维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术 建材与装饰２００７年９月下旬刊 钢管混凝土柱安装工艺及实践应用 黄建新 （清远市清新建筑工程有限公司） 摘要：本文阐述了钢管混凝土柱作为建筑结构的主体构件，它的施工质量及速度直接影响着整个工程的质量及工期进度。对施工 单位而言，现场安装是钢管混凝土柱施工的主要工作内容，而能采用一套简便、迅捷的安装工艺来完成钢管混凝土柱的现场安装，就显得 尤为重要。 关键词：高层建筑；混凝土柱：变形 随着钢管混凝土柱技术的不断完善与发展，钢管混凝土柱 在高层建筑中得到了广泛的应用。钢管混凝土柱作为建筑结构 的主体构件，它的施工质量及速度直接影响着整个工程的质量 及工期进度。对施工单位而言，现场安装是钢管混凝土柱施工的 主要工作内容，而能采用一套简便、迅捷的安装工艺来完成钢管 混凝土柱的现场安装，就显得尤为重要。 １高层钢管混凝土柱安装的工序过程及需要 注意的问题 钢管混凝土柱安装过程为：吊装就位一垂直度校正一对接 焊接一浇筑混凝土一平面楼层施工一上层钢管混凝土柱吊装就 位。在钢管混凝土柱施工中，对接焊缝的焊缝质量和垂直度是主 要的验收项目。在焊接阶段不但要保证焊缝质量满足设计的要 求，而且要严格掌控焊接变形的大小，这是因为焊接时焊缝产生 的焊接变形很大程度的影响了钢管混凝土柱的垂直度，并且垂 直度偏差的大小又直接影响着钢管混凝土柱上口轴线位移的大 小。 在钢管混凝土柱安装中常见的一个问题是：在平面楼层施 工结束后，原本在焊接阶段完成时控制的相当好的平面轴线位 置，又出现了新的偏差，而这种最终形成的偏差又很可能会超出 施工规范允许的验收范围。最终偏差主要是由后期施工中产生 的一些外力（如施工中钢筋、模板的顶撑，混凝土浇筑时混凝土 料斗的碰撞等）造成的。为保证结构的整体垂直度满足规范要 求，避免多次楼层施工后的最终偏差累计过大，在每一次的安装 上一层钢管混凝土柱时，我们需要在规范允许偏差的范围内，适 当预设逆向偏差来抵消下层钢管混凝土柱的最终偏差。计算逆 向偏差时需要综合考虑下层钢管混凝土柱的最终偏差和焊接阶 段中将产生的焊接变形。钢管混凝土柱吊装就位和浇筑混凝土 应根据现场施工条件确定相应施工方案。 ２传统的钢管混凝土柱安装工艺的优缺点 目前，钢管混凝土柱安装延续了传统的钢柱安装方法：通过 两台成９０￣角架设的经纬仪，测控标识于钢管混凝土柱上的标 示线（俗称洋冲）的偏差度，再结合两台千斤顶做两个方向的顶 升调整来完成。此种安装方法的优点在于：经纬仪在相应的工作 条件下能够精确测定偏差；千斤顶可平稳的完成重型构件的顶 升工作。但由于钢管混凝土柱的特殊性，传统安装方法也存在以 下弊病： （１）误差大、效能低。目前用于建筑结构中的大直径钢管，一 ・２０６・ 般由钢板卷制焊接而成。钢管混凝土柱本身为近似圆柱体，无可 直观观测的竖向边线，一般依靠在钢管的外壁上标识洋冲，用作 以后的观测线。钢管制作完成后允许存在制作偏差，钢管的几何 中心位置很难确定，洋冲标识会存有偏差，并且由于现场条件的 ，观测时还会产生多方面误差，这就使得经纬仪不能合理发 挥效能。 （２）工程整体进度慢。高层施工工期紧、进度要求快，而采用 经纬仪测控时需要一定的工作面，在观测区域内不能同步进行 楼层脚手架搭设等其它工序，钢管混凝土柱安装工作需进 行，明显滞后了工程的进度。 （３）人力、物资需求高。每根钢管混凝土柱安装均需两台经 纬仪、两名测量人员，若想多根钢管混凝土柱同步安装，则专业 测量人员和仪器设备需求成倍增长，经济效益差，而且一般的施 工单位都难以满足这种要求。 ３新工艺的实践应用 经过实践摸索，采用一种简易的卡盘锁具结合传统的吊线 坠方法来完成钢管混凝土柱的安装，较好的解决了传统工艺中 存在的几点缺陷。此种新工艺在某广场工程中应用，取得了良好 的质量效果和经济效益。该工程为双塔型高层商住楼，框一剪结 构，地下一层地上二十八层，全高１０４．４ｍ，单塔结构的中部采用 六根钢管混凝土柱做为竖向承重构件。钢管混凝土柱采用变截 面设计，直径由（Ｉ）９００渐变为 ８５０、￣８００、（Ｉ）７５０、（Ｉ）７００；楼层荷 载依靠焊于钢管外壁上的环形筋传递给钢管混凝土柱；钢管管 材采用Ｑ３４５Ｂ级钢，管壁厚由ｔ＝２４ｍｍ渐变为２０ｍｍ、１６ｍｍ、 １２ｍｍ；Ｃ６０混凝土。钢管混凝土柱的安装就是采用了自制的卡盘 锁具结合定边定点吊线坠的安装方法。 ３．１卡盘锁具的介绍 ３．１．１制作大样图 卡盘锁具采用３０ｍｍ厚Ｑ２３５钢板为原材制作，一套锁具由 一只锁盘、两个锁母、四支圆销组成。锁盘采用３０ｍｍ宽钢板条 焊制；锁母为钢板块中间开孔制成；圆销为钢板条锻造制成。 ３．１．２使用方法 吊装就位：卡盘锁具的使用部位在钢管混凝土柱接口处对 准轴线位置的四点。操作方法为：上层钢管混凝土柱吊装前，在 下层柱的上管口下边ｌｏｏｍ左右处对准轴线位置焊上锁母，然后 进行上层钢管混凝土柱的吊装。吊装就位后，对准下层柱锁母的 位置焊上上层柱的锁母，然后挂上锁盘将圆销插入锁母孔中，即 完成了钢管混凝土柱的吊装就位。锁母同钢管混凝土柱的连接 采用单侧点焊即可满足使用要求，取下时较为容易，操作简便。 维普资讯 http://www.cqvip.com 建材与装饰２００７年９月下旬刊 施工技术 垂直度校正：选取需做垂直度调整的柱边侧的锁具，插入圆 销１、２或插入圆销３、４，通过控制圆销１、２或圆销３、４打入的 多少即可完成垂直度的调整工作。例如在卡盘锁具就位图中，上 层钢管混凝土柱吊装就位后因为向右侧倾斜需要做垂直度调 整，则在右侧锁盘处插入圆销１、２，通过控制圆销打入的多少就 做到了钢管混凝土柱右侧的上项，调整了垂直度：或者在左侧锁 盘处插入圆销３、４，通过控制圆销打入的多少就做到了钢管混 凝土柱左侧的下拉，调整了垂直度。在钢管混凝土柱垂直度校正 工作中，对上顶或下拉的距离要求一般都很小（通常在０～２ｃｍ 间），此种方法完全可以替代千斤项来满足安装工作的需要。 的变形也会相应较大，故在每层焊接交圈后，需要将焊渣打磨干 净并检测一次垂直度，对变形较大的一侧在下一道焊接时相对 减轻焊接的强度，尽量控制钢管混凝土柱的垂直度在焊接阶段 保持不变，在必要情况下可作小区段的返工焊接。 钢管混凝土柱因制作缺陷，会存在接口截面不垂直于柱子 中心线的现象，又因为安装中调整垂直度的倾斜，加大了焊缝尺 寸的偏差（８ 一８），如焊缝偏差示意图所示。在焊缝冷却的阶段， 若焊缝尺寸均匀则焊缝冷却收缩也相应均匀：当焊缝尺寸偏差 较大时，焊缝冷却收缩的偏差也会很大。在钢管混凝土柱垂直度 调整完成后，若焊缝尺寸偏差较大，应再做一次垂直度调整，根 崩髯｛锈鞋十｝｝ ６ ３．２定边定点吊线坠法 定边定点吊线坠方法就是结合楼层的平面控制网，用线坠 取代经纬仪，通过测控整根钢管混凝土柱从下至上的两个固定 控制边上的固定点，来完成垂直度的控制工作。 在距钢管混凝土柱上口约３０ｃｍ处（为避免钢管接口处会因 焊接产生变形，并且避开锁盘），对准轴线位置点焊钢筋头用于 吊线坠，钢筋头下ｌＯｏｍ处作为固定测点。量测控制上、下测点 与吊线间的间距来完成垂直度控制。 下面以工程实例说明其应用情况：某商住楼工程验收时发 现，钢管混凝土柱平面布置图中西北角的钢管混凝土柱在楼层 混凝土浇筑后出现轴线位置偏移，测量结果为向东偏５ｍｍ，向 北偏３ｍｍ．需吊装的上节钢管混凝土柱长度ｈ为６．６ｍ，规范允许 垂直度偏差１‰。钢管混凝土柱吊装就位后，在东侧、南侧点焊 钢筋头，悬挂线坠，将线坠上测距定位为ｌＯＯｍｍ，用东侧锁盘调 整钢管混凝土柱的东西向倾斜，将东侧下测距调整到９５ｍｍ：再 用南侧锁盘调整钢管混凝土柱的南北向倾斜，将南侧下测距调 整到１０３ｍｍ。至此完成了垂直度及轴线位置偏移的调整。ｆ调整 值为５ｍｍ和３ｍｍ，均在ｈ １‰允许范围内１ ４钢管混凝土柱焊接变形规律和反焊接变形 测控数据的探索 焊接变形目前还是一技术性难题，受诸多不确定因素的影 响，难以就焊接变形的程度进行准确测控。现仅就某工程钢管混 凝土柱的安装经验及对全部测控数据的统计分析，对焊接变形 的测控展开阐述： 经实践分析，钢管混凝土柱的焊接残余变形主要是由对接 焊缝冷却收缩引起的，在同等的焊接环境和焊接工艺条件下，焊 缝尺寸偏差的大小及钢管混凝土柱的壁厚是影响焊接变形的主 要因素。焊接变形发生在焊接过程中和焊缝冷却过程中，重点是 要做好这两个阶段的测控。 在焊接阶段采用两人分层分段对称焊接，能取得较好的控 制效果。在两人对称焊接时，当一方焊接的强度较大时，这一边 据反变形法预设反向倾斜来抵消将会产生的收缩偏差。 焊缝冷却到环境温度后焊接变形基本结束，此时钢管混凝 土柱向焊缝较大的８ 一侧做一定程度的倾斜，经对安装过程中 测控数据统计分析后，推导出倾斜率１１草算公式为： ． 奇 ｍ——预测垂直度倾斜率，单位‰； ８ ——较大焊缝１５ｍｍ≤８ ￣＜４２ｍｍ ８——较小焊缝８ｍｍ≤８￣＜２６ｍｍ： ｔ——钢管混凝土柱壁厚 １２ｍｍ≤ｔ≤２４ｍｍ： Ｉ广壁厚影响经验系数，ｔ＝２４ｍｍ时 取１．２，ｔ＝１２ｍｍ时 取１．０。 注：公式中各项取值为施工中的实测数据。 根据ｒｌ＊ｈ求出的焊接变形预测值即为反变形测控值，用反 变形法进行钢管混凝土柱垂直度的最终调整。至此完成垂直度 的校正工作，进入对接焊接工序的施工。 ５卡盘锁具和定边定点吊线坠测控方法的推 广优势 钢管混凝土柱吊装方案主要有两种：第一种方案是吊装与 楼层施工同步，即按照钢管混凝土柱长度一层一节或两层一节： 第二种方案是一次性吊装多节。经比较不难发现，采用卡盘锁具 结合定边定点吊线坠方法来进行钢管混凝土柱的安装，第一种 方案就具有以下明显优势： （１）安全便捷：以楼层做为钢管混凝土柱安装的操作面，无 须另外搭设操作平台，避免高空作业，便于浇筑钢管混凝土柱混 凝土。 （２）安装质量高：以楼层为操作面便于质量控制，有利于安 装成果的及时检验，下层垂直度、轴线位置出现偏差在上一层安 装中可及时校正。 （３）施工进度快：钢管混凝土柱吊装时间短、校正快、操作面 小，并且与其它工序互不影响，可与楼层脚手架、钢筋、模板工序 同步进行，还可组织多个安装班组平行作业，大大提高了工程的 整体进度。 （４）经济效益高：无需专职测量人员及测量仪器，普通安装 工人即可完成操作。卡盘锁具自制，成本低廉，反复周转使用无 损耗。 ・２０７・
