钢管混凝土异形柱组合结构体系施工技术

沧州市福康家园公租房工程共8栋楼，是河北省首例高层装配式钢结构住宅项目。总建筑面积 130?193. 21?m ² ,本项目1号、2号、4号楼主体采用矩形钢管异形柱混凝土柱框架–H形钢梁–剪力墙结构，3号、5号、6号、7号、8号主体采用矩形钢管异形混凝土柱框架–H形钢梁–柱间支撑结构，采用钢筋混凝土预应力管桩基础，现浇楼板。

异形钢管混凝土组合柱承载力高，抗震性能优越且防火性能好，其截面形式灵活，室内无突出柱角，增加了使用面积和空间，且方便装修，达到整体美化效果。 

1?施工难点及对策

（1）钢柱基层承台钢筋密集，由于施工扰动严重，导致地脚螺栓安装精度难以控制。

（2）每节钢柱为三层，高11.5?m，钢柱截面为异形，高空吊装受风荷载、气温变形、加工精度影响，异形钢柱对接轴线尺寸与标高精度、焊缝间隙难以控制。

（3）每根钢柱为200?mm×200?mm方钢管多方向组合，且钢柱中间有6处贯通的内隔板，内隔板中间仅有直径80?mm的混凝土浇筑孔，钢管柱内混凝土浇筑密实难度大。

针对上述难点，钢梁吊装时采用三层钢梁一次性串吊技术以加快施工进度。每三层钢柱钢梁校正焊接完毕后再浇筑楼板，采用无支撑支模工艺可缩短施工周期，节约模板脚手架搭拆的人工费和租赁费。

2?操作要点

工艺流程如图1所示。

图1?施工工艺流程

2.1?首节钢柱安装

（1）测量人员按原始标高校核钢柱标高，在绑扎附加钢筋位置使用红色胶带标注。由于该过程中基础钢筋已绑扎完成，故附加钢筋位于基础上下钢筋之间。

（2）将附加钢筋绑扎到红色胶带标注位置。

（3）使用线坠将垫层上的轴线用小线标注在绑扎完成的基础钢筋上。

（4）使用线坠校核轴线与柱脚板模具上的中心线，安装地脚螺栓并同时安装螺母和垫铁，该过程中需持续校核轴线和标高。地脚螺栓及柱脚板安装完成后，使用附加钢筋将地脚螺栓与附加钢筋焊接，以固 定地脚螺栓。由于加固钢筋在基础钢筋笼内，焊枪难以伸入，故施焊时须注意避免焊条误伤基础钢筋。

（5）固定完成后，由测量人员校核柱脚板模具的中心线、标高、水平，使其满足设计要求。

（6）地脚螺栓安装完成后再次进行校核。柱脚板进场后拆卸柱脚板模具，将柱脚板安装到相应位置。

（7）柱脚板安装完成后再次进行校核。使用100?mm长的 DN 25PVC管保护柱脚板模具上的螺纹，用胶带缠结PVC管，同时在柱脚板模具上铺一层毛毡。

（8）混凝土浇筑时设专人看护地脚螺栓，防止触动螺栓。清理时不得使用电镐冲击螺纹部分。

2.2?第一节钢柱安装

2.2.1?复核进场构件

根据设计图对每批进场构件的截面尺寸及长度进行定位标记，在钢柱底端画出轴线，并复测钢柱柱身挠曲及钢梁截面。为确保安装质量与进度，对不合格的构件应联系生产单位进行修复或做退场处理。

2.2.2?第一节钢柱定位

（1）调整柱脚板下的水平调节螺母，在柱脚板表面弹出轴向十字线用于控制钢柱轴线位置，通过计算在柱脚板上弹出钢柱外表面边线，焊接临时固定钢板，固定钢板四角与边线平齐，以防钢柱安装时发生扭向（图2）。

图2?首节钢柱定位示意

（2）本工程钢柱地下部分外包混凝土，安装前单柱外包钢筋笼已绑扎完成，异形柱纵向钢筋完成，仅箍筋未绑扎，为此将单柱箍筋于基础上方300?mm集中安置，在下方制作定型托架支撑箍筋，以免安装钢柱时因挤压造成箍筋间距调整困难。钢柱安装完成后再次调整箍筋间距，为避免异型钢柱外侧栓钉与钢筋上部弯钩发生冲突，在异形钢柱外包钢筋顶端制作方形扩展架，钢柱安装完成后再绑扎箍筋。

（3）钢柱吊装采用与柱顶连接板连接的自动脱钩装置，起吊时应避免拖拉和斜吊。起吊前设置操作平台和软爬梯，并系缆风绳和安全绳。钢柱就位时先将钢柱底板穿入地脚螺栓，放置在已调节标高的螺帽上，将柱底的四面中心线与基础轴线对位校正，确认偏差在规范许可的范围后穿压板拧紧螺栓。将柱顶4根缆风绳用倒链与4个地锚连接，进行临时固定。

（4）使用纵横两个方向的2台经纬仪和缆风绳校正钢柱的垂直度，紧固地脚螺栓并固定缆风绳。待钢柱与相应的钢梁吊装完成形成稳定结构后在柱顶焊接 □ 40方钢管加固钢柱，以免基础支模板及混凝土浇筑时影响垂直度。柱梁位置、标高、垂直度检验合格且连接点高强度螺栓安装完成后，即可进行柱底灌浆固定钢柱。

2.3?第二节柱及以上钢柱及钢梁吊装

2.3.1?钢柱安装

第二节柱和相应的梁吊装前，从地面测量控制网将控制轴线投影上翻到第一节柱顶，将标高控制线引测到第一节柱顶。按钢柱截面尺寸将轴线引至钢柱外表面并做明显标记，起吊方式与第一节钢柱相同；就位、临时固定时针对钢柱吊装对接发生扭向问题，使用可调节截面的卡具进行控制，通过卡具使两节钢柱对接严密。为保证钢柱标高与焊缝宽度符合规范要求，将临时定位板下部3个螺栓孔制成长圆孔，用于调节钢柱标高与焊缝宽度，为后续焊接提供条件。               

第二节柱就位时，将柱底四面中心线与第一节柱顶上翻轴线对位，其位移须符合设计要求和规范规定。第二节柱底的中线与第一节柱顶的中线对位（即两柱对接）也须符合设计要求和规范规定。先用经纬仪校正,再用铅垂仪校核,根据柱顶的标高控制线调整连接板螺母控制钢柱标高，确认符合要求后将柱接柱接点连接板用螺栓临时固定，柱顶用4根缆风绳临时固定。在柱顶不同方向焊接横向拉结钢管以增强整体稳定性，避免钢柱在浇筑楼板及柱芯混凝土时偏离轴线。

2.3.2?钢梁安装

钢柱安装定位后即可安装钢梁，由于钢柱每4层为1个安装单元，钢梁由下向上、由内向外扩展安装，作业人员通过软爬梯进行钢梁安装。因本工程钢梁数量多采用新型串吊工具，在第二层与第三层钢梁吊索上方安装倒链调节钢梁高度，保证了钢梁的安装 效率（图3）。

图3?串吊做法示意

2.4?柱芯混凝土浇筑

（1）针对施工工艺的不足，经与合作单位的大量试验，配置出了适合现场自密实混凝土配合比。

（2）连接布料斗与矩形钢管内输送管道上端的料斗，输送管道直径根据钢管柱内贯通隔板的孔径确定。布料斗装满混凝土后与钢管上的料斗连接，通过塔式起重机上的匀速器向上提升布料斗。每段钢管柱的混凝土只浇筑到离钢管顶端500?mm处，以防焊接高温影响混凝土质量。

（3）每节钢管柱浇筑时在排气孔位置安装浮浆收集器收集浮浆以免污染柱身，待混凝土初凝后灌水养护，用塑料布封住管口，防止异物掉入。在安装上一节钢柱前清除管内的积水、浮浆、松动石子及杂物。

（4）最后一节钢管柱浇筑完毕后喷涂养护液，用塑料布封住管口，待管内混凝土强度达到要求后，再用同强度的水泥砂浆抹平，盖上端板并焊接。

2.5?楼板浇筑

楼板采用现浇板无支撑模板，以钢梁下翼缘板为依托，以方钢管为主龙骨，方木为次龙骨，配合使用方钢管卡具、角钢支架等工具完成支设，该法操作简单、安装方便，可减少工序，省去满堂脚手架支撑搭拆，且可多层楼板同时施工，缩短施工周期。

2.6?顶层预制楼板安装

顶层采用预制楼板，预制楼板两端外露钢筋均为加装垫板的钢筋墩头，钢梁上方焊接设有定位槽的条形钢板，安装时将外露钢筋墩头镶入定位槽中，该法操作简单，可提高钢梁与楼板的锚固强度，节约成本。

3?社会效益及经济效益

3.1?社会效益

本工程为沧州市重点民生工程。总建筑面积 13万?m ² ，用钢量达9?000?t，总投资5.14亿元。应用钢管混凝土异形柱组合结构体系，提高了施工工效，比传统结构形式压缩施工周期30%左右，实现了工厂化生产，提高了现场装配率，减少了现场湿作业，节约了劳动力。混凝土用量减少，降低了噪声、污水、扬尘、雾霾、建筑垃圾等对环境的污染。该体系可灵活合理布局、分隔，提高空间使用率和居住舒适度；抗震性能好，可化解钢材过剩产能，钢材的回收利用率高，环保效果显著。

3.2?经济效益

（1）与传统的施工方法相比，吊装作业可节省人工25%，每栋楼平均使用钢柱70根，以4层为1个安装单元，按传统安装方法每个安装单元钢柱安装需10个工日，钢梁安装需16个工日，整栋楼安装需130个工日；使用本工法通过合理安排交叉作业，整栋楼安装仅需97.5个工日，可大幅缩短工期，降低成本。

（2）按传统方法支模需6个工日，需待混凝土浇筑完毕方能进入下一层作业，完成整栋楼需144个工日；采用无支撑模板体系可3层或4层同时施工。以同时施工3层为例，整栋楼共8个施工段，每段5个工日，总工期仅40个工日，直接降低了施工成本。

（3）按传统支模方法需搭设满堂脚手架做模板支撑；本工程利用H形钢梁作支点，节省了脚手架的租赁费用及搭拆脚手架的人工费用。

4?结束语

通过创新改进高层钢管混凝土异形柱组合结构体系的关键技术，提高了首节钢柱定位作业效率及标准节钢柱钢梁安装效率，减少了标准节钢柱安装校正工作量，节约了安装成本，保证了安装质量。利用可调节卡具进行微调，可保证柱脚板标高准确。对接卡具可控制钢柱对接时的角度，使对接校正更方便。通过改进钢梁串吊工具，利用倒链的调节作用使每层钢梁的高度均可调节。充分利用H形钢梁特点，以钢梁下翼缘板为依托，主龙骨支设在钢梁下翼缘板之上，节约了满堂脚手架支撑的搭拆，减少了竖向支撑体系的支设，有利于支模安全，多层楼板同时施工，缩短了施工周期。