型钢砼组合柱施工工法.doc

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1、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

2、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

3、，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

4、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

5、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。钢结构施工详图设计钢结构施工图原材料工艺工装准备质保书审核材料复验外观检查生产准备配料进料轧制型钢加工焊接H型钢加工零件加工型钢矫正锯切、剪切矫正号线钻孔精整钢板校平加工坡口钢板拼接对焊焊缝探伤焊缝热处理切割边缘加工H型钢组装主角焊缝焊接翼缘板矫平型钢矫正精整定尺锯头涂装包

6、装发运型钢拼接弯曲钢板校平放样号料剪切切割号件平直二次号线卷曲边缘加工钻孔分类堆放部件组装焊接矫正总装配焊接 矫正端面刨平号线钻孔精整除锈图5.2.1-1制作工艺流程图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

7、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：t14时，为1.5mm，t14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

8、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3.0mm2切割平面度0.05t,且大于2.0mm3割纹深度0.3mm4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0.3mm2边缘缺棱1.0mm3型钢端部垂直度2.0mm5. 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

9、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B60+3.0mm焊脚高B60+3.0mm2T型接头要求焊缝的B型焊缝B/20+1.5mm4）100超声波检验，T型熔透焊应满足级焊缝要求，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3.0mm2柱身

10、挠曲矢高L/1000且5.0mm3柱截面尺寸3.0mm4翼缘板倾斜（接合处）1.5mm5腹板中心线偏移（接合处）2.0mm2） 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

11、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5.0mm2柱

12、基准点标高5.0mm3挠曲矢高H/10004柱全高轴线垂直度35.0mm5柱轴线垂直度10.0mm5. 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

13、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

14、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47，505050mm岩石立方体抗压强度平均值94Mpa1.260Mpa；3）细骨料选用：中砂，表现密度2650 kg/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：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49062010601802

15、4.490180-200mm0.481.070.310.310.0420.163. 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 投料顺序砂、石子过筛冲浇投入1、石子；2、砂；3、水泥；4、粉煤灰第一次注入用水量的1/3搅拌时间不少于30s第二次注入用水量的2/3，加入外加剂搅拌时间不少于120s注入砼泵再运至现场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

16、焊接牢固。5. 模板模板采用定型组合模板，用槽钢钢框加20螺栓固定，钢框纵向间距为500mm，模板四角边用50505mm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 h hC60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

17、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/T14

18、937。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。61.6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

19、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；

20、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质量管理体系图建 设 公 司项 目 经 理建立、健全质量保证体系质检项目经理在分管范围内保证体系有效运行计 划经 营 部资 金 管 理成 本 核 算合 同 预 算 工 程安 全 部安 全 管 理安 全 检 查综 合办 公 室劳务管理教育培训接待服务部门协调技 术质 量 部生 产 管 理 质 量 管 理技 术 管 理 不 合 格 品 控 制 过 程 控 制 纠 正 预 防 措 施 检 试 验 质 量 检 查计 量 管 理 质 量 记 录文 件 资 料 质 量 验 评

21、物 资供 应 部物 资 采 购物 资 管 理物 资 储 存进行技术交底、按作业指导书操作专业作业队监督上工序、保证本工序、服务下工序、坚持“三检制”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对级、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。级、级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷；且级焊缝不得咬边、未焊满等缺陷。7.3基本项目（制作、安装）

22、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

23、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

24、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

25、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13001300mm。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10001000和1150mm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。