高层建筑钢管混凝土柱的施工技术

【摘 要 】 钢管混凝土柱具有承载能力高、抗震能力强等特点,其不仅可以取代钢筋混凝土柱,也可以解决钢筋混凝土柱常有的“胖柱”等问题,大大减少了刚才用量,而且又提高了结构的抗侧移能力.因此,钢管混凝土柱在高层建筑建设中应用得越来越普遍.本文介绍了高层建筑钢管混凝土柱的施工特点,并重点阐述了高层建筑钢管混凝土柱的施工方法,相关技术仅供参考使用.

【关 键 词 】 高层建筑 钢管混凝土柱 特点 施工技术

前言

我国有关钢管混凝土柱的应用应追溯至1966年的北京地铁车站工程[1].从那以后,我国对其开展了一系列系统的科学试验研究,以确保钢管混凝土柱实际应用中的具体力学计算问题的可靠性,现已形成一套满足设计需要的计算理论和设计方法.钢管混凝土的强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外,还具有省工省料、架设轻便、施工快速等优点,使得全国各地建筑工程越来越青睐于应用钢管混凝土柱.且随着高层建筑工程的兴建,钢管混凝土柱在广州、深圳、珠海、沈阳、天津、北京、重庆、昆明、福州和南京等城市的施工应用已日渐成熟.仅广州就有好世界广场、新中国大厦、名汇商业大厦、翠湖山庄、合银广场、新达城广场、冠军大厦、省邮电通讯枢纽综合楼、江南中心、南航大厦、京光广场、美东大厦、亿安广场、中华广场、市人大滨江东住宅楼、文昌花苑、芳草园等高层和超高层建筑采用该项技术,其中超过200m则有江南中心、南航大厦、京光广场、省邮电通讯枢纽综合楼、中华广场、合银广场、新中国大夏等工程.

1. 钢管混凝土柱的结构特点

众所周知,混凝土的抗压强度高.但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力.而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高.钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能,具体表现为以下几个方面：

1.1承载力高、延性好,抗震性能强

钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲.而钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明,试件压缩到原长的2/3,纵向应变达30%以上时,试件仍有承载力.所以它的延长性是可以用科学试验证明的[2].抗震性能是指在动荷载或地震作用下,具有良好的延性和吸能性.工程实例证明,要保证同样的稳定性,钢柱要比钢管混凝土柱使用更厚的钢板,且经常发生塑性弯曲后丧失局部稳定.因此,钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱.

1.2施工方便,工期大大缩短

钢管混凝土结构施工时,钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量,施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋,便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时,不需要模板,既节省了支模、拆模的材料和人工费用,也节省了时间[3].

1.3耐腐蚀性能优于钢结构

钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少,受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多,抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省.钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响.圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用,使钢管内部的混凝土处于三向受压状态,使混凝土具有更高的抗压强度.但是圆钢管混凝土结构的施工难度大,施工成本较高.相比之下,方钢管混凝土结构的施工较为方便,但钢管混凝土受到的约束作用较小,结构的承载力较低.

2. 钢管混凝土柱的施工技术

2.1钢管混凝土柱的施工工艺

钢管柱吊装→钢管柱焊接→焊缝检测→钢管柱内混凝土浇筑→钢管柱外侧钢筋绑扎→钢管柱外侧模板支设→管柱外包混凝土浇筑→下一层钢管柱吊装.

2.2钢管柱吊装施工

钢管柱标准层每层高3.5m,裙楼层高5 m,采用每层吊装一次,吊装焊接点预留在楼层以上1.5 m处,钢管柱标准层吊重2.75t,裙楼吊重3.93t,采用QTZ160 t·m的塔吊装,吊装在每层混凝土浇筑完成后插入进行,16根钢管柱吊装分两批进行,每次吊装8根,每次吊装时间半天.

2.3钢管柱的吊装定位

柱定位采用外侧垂线及内部轴线控制网相结合的方法进行控制,内部轴线控制网采用垂准仪投点测绘,并放出柱的四周边线及钢管柱吊装定位轴线点,内部轴线网点在首层,同时在15层、30层处进行原始轴线网点转换.外侧每层采用垂线,每层的垂线控制点在下一层的钢管柱上,同时每隔5层进行一次外侧轴线点的复核,辅以经纬仪进行.当出现外侧轴线点与内部轴耐控制偏差1mm时应进行轴线的复核,找出原因,进行纠偏.

2.4钢管柱的焊接

钢管柱的焊接采用气弧焊,焊接完成后先进行超声波检测自检,自检合格后邀请第三方检测单位进行检测.

2.5钢管柱高强度混凝土的浇筑

钢管柱内高强度C60混凝土采用塔吊吊运的方法在钢管柱焊接检测合格后进行,同时在柱内预埋检测混凝土密实性的超声波管.

2.5.1高强度混凝土的质量原材料控制

水泥：选用强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥.

掺合料：选择粉煤灰,粉煤灰的活性较硅灰小,但对混凝土的后期强度提高有特殊的作用.

减水剂：在减水剂选择时,适合高强混凝土的生产.

碎石：选用5～31.5mm碎石,该种碎石立方体抗压强度高,满足高强混凝土的使用要求.

河砂：选用江中粗砂,砂细度模数在2.8～3.2之间,颗粒级配好,砂源干净,砂的含泥量及泥块含量少,不含氯离子,符合混凝土组份的标准.

2.5.2混凝土配合比设计

C60混凝土配合比设计28d平均抗压强度应达到72MPa,保证混凝土有足够的富余强度,弥补生产及施工过程中一些不确定因素对混凝土强度的影响.

2.5.3混凝土的浇筑振捣

钢管柱用插入式振捣棒密插短振,逐层振捣.振捣棒垂直插入混凝土内,要快插慢拔,振捣棒应插入下一层混凝土中5～10cm.捣棒插点按梅花形均匀布置,逐点移动,按顺序进行,不得漏振,每点振捣时间不少于60s.管外配合人工木褪敲击,根据声音判断混凝土是否密实,每层振捣至混凝土表面平齐不再明显下降,不再出现气泡,表面泛出灰桨为止.

钢管柱混凝土超声波检测,每4层进行一次,在混凝土强度达到100%后进行.

2.6钢管柱外包混凝土施工

钢筋绑扎和钢管柱模板施工,钢管柱外包混凝土采用和梁板混凝土一起浇筑的方式进行.

2.7标准层钢管柱与结构梁板模板的交叉配合施工

第1d：钢管柱吊装与核心筒柱墙钢筋同时进行,一天之内完成钢管柱的吊装.

第2～3d：钢管柱焊接与梁板模板支撑体系交叉同时进行,钢管柱的焊接及检测完成,同时结构梁板模板完成.焊接过程中在钢管柱采用彩条布封闭围护.

第4～5d：完成钢管柱内混凝土的浇筑,同时进行梁板钢筋的绑扎,钢管外包柱的钢筋绑扎和模板支设,三道工序交叉进行.

第6d：进行结构梁板柱和钢管柱外包混凝土的浇筑.

结束语

钢管混凝土柱的诸多优点,决定了其在现阶段的应用是相当普遍的.然而在其施工过程,方法的控制极其关键.只有正确的施工方法,才能保证钢管混凝土柱在高层建筑中充分发挥出其应有的优势.