2.1-4的规定。




    3  螺旋钢管卷制焊接:卷管方向应与钢板压延方向一致。在卷板过程中,应注意保证管端平面与管轴线垂直。卷压钢板时,应及时调整上滚间隙,减少钢板变形误差。钢管卷制后应在管端打上十字轴线并作标记。由于板材尺寸限制,有时需要进行钢板对接,组对应在托架上操作。对接时应严格保持焊后钢板平直。焊接时,除控制几何尺寸外,还应控制焊接变形,焊接宜采用分段反向顺序,分段施焊应保证对称,并预留对接间隙,以抵消收缩变形。
    4  校正:切割后出现变形的部位,要矫正其平直度。矫正后的钢板表面,不应有明显的凹面或损伤,划痕深度不得大于0.5 mm,且不应大于该钢板厚度负允许偏差的1/2。钢管焊接成型后,为消除焊接变形,应采用机械矫正,直至达到尺寸精度要求。钢材矫正后的允许偏差应符合表5.2.1-5的规定。
    5  剪力环、内衬管等构件组装:所有焊接面须按要求打磨,打磨范围要求:焊缝边缘每边30~50mm,并不得有大于1mm的局部缺口,检验合格后组装焊接。
    5.2.2  钢管柱的现场安装要点
    1、调垂架的制作
井字形钢管调垂架在加工厂制作成2.05m×2.35m×3.3m,上下调整平台外框及外竖框均采用L160×16角钢焊接,上下调整平台内框用两块[16槽钢相对拼焊,并在四边中心炊一直径36mm的圆孔;顶层平台为灌浆平台,其内外框架均为L125×12.5角钢焊接,在顶层平台上加焊一个防护栏。见图所示,将钢管调垂架吊放于孔口,经测量放线后与孔口硬地坪固定。




    2、钢管柱吊装
①钢管柱在距管底3m处画出钢管插入钢筋笼内标志红线(标高线)。标志红线至管底范围内的栓钉竖向用Φ8钢筋连接,以防止栓钉钩钢筋笼。
②在钢管上设置4个钢筋笼与钢管铰接环孔,环孔用Φ22钢筋或16~20mm钢板制成,该孔的位置在钢管标志红线上方1000mm,平面位置则在X、Y方向对称布置(钢管顶部设置横梁中心线)。
③在钢筋笼最顶部加劲箍处设置双拼Φ16mm加强箍,加强箍与主筋焊接,并设置4个吊环与主筋、加强筋焊接(制作钢筋笼时做好)。吊环采用Φ22mm钢筋,该4个吊环与钢管上4个环孔错位45o。
④钢管底吊放入钢筋笼4.1m后,用钢丝绳按螺旋顺序依次串联钢管(环孔)与钢筋笼(吊环),并用钢丝绳夹连接。连接完成后起吊钢管,使钢丝绳处于受力状态,检查钢管与钢筋笼间隙、钢管标高,计算出钢管应在调垂架平面哪个位置。




⑤钢管继续调垂并下放,快下放完毕时,根据上一步计算出的钢管应在调垂架平面哪个位置处画出红线,然后将钢管下放到位。钢管上口中心位置和标高偏差控制在10mm以内。
在钢管柱下放的同时注意连接注浆管及声波管等检测用管道,并设置环箍保护。




    3、钢管柱定位控制
①预先从原桩位O点引出A点、B点,使OA⊥OB;
②成孔后,将自研的钢管调垂架吊放于孔位,对其调平,初步定位,使桩位中心与调垂架中心基本重合;
③钢管吊装前,在钢管柱表面上弹出两条与钢管中心线平行的直线(要防止因钢管制作过程造成本身不平整而产生的垂直度误差)作为调垂基准线,两条平行线的端点连接钢管截面中心成直角,为保证平行线“绝对平行”,拟在加工厂预先弹出,并做好保护措施;
④将两台经纬仪分别架设在A、B两点,分别监测两条基准线是否居中,若不居中,则调动调垂架上下平台上的调节螺栓,直至两条基准线均居中,见图7.2所示。




⑤定位调垂后,用四块槽钢分别在上下平台错位固定,防止浇筑混凝土时导致钢管偏移。
    4、混凝土水下灌注
    4、1、桩身混凝土浇筑
(1)采用商品混凝土泵送,混凝土坍落度宜为180~220mm,水泥用量不小于360kg/m3,骨料粒径应不大于40mm;含砂率宜为40~50%。在混凝土灌注前,必须对进场的混凝土塌落度、和易性等指标进行严格检查,合格后方能使用。
(2)导管接长过程中要加“O”型密封圈,防止漏水。
(3)导管下入后尽快接好泥浆循环管接头,进行第二次清孔,孔底沉渣厚度应≤50mm,经监理工程师确认后,方可进行混凝土灌注施工。
(4)首斗灌注必须加隔水球,未加隔水球不得灌注。
(5)导管提离孔底300mm,以保证隔水球顺利推出为准,其后正常埋管深度不得小于2m,最大埋深不超过6m,一次拨管不得超过4m。
(6)灌注经常提动,以助混凝土密实。
(7)专人作好灌注记录,及时测量和反映灌注高度和埋管深度,技术员指导灌注。
    4、2、钢管柱混凝土填充
设计要求桩身混凝土及钢管柱内填充混凝土为C60,而钢管外无混凝土,在保证桩头质量的前提下,不能让钢管柱外的混凝土面随混凝土浇筑量增加而上升。
为了防止柱外混凝土面继续上升,采取在柱四周均匀投掷细石来均衡柱内外的压力差,确保高标号混凝土在柱内能连续浇筑,而柱外混凝土面不动。施工过程中,主要用人工与机械相结合的方式同时对柱四周填细石,防止细石回填不均对柱产生侧压力而使柱体倾斜。技术人员要边填碎石边测量柱体外混凝土面上升的速度,若发现混凝土的灌注速度和柱体外混凝土面上升速度相近时,要加大回填碎石量,若柱体外混凝土面上升速度大大低于混凝土的浇筑速度,相应要减少碎石的回填量,直至柱体外混凝土面不再上升。浇筑速度通过试填充试验确定,且控制在0.5m/min以下。继续灌注钢管柱内的高标号混凝土,计算钢管柱内混凝土全部达到C60时需要的理论灌注量,当混凝土从地面上接长的钢管内的开口处流出为新鲜混凝土时则可停止灌注。
    4、3、控制装置的拆卸
    1、由于钢管柱顶是升至调垂架顶的,待桩身混凝土达到一定强度后,先将调垂架拆除,再将钢管柱割至设计钢管顶标高处。
    2、松动调垂架与地面连接的螺栓即可拆除调垂架装置,然后将钢管柱顶割至设计标高位置。
    5、下一节钢管柱的安装
   1、钢管起吊前应将管端焊接区域打磨除锈,标记出柱轴线与标高。在钢管柱外侧焊接四个钢板,用塔吊将钢管吊起,将上节钢管下口套插入下端钢管柱上口,上、下两段钢管的轴线对齐,将钢管临时固定。解开钢丝绳,将接口处的管壁对齐,然后用千斤顶来调整钢管的垂直度及标高。所有尺寸复测合格后,沿周边均分8个点进行点焊,将钢管固定。报验合格后,方能施焊。钢管柱对接如下图.




    5.3  施工管理及劳动力组织
    5.3.1  施工管理
该工法实施时,应提前做好充分技术准备,在工程开工前,就应完成专项施工方案的编制、审核、交底等工作,必要时还应进行方案的论证。
在钢管柱制作过程中,应加强对制作厂家的管理,保证加工的质量;钢管柱的运输、堆放等也须按规定的程序执行;混凝土的配合比,应结合工程特点和浇筑方式,委托专门的试验单位进行设计,并严格按配合比施工。
钢管柱的制作、运输、堆放、安装及混凝土的浇捣等过程,由项目技术负责人统一指挥,且分派专人负责各工序。
    5.3.2 劳动力组织




    6  材料及主要机具设备
    6.1  材 料
    6.1.1  主材:
本工程钢管柱的钢材采用Q345B,预埋环板、剪力环、内衬管采用Q235。
    6.1.2  焊材:
    1  手工焊条选用E50型(J506);
    2  埋弧自动焊选用H80MnA焊丝+HJ431焊剂;
    3  二氧化碳气体保护焊采用ER50型。
    4  常用的钢材焊接用焊条、焊丝、焊剂的选用参见表6.1.2。




6.2 主要机具设备


机械设备见表6.2。




    7  质量控制 



    7.1  质量控制标准及重点
   Ⅰ  质量控制标准
    7.1.1  《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001;
    7.1.2  《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002;
    7.1.3 《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T 10-2011;
    7.1.4 《自密实混凝土应用技术规程》CECS203:2006;
    7.1.5 《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001;
    7.1.6 《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28:90;
    7.1.7 《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002;
    7.1.8 《钢管混凝土结构技术规程》DBJ13-51-2003;
    7.1.9 《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)和设计的相关规定。
   Ⅱ  质量控制一般规定
    7.1.10  碳素结构应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成焊接24h以后,进行焊缝探伤检验。
    7.1.11  焊缝施焊后应在工艺规定的焊缝及部位打上焊工钢印。
    7.1.12  设计和规范的其他要求。
    Ⅲ  质量控制项目

7.1.13 主控项目

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7.1.14 允许偏差项目




    7.2  质量控制措施
    7.2.1  施工前,由技术部将施工图转换为钢管柱分段施工图;由项目技术负责人对施工人员进行技术交底,强化工艺要求。
    7.2.2  在施工过程的每道工序中,配备可以胜任的人员,以保证控制影响产品质量的因素及其管理活动处于受控制状态。
    7.2.3  在施工过程的每道工序中,严格按有关报验程序进行工序检验,切实做好自检、互检、交接检工作,严格执行三级检验制度。
    7.2.4  提供合适的生产设备,提供适宜的生产工作环境,以确保施工质量。
    7.2.5  严格要求焊接工作人员持证上岗。
    7.2.6  由于测量受日照影响很大,要控制测量时间,宜在早晨或傍晚进行垂直度、轴线、标高的测量工作,以求准确。
    7.2.7  焊缝无损检验应根据施工图要求及有关标准规定进行,无损检验不合格的焊缝,应按规定要求进行返修,返修后必须再进行无损检验。
    7.2.8  根据超大直径钢管混凝土柱的特点,管内混凝土浇注采用立式高位抛落免振捣法,混凝土浇注过程中要注意保护好预埋件,若出现扰动预埋件的情况要及时采取纠偏措施。 


    8  安全措施 


    8.1  工程施工时严格遵循《建筑安装工程安全技术规程》(JGJ59)等法律法规及上级主管部门颁布的各项有关安全文件规定。施工用电应由电工统一搭设,严禁乱拉设、拖地等,电焊作业时做好劳动保护措施,并备好灭火器材。
    8.2  钢管柱施工位于高临边位置,其搭设的外架应牢固、封闭,防止高处坠落。
    8.3  在进行钢管就位安装以及混凝土浇注时所搭设的临时操作台必须牢固可靠。
    8. 4  钢管在起吊时应选用适合的起吊钢绳,绑扎时须牢固可靠,防止脱落伤人。
    8.5  在安装区域周边作相应的安全防护。设置警戒线,严禁无关人员进入。
    8.6  安全员必须全过程跟踪,监督安全防护工作。
    8.7  贯彻执行“安全第一,预防为主”的方针,根据国家有关规定、条例,结合现场实际和工程的具体特点,组成专职安全员和班组兼职安全员及工地安全用电负责人参加的安全生产管理小组,落实安全生产责任制,明确各级人员的职责,抓好安全生产。
    8. 8  施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电、放高处坠落等安全规定及安全施工要求进行布置,并完善各种安全标志。
    8. 9  氧气瓶与乙炔瓶隔离存放,严格保证氧气瓶不沾染油脂,乙炔发生器有防止回火的安全装置。
    8. 10  施工现场由专业电工负责施工布线和设备安装,所有设备均安装漏电保护开关,切实做好防触电工作。施工时所用设备均需接地,决不允许有破损的电线。
    8. 11  现场吊装由专职起重技师统一指挥,包括构件绑扎和起吊信号,以确保设备及人员安全,要求起重人员严格行“十不吊”制度。高空作业人员必须系好安全带,做好高空防坠落工作。在钢管吊装期间,为防止人员、材料和工具坠落或飞出造成安全事故,需铺设安全网。为便于钢柱对接施工,并保证操作人员的安全,在操作场地要设操作平台。
    8. 12  高空施工,当风速达到10m/s时,吊装工作要停止,当风速达到15m/s时,应停止所有施工作业。 


    9  环保措施 


    9. 1  成立相应的环保管理机构,在施工过程中严格遵守环境保护的法律、法规,加强环境、卫生、文明、安全的施工管理。
    9. 2  根据有关法律法规、规章和施工方案,合理布置临时施工场地,施工场地做到整洁文明。废水的排放、建筑垃圾等的堆放和丢弃应按政府有关部门的规定进行管理。
    9. 3  严格执行《建筑施工场界噪声限值》标准,施工中采用低噪音的工序,大量焊接所产生的光污染,应采取相应措施进行防护,发现超标及时进行整改。噪音较大的工序禁止夜晚作业。 


    10  效益分析 


    10. 1  经济效益:本工法在传统施工工艺的基础上,对钢管柱加工、定位、安装的方式及流程进行了优化,大大缩短了了钢管柱安装、混凝土浇捣等过程的时间,节约了管理费、人工费、机械费等成本,经济效益显著。
    10. 2  社会效益:钢管混凝土柱安装精度控制稳定,混凝土浇捣速度快且可靠,为整个项目从整体上提前了工期,节约了社会资源,也利于环保,并树立企业的良好形象。
    10. 3  技术效益:在钢管混凝土柱的施工上,积累了丰富的同类工艺施工技术处理措施经验,形成了简便、可行的施工方法。 


    11  应用实例 


    1  工程概况
南国中心一期项目总用地面积约10240m2,总建筑面积约11万平方米,其中地上裙楼6层、塔楼31层,高度约112.65m,地下室四层,开挖深度约22.35m,基础采用钻孔灌注桩。基坑采用逆作法施工,立柱桩采用φ1000mm钻孔灌注桩,临时格构立柱采用4L200×20角钢,永久立柱采用φ610×20mm、φ508×10mm钢管柱。钢立柱下端均插入灌注桩桩顶3m。钢立柱垂直度偏差不大于1/400,平面定位精度不大于±5mm。
根据提供的图纸,ZH1桩共计150根,ZH1a桩56根,ZH2共计95根,ZH3共计115根,桩长33~37m,利用工程桩的临时格构柱59根,柱长24.8m,永久钢管柱Φ610共计52根,永久钢管柱Φ508共计104根。桩身混凝土及钢管柱内混凝土均为C60,钻孔桩采用桩端、桩侧后压浆,桩端压浆量不小于2t,总压浆量不小于3t。
    2  施工情况
钢管混凝土柱的施工技术,重点控制钢构件制作质量、安装时的焊接质量、改善混凝土浇筑工艺,认真落实“三检”制度与工序间的交接班,实行技术人员跟踪指导,攻克了许多施工难关,使钢管混凝土柱结构保质、按期、安全地施工,确保了工程的施工质量与进度。得到了有关单位的高度评价,同时也积累了施工经验,为我司取得了信誉,获得良好的经济效益和社会效益。
    3  施工结果评价
钢管混凝土柱施工工法的应用实现了设计意图,能够保证主体结构的质量,缩短了施工工期,使工程按期交付使用,取得了良好的社会效益和经济效益。采用本工法进行施工,可进行钢构件工厂化制作现场组装,大量地节约钢材,节省了投资,取得了良好的经济效益。

参考文献:

CECS:1882005钢管混凝土叠合柱结构施工技术规程
JGJ81-2002    建筑钢结构焊接技术规程
GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规程

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