型钢砼组合柱施工工法.docx

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型钢砼组合柱施工工法

型钢砼组合柱施工工法

中冶集团华冶资源公司青岛分公司

王杰陈春香豆素芬赵志杰徐学利

1前言

型钢砼组合柱结构（早期为劲性砼结构），是多层、高层建筑及大型公共建筑的核心技术，掌握应用其制作、安装等技术是决定建筑产品的质量优劣的关键。

随着科学技术的进步和发展，对型钢砼组合结构的制作、安装也提出了更高的要求，为了保证型钢结构制作、安装质量和速度，我们在型钢组合结构制作、安装施工过程中逐步建立起一套成熟的工艺方法，较快、较好的完成了多个多层、高层及大型公共建筑工程。

型钢砼组合柱结构是把型钢埋入钢筋砼中的一种独立的结构形式，由于在其钢筋砼中增加了型钢，型钢以其固有强度和延性，以及型钢、钢筋、砼三位一体地工作，使其具备了比传统钢筋砼结构承载力大、刚度大、抗震性好等特性，与钢结构比，具有防火性能好，结构局部和整体稳定性好，节约钢材等优点。

目前，在国内多层、高层结构体系中，都是有针对性的，在需要型钢砼的特殊部位采用。

型钢砼组合柱施工工法，是根据邯郸市电信局第二长途电信枢纽工程、大连星海会展中心工程的制作、安装施工实践和经验编制的。

2工法特点

2.1本工法适宜于钢结构加工厂和现场组装、安装等，提高制作精度和质量；

2.2适宜泵送砼技术及商品砼和现场拌制砼，砼强度等级不宜低于C30，提高工效，缩短工期；

2.3利用高效减水剂和粉煤灰掺合料配制C60砼，提高砼强度、和易性、耐久性，砼坍落度为18-20cm，既节约水泥又保证质量；

2.4采用C60砼预拌制技术，解决砼拌制具体工艺细节，大量使用散装水泥，节约包装材料，减少对环境的污染；

2.5砼所用的原材料来源广泛，价格便宜，商品砼、现场配制容易，所用施工机械与常规施工机械相同，不需要多增加机具人力投入，节约成本；

2.6解决了同时浇筑两种不同等级砼搭接质量问题，效果良好；

2.7本工法对砼质量控制严格，砼稳定性好，密实度高。

3适用范围

本工法适用于多层、高层及超高层和大型公共建（构）筑物的型钢砼组合结构的施工。

4工艺原理

型钢砼组合柱结构的施工工法，是集材料采购、钢结构制作技术、构件运输、钢结构安装技术、砼预拌制技术、砼泵送技术、流体力学和流变学理论而实现的一种较高难度、综合性很强的社会化大生产的施工技术。

严密的组织、科学的管理、精心的计划、合理的安排各工序间的配合是关键。

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

根据设计要求和现场实际情况，十字型钢柱的制作由金属结构厂制作，其自动化程度高、产品质量有保证，砼采用商品砼，砼浇筑采用泵送砼，可以提高工效、缩短工期，全封闭的砼输送，可节约砼，避免环境污染，其工艺流程如下：

原材料采购→材料检试验→号料、下料→制作→组装→运输→专业工序交接→安装→检验→验收→专业工序交接→绑扎钢筋→验筋→支模→验收→砼搅拌→浇筑→养护→拆模。

5.2操作要点

5.2.1型钢制作

1.技术准备

1）编制《型钢制作施工方案》、《焊接工艺作业指导书》；

2）收集有关规范、标准及资料，其必须准备的有：

《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001、《钢结构设计规范》GBJ17、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001。

2.制作工艺流程

型钢的制作质量是型钢混凝土组合结构的重点和关键，合理安排制作工艺流程是必要的，其流程如图5.2.1-1。

3.原材料采购及检试验

1）所用钢材、焊材的材质、规格等应严格按设计和规范要求采购，必须有出厂合格质量证明书，并按规定进行检测和工艺试验；

2）对钢材、焊材的材质证明文件有怀疑时，除常规检测外应作抽样试验；

3）外观检测应重点放在严重锈蚀、变形、损坏、夹层等缺陷，一般锈蚀、麻点或划痕等缺陷，其超差不得大于钢材厚度负偏差的1/2；

4）焊丝、焊剂应无锈蚀、受潮、结块，严格按《工艺指导书》要求规格、型号采购使用。

4.基材矫正、放样、号料、切割

1）基材严重变形的不允许使用，微量变形尽量使用平板机矫正，局部采用加热矫正，其加热温度不得大于900℃并缓慢冷却；

2）矫正后的基材不允许有明显的凹面和损伤及划痕，其允许偏差：

t≤14时，为1.5mm，t＞14时，为1.0mm，划痕深度不得大于0.5mm；

3）放样、号料主要是留出制作和安装时的割缝量、焊接量、热矫正收缩量、荷载对柱的压缩变形量。

其量控制应在2-3mm为宜；

4）放样、号料原则上不拼接，当必须拼接时，应在对接方式、位置上保证构件受力强度；

5）当构件超过一块钢板自然长度时，应预先用钢板拼接整体放样、号料，不允许分段放样、号料，且翼缘与腹板拼接缝应错开200mm以上；

6）切割和坡口应用自动和半自动切割机，曲线切割采用地轨，其切割允许偏差如下表所示：

表5.2.1-1气割的允许偏差

序号

项目

允许值

1

构件长度、宽度

±3.0mm

2

切割平面度

±0.05t,且大于2.0mm

3

割纹深度

0.3mm

4

局部缺口深度

1.0mm

注：

t-为切割面厚度

表5.2.1-2机械剪切的允许偏差

序号

项目

允许偏差

1

零件宽度、长度

±0.3mm

2

边缘缺棱

1.0mm

3

型钢端部垂直度

2.0mm

5.组装

1）组装工序流程：

先组装H型钢→再组装两个T型钢→组装十字型钢柱。

2）组装要点：

认真检查组装部件的尺寸是否正确；

控制构件的焊接接点的收缩量；

不宜采用较大外力强制组装；

检查构件与组装模具的脱模情况，避免失误性超负荷导致构件变形；

腹板和上下翼缘板的相对位置要垂直、水平、无间隙。

6.焊接

1）选择合理的焊接顺序，相同的电流、焊速及焊材；

2）采用预变形方法解决焊接变形；

3）焊接质量应按《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-91规程执行表5.2.1-3：

表5.2.1-3焊接质量的允许偏差

序号

项目

允许偏差

1

焊缝全高

B＞6

0～+3.0mm

焊脚高

B＞6

0～+3.0mm

2

T型接头要求焊缝的B型焊缝

B＝δ/2

0～+1.5mm

4）100％超声波检验，T型熔透焊应满足Ⅰ级焊缝要求，跟踪时间不得超过当班。

7.矫正

1）矫正制作精度应满足《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001和下表要求：

表5.2.1-4矫正制作精度的允许偏差

序号

项目

允许偏差

1

一节柱长

±3.0mm

2

柱身挠曲矢高

L/1000且≯5.0mm

3

柱截面尺寸

±3.0mm

4

翼缘板倾斜（接合处）

1.5mm

5

腹板中心线偏移（接合处）

2.0mm

2）H型钢采用型钢矫正机或局部加热矫正，十字型钢柱采用混合矫正或加热矫正，热矫正宜控制在750-900℃之间，同一点加热矫正不得超过两次，然后缓慢冷却。

5.2.2运输

1.运输采用平板运输车平卧装运，装运时用枕木、钢丝绳、手动葫芦等工具将型钢垫好绑好；

2.一般情况下，不宜将型钢重叠装运，如需要可在车上放置专门制作的型钢支撑架运输。

5.2.3十字型钢柱安装

1.吊装设备选用：

根据吊装构件的对接高度、幅度和施工现场的实际情况选用，一般选用70-150t吊车；

2.根据设计要求在基础上表面及柱身测量出轴线、柱中心线、边线和标高，用红铅油标定，并留好记录；

3.就位：

十字型钢柱柱身的十字中心线对准现场中心轴线，利用起重设备垂直起吊安装，吊点选在距钢柱上部接口1/4范围内，上节柱安装前应进行下节柱1200mm高度的垂直度及标高测量，并做好记录；

4.调校

1）利用螺栓千斤顶调校柱轴线与现场轴线重合；

2）用螺栓千斤顶、线锤吊线调校柱垂直度，经纬仪复核；

3）利用铁码、楔形铁调校对接口错边；

4）点焊固定；

5）安装偏差应满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001规定外，还应满足下列要求：

表5.2.3-1安装偏差

序号

项目

允许偏差

1

柱脚底座中心线对定位轴线

5.0mm

2

柱基准点标高

±5.0mm

3

挠曲矢高

H/1000

4

柱全高轴线垂直度

35.0mm

5

柱轴线垂直度

10.0mm

5.初焊

1）清除对接口的油污、铁锈、毛刺等，低温烘干焊接部位，焊条作烘培处理；

2）现场安装连接焊缝为Ⅱ级，焊条采用E430系列焊一道底焊，之后再按横焊先下后上原则，分层连续施焊；

3）施焊顺序采用两人对称同速度、同方法交叉施焊；

4）焊机可采用交、直流电焊机，焊接电流根据钢板厚度、接头形式、焊缝位置及焊道层次选择，通常在130-180A之间。

6.复核:

一、二道焊缝焊接完后，用吊线、经纬仪复核柱垂直度经焊接后的变形情况，变形较大，应将部分焊缝铲除后重新施焊调整。

7.焊接:

经复核确认垂直偏差在允许范围内，可进行全面施焊。

8.焊缝检验:

现场施焊按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001关于为Ⅱ级焊缝质量检验要求进行检验。

5.2.4砼拌制、泵送、浇筑

1.技术准备

1）编制《高性能、高强度砼施工方案》及各主要工序作业指导书；

2）收集有关规范、标准及资料如下：

《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）

《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107-87）

《高强混凝土结构技术规程》（CECS104：

99）

《混凝土泵送施工技术规程》（GBJ/T/10-95）

2.砼拌制

1）胶结料选用：

R52.5水泥，其活性指标57MPa，初凝125mm，终凝4h10min;

2）粗骨料选用：

10-20mm石灰岩，表现密度2740kg/m3，堆积密度1440kg/m3,含泥量0.7％，泥块含量0.2％，针片状含量8.6％，压碎指标9.0％，孔隙率47％，50×50×50mm岩石立方体抗压强度平均值94Mpa≥1.2×60Mpa；

3）细骨料选用：

中砂，表现密度2650kg/m3,堆积密度1440kg/m3，含泥量1.8％，泥块含量0.4％，细度模数2.6％，孔隙率46％；

4）掺合料选用：

Ⅰ级粉煤灰，细质8.0％，烧矢量4.4％，三氧化硫0.54％，需水量比92.4％；

5）高效减水剂：

SKY-8b高强泵送剂，固体含量30％，减水率25％；

6）配合比：

见下表

表5.2.4-1配合比

水泥

砂子

石子

水

SKY-8b

掺合料

坍落度

490

620

1060

180

24.4

90

180-200mm

0.48

1.07

0.31

0.31

0.042

0.16

3.投料顺序

为了使砼拌合物搅拌均匀，经过多次试拌配确定，如下投料顺序：

表5.2.4-2投料顺序

4.钢筋

在十字型钢柱焊缝100％探伤合格后，进行柱内钢筋绑扎，竖向钢筋以及穿过型钢柱的纵、横向梁的钢筋均采用螺纹套筒连接，外侧最大箍筋套入柱内采用封闭焊接。

纵横向梁内钢筋必须按预穿时的顺序进行。

梁内钢筋在柱内水平锚固不足10d时，应与型钢柱翼缘板焊接牢固。

5.模板

模板采用定型组合模板，用槽钢钢框加ф20螺栓固定，钢框纵向间距为500mm，模板四角边用50×50×5mm角钢通过螺栓连接。

6.砼浇筑

1）砼浇筑采用两台HB-60型拖式泵，泵送压力3.04Mpa，砼排量60m3/h；

2）由于型钢砼组合柱的特性所定，砼浇筑依次从型钢组合柱的四角空隙间对称均匀下料，下料高度为1.0m，用两台高频插入式振捣器振捣；

3）不同砼强度等级的砼的变化部位（梁、板、柱的交接处），应先浇核心区的高等级砼，再浇低等级的砼，不同标号砼浇筑见下图。

C40混凝土梁板水平施工缝hh

C60柱混凝

土核心区

接缝

图5.2.4-1不同强度等级砼梁柱施工接缝

7.养护

1）砼的养护采用喷淋养护，养护时间一般不少于7天。

2）砼终凝后，每两小时浇水养护一次，拆模后，满挂一层麻布进行保温遮阳，浇水保持湿润14天。

6材料与设备

6.1材料

6.1.1型钢板材宜采用Q235-B、C、D级的碳素结构钢及Q235-B、C、D、E级的低合金高强度结构钢，其质量标准应分别符合《碳素结构钢》GB700和《低合金高强度结构钢》GB/T1951的规定，另外厚度大于等于50mm的钢板应符合《厚度方向性能钢板》GB5313的规定。

6.1.2焊条宜采用低碳钢焊丝，电弧焊保护气体宜选用CO2，手工焊宜采用E430焊条系列，其质量标准应符合《碳钢焊条》GB5117，《低合金钢焊条》GB5118、《熔化焊用钢丝》GB/T14937。

6.1.3高强度螺栓、普通螺栓其质量标准应符合《钢结构高强度六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈的技术条件》GB/T1228-1231的规定。

6.1.4钢筋：

纵向钢筋和箍筋宜采用延性较好的热轧钢筋。

6.1.5水泥品种宜选用普通硅酸盐水泥，有相应的技术措施时也可采用矿渣硅酸盐水泥。

质量应符合有关国家现行标准的规定。

6．1.6细骨料采用中砂，其质量标准应符合《普通混凝土用砂标准及检验方法》JGJ52。

细骨料对砼拌合物可泵性的影响比粗骨料大得多，因此要求细骨料有良好的级配，通过0.315mm筛孔的砂应不少于15％。

6.1.7粗骨料的最大粒径与砼输送泵管内径之比，碎石1：

3；卵石1：

2.5连续级配，碎石针片状含量要求小于15％，其质量应符合《普通混凝土碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53。

6.1.8外加剂宜选用缓凝型减水剂。

6.1.9掺合料粉煤灰品级要求二级或二极以上，质量要求应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GBJ1596的规定。

6.2机具设备

6.2.1工厂制作的机具配备

1气割设备；2剪板机；3矫正机；4桥式吊车；5自动焊机；6各种车刨床；7砂轮机；8钻床；9金属超声波探伤仪。

6.2.2现场安装的机具配备

1平板运输车；2轮式起重机；3塔吊；4螺栓千斤顶；5交流式直流电焊机；6电烘箱；7气割设备；8钻床；9砂轮机；10经纬仪；11手动葫芦。

6.2.3砼浇筑的机具配备

1砼输送车；2砼泵；3输送管；4塔吊；5高频振捣棒；6钢筋加工设备；7交、直流电焊机。

7质量控制

7.1质量管理体系

质量管理体系见图7.1-1。

图7.1-1质量管理体系图

7.2保证项目（制作、安装）

7.2.1板材、焊条、焊丝、焊剂必须有制造厂的合格证明书，符合设计和国家现行有关标准规定。

7.2.2焊工必须经考试合格，并取得相应施工焊条件的合格证。

7.2.3对Ⅰ级、Ⅱ级焊缝应进行100％探伤，其结果应符合设计和国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》的规定。

7.2.4焊缝表面不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。

Ⅰ级、Ⅱ级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷；且Ⅰ级焊缝不得咬边、未焊满等缺陷。

7.3基本项目（制作、安装）

7.3.1板材表面锈蚀、麻点或划痕深度不超过其厚度负偏差的1/2，不允许有结疤、裂缝、折叠和分层等缺陷，没有受过冲击。

7.3.2焊缝成形均匀、良好，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。

7.3.3焊缝咬边深度应小于或等于0.05t（板厚）且不应大于0.5mm,连续长度不应大于100mm，两侧咬边总长度应小于总抽查长度的6％。

7.4允许偏差项目

见《钢结构工程施工质量验收规范》。

7.5砼质量

其保证项目、基本项目、允许偏差项目按《混凝土结构工程施工及验收规范》、《混凝土强度检验评定标准》执行外，还应作好如下工作：

7.5.1混凝土生产厂应随车提供砼配比单，砼初凝时间应为到现场前不少于5小时为宜。

7.5.2逐车进行取样测试坍落度和试块，坍落度应满足预拌制砼设计配比要求。

7.5.3砼达到标准龄期应采用抽芯检测，验证砼强度。

8安全措施

8.1遵守高处作业的安全守则；

8.2遵守安全用电管理制度；

8.3焊接区域严禁存放易燃易爆物品，并按规定配备灭火器材，专人监护；

8.4起重机（车）下方禁止站人；

8.5型钢柱就位后，及时加设临时固定措施，保证构件稳定性；

8.6焊线不得拖地，需要挂起，避免水浸；

8.7各种调校工具统一放入工具袋，避免高处坠物。

9环保措施

9.1操作者应戴好防护用品，加工间应通风良好。

9.2产生的铁屑等杂物，宜用工具袋收集，送到指定的场所存放。

做到工完场清。

9.3加工场噪声较大时，对主要噪声源周围采取隔声措施。

9.4现场主要道路应采用硬化路面，非硬化路面及场区采取洒水、绿化等措施，保持湿润无扬尘产生，对应建筑垃圾，及时进行清理，严禁抛洒。

9.5夜间施工照明采用定向灯罩，避免影响周围社区，夜间尽量避免焊接等产生强光源的施工活动，必须夜间施工时应采取必要的围护措施。

10效益分析

10.1施工预算单价

型钢砼柱施工预算单价包括材料费、人工费、机械费，按目前市场价格计算，每吨型钢柱制作安装单价为5200元/t。

10.2经济效益分析

在受力相同、结构形式相同的情况下，与纯钢结构和纯钢筋砼相比较，其综合经济效益应比钢结构和钢筋砼结构高。

11应用实例

邯郸市电信局第二长途枢纽工程，建筑总高度130.4m，地下3层，地上28层，核心区采用十字型钢骨型钢组合柱，设计强度等级为C60砼，型钢板厚为30-36mm，截面尺寸为1300×1300mm。

大连星海会展中心工程，建筑约11万平方米，地下1层，地上2层，屋顶标高50.0m，主体结构采用十字型钢组合柱，设计强度等级为C30砼，型钢板厚为30-40mm，截面尺寸为1000×1000和ф1150mm共计635根，其中方柱38根，圆柱597根。

目前，邯郸市电信局第二长途枢纽工程十字型钢组合柱在2001年度已完成施工，现已进入室内精装修。

大连星海会展中心的十字型钢组合柱也于2003年底完成施工。

实践证明，采用型钢组合柱施工工法，大大提高了施工工效，为型钢砼组合结构的施工提供实践经验，创造了很好的经济效益和社会效益。