钢管柱及叠合柱施工技术.pdf

2 0 1 1 年1 2 月上第4 0 卷第3 5 4 期施工技术C O N S T R U C T I O NT E C H N O L O G Y5南京南站钢管混凝土柱及叠合柱施工技术刘小刚，戴耀军，顾海勇(中国建筑股份有限公司南京南站项目经理部，江苏南京2 1 1 1 0 1)【摘要】南京南站为第=三代客运站房，具有结构新颖、空间舒适的特点，首层柱部分采用钢管混凝土叠合柱，2 层以上至屋面以下采用钢管混凝土柱，钢管最大直径l6 0 0 m m。通过创新地脚螺栓安装、钢管柱吊装、焊接及管内混凝土施工工艺与质量检测技术，合理安排钢管柱安装与钢筋混凝土施工的交叉作业，有效地解决了施工过程中的各种难题。通过样板试验、缩尺模型切开验证了钢管混凝土施工质量可控。【关键词】车站；站房；钢管混凝土柱；叠合柱；混凝土收缩；施工技术【中图分类号】T U 9 7 4【文献标识码】A 文章编号 1 0 0 2 8 4 9 8(2 0 1 1)2 3-0 0 0 5-0 3C o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g yo fC o n c r e t eF i l l e dS t e e lT u b u l a rC o l u m na n dL a m i n a t e dC o l u m nf o rN a n j i n gS o u t hR a i l w a yS t a t i o nL i uX i a o g a n g，D a iY a o j u n，G uH a i y o n g(P r o j e c tM a n a g e m e n tD e p a r t m e n to fN a n f i n gS o u t hR a i l w a y，C h i n aS t a t eC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n gC o，L t d，N a n j i n g，J i a n g s u2 111 0 1，C h i n a)A b s t r a c t：N a n j i n gS o u t hR a i l w a yS t a t i o nb e l o n g st ot h et h i r dg e n e r a t i o nr a i l w a yp a s s e n g e rs t a t i o nb u i l d i n g，w h i c hh a sn o v e ls t r u c t u r ea n dc o m f o r t a b l es p a c e C o n c r e t ef i l l e ds t e e lt u b ec o m p o s i t ec o l u m n sa r eu s e di nt h eg r o u n df l o o r，c o n c r e t ef i l l e ds t e e lt u b u l a rc o l u m n sa r eu s e db e t w e e nt h es e c o n df l o o ra n dr o o f，t h em a x i m u md i a m e t e ro fs t e e lt u b ei s16 0 0 m m T h r o u g ht e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n，i n c l u d i n ga n c h o rb o l ti n s t a l l a t i o n，s t e e lt u b u l a rc o l u m nh o i s t i n ga n dw e l d i n g，i n t u b ec o n c r e t ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y，q u a l i t yd e t e c t i o nt e c h n o l o g y，t h ec r o s so p e r a t i o n so f s t e e lt u b u l a rc o l u m ni n s t a l l a t i o na n dr e i n f o r c e dc o n c r e t ec o n s t r u c t i o na r er e a s o n a b l ya r r a n g e d，v a r i o u sp r o b l e m sa r ee f f e c t i v e l ys o l v e dd u r i n gc o n s t r u c t i o n T e m p l a t ee x p e r i m e n ta n ds c a l em o d e lo p e ne x p e r i m e n tv e r i f yt h a tc o n c r e t ef i l l e ds t e e lt u b u l a rc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc a nb ec o n t r o l l e d K e yw o r d s：r a i l r o a ds t a t i o n s；s t a t i o nb u i l d i n g s；c o n c r e t ef i l l e ds t e e lt u b u l a rc o l u m n s；l a m i n a t e dc o l u m n s；c o n c r e t es h r i n k a g e；c o n s t r u c t i o n钢管混凝土叠合柱(以下简称叠合柱)是由截面中部钢管混凝土和钢管外钢筋混凝土叠合而成的柱，是一种新型结构形式。钢管混凝土柱具有轴压承载力高、抗冲击能力强等特点，钢管外叠合钢筋混凝土后，进一步提高了钢管混凝土柱的轴向抗压能力和整体抗剪能力，在轴压力和往复水平力作用下，具有良好的延性和耗能能力。南京南站采用高架车站及典型的“桥建合一”结构形式。首层结构柱不但承受上部建筑恒荷载，收稿1 3 期】2 0 1 l-0 9-0 1 作者简介 刘小刚中国建筑股份有限公司南京南站项目经理部副总工程师兼工程部部长。高级工程师，北京市朝阳区麦子店街3 7 号盛福大厦2 l 层1 0 0 1 2 5，电话：[phone]，E m a i l：l l i u g a n 9 7 7国1 2 6 C O r n也承受轨道层列车停靠、制动和运行所产生的动荷载，站房结构车致振动效应及往复水平作用明显，结构设计在首层采用了叠合柱，在首层以上至屋面以下采用了钢管混凝土柱。结构新颖、先进、合理。l工程概况南京南站工程位于南京市江宁区。站房工程采用高架车站，地下2 层、地上3 层，属于第三代大型客运站房，具有规模大、立体换乘、结构设计新颖等特点。总建筑面积3 8 73 2 7 m 2。站房首层设计了3 5 2 根型钢混凝土组合柱，其中1 4 0 根为叠合柱；轨道层以上至屋面以下结构柱采用钢管混凝土柱，钢管最大直径16 0 0 m m，由5 0 m m 厚Q 3 9 0 C 钢板弯曲焊接而成。钢管内混凝土强度等级为C 6 0。钢管柱由3 段组成，如图l 所示，叠合柱典型截面如图2万方数据6施工技术第4 0 卷所示。围1 铜管柱分段示意F i g 1S t e e lt a b u l a rc o l u m ns e g m e n t a t i o n；、g 一南17o j!j；三警么刍畦i=z 图2 叠合柱典型截面F i g 2T y p i c a ls e c t i o no fl a m i n a t e dc o l u m n叠合柱及钢管混凝土柱具有构件规格大、混凝土强度高、柱内隔板多、钢管长度大等特点，从而造成钢管吊装就位及柱内混凝土浇筑困难。需要对钢管柱吊装、焊接及管内混凝土浇筑采取科学合理的施工技术，确保叠合柱及钢管混凝土柱施工过程安全、施工质量合格。2 地脚螺栓安装地脚螺栓埋设于地下1 层混凝土柱上部，规格分为M 6 4。M 4 82 种，单根长度分别为30 5 0，26 3 0，24 4 0 20 0 0 m m，材质均为Q 3 4 5 B。由于单根螺栓重达9 0 k g，人工操作精确定位难度大，且与地下l层钢筋混凝土柱同步施工，受混凝土振捣施工影响较大，所以预埋的精度和有效的定位措施，直接影响后续钢柱的安装定位准确度，是钢结构安装质量的重要保证。地下1 层混凝土柱箍筋绑扎至地脚螺栓锚板下1 0 0 r a m 时暂停施工，地脚螺栓预埋工作插人施工，将锚栓放人底层定位环板的螺栓孔中再对底层定位环板进行测控和固定，再安装上层定位环板并进行测控并固定；移交土建，在土建完成柱筋及粱筋绑扎工作后进行混凝土浇筑前的最后测量调整。为确保螺栓在混凝土浇筑振捣过程中不发生位移，在柱外侧搭设用于固定顶部定位环板的脚手架。脚手管尽量避开穿筋位置，必须做到搭设牢固，外侧必须加斜支撑，以保证脚手架的稳定。采用两点吊装方法将钢丝绳栓在定位环板上，现场塔式起重机将地脚螺栓整体起吊，垂直放入仅绑扎好柱主筋和部分柱箍筋的钢筋笼中调整外脚手架横杆位置和支撑横杆使放入深度为锚板底部与已标识的脚手架立杆平齐。地脚螺栓整体放置后将外脚手架横杆和支撑横杆焊牢，同时为保证锚栓不偏移，可以用箍筋将锚栓和柱箍筋点焊连接。3 钢管柱分段与吊装1)钢管柱分段根据现场塔式起重机起重能力、构件运输条件及安装的方便性，对钢管柱分为3 段，自下而上长度分别为1 1 1 0 0 1 1 8 8 0，1 8 2 2 0 m，最大节重“4 t。圆管柱截面尺寸较大，单重较大。依据计算，采用8股头吊索。四点吊装，吊点设置在钢柱顶部，吊装到位后，用对接连接板临时固定。2)首段钢柱的吊装钢柱吊装之前在每个钢柱地脚螺栓群的每一个螺栓上拧紧一个调整螺母，同时对称摆放调整垫铁，用于调节钢柱的安装标高。由于钢管柱单重太大。垫铁组采用8 组对称布置。在钢柱吊装之前，调节好垫铁组及螺母的标高每组内标高误差控制在1 O m m 以内。钢柱吊装就位以后，先对准钢柱中心线与基础中心线，确定钢柱的平面位置。由于地脚螺栓孔与地脚螺栓之间有调整余量，因此可以将钢柱中心线与基础中心线的误差控制在规范要求的范围内，然后将地脚螺栓的螺母微微拧紧。钢柱的垂直度调整通过钢柱底板下的螺母和垫铁组调节。通过微微调节螺母及垫铁组的高低可以控制钢柱的垂直度。要求钢柱在自由状态下，两个正交方向的垂直度偏差校正到零，然后边测量边拧紧地脚螺栓，保证钢柱的垂直度。调整过程中标高可能会发生微小变化，一般不会超过2 O m m。待首段钢柱的平面位置、标高和垂直度调整完毕拧紧柱脚底板上、下的地脚螺栓和调节螺栓调整后每个柱脚板垫铁塞实、点焊固定。用灌浆料进行二次灌浆。3)其余钢柱的吊装其余钢柱起吊和就位与首段钢柱相同。钢柱吊装就位后，通过临时设计的耳板和连接板，用大六角高强度螺栓临时固定。固定前，要调整钢柱的标高、垂直度、偏移和扭转等参数在规范要求范围。大六角高强螺栓充分紧固后才能上柱顶摘钩。必须在钢柱起吊前，将临时钢爬梯绑扎在钢柱上；带一转跫一盛精三_一g一等jI兰型堰JE妥一一掣营一=型攉一呷萎曲I万方数据2 0 1 lN o 3 5 4刘小刚等：南京南站钢管混凝土柱及叠合柱施工技术7悬挑梁的钢柱在起吊前，将悬挑梁安装在钢柱上。4 钢柱的焊接上段钢管柱定位后，即进行两段钢管柱对接接头焊接。钢管母材为Q 3 9 0 C 钢板，厚度为3 0 7 5 m m，为高强厚钢板焊接，焊接难度非常大。由于钢管柱长度大，内部隔板多，空间狭小，只能全部采用管外焊接，主要焊接形式为实芯焊丝C O：气体保护焊和药芯焊丝C O，气体保护焊两种方法。由于焊接工作量大、焊接时间长、高空焊接环境复杂，焊接前搭设全封闭的焊接操作平台以保证不受气候条件和外界因素影响。焊接作业区环境温度 O o C 时，将构件焊接区各方向2 倍钢板厚度且l O O m m 范围内的母材，采用热处理设备加热到2 0。C 以上后方可施焊，实际预热时将加热温度略微提高，预热温度控制在1 0 0。厚板必须预防层状撕裂这种焊接缺陷。购进厚钢板后必须进行z 向性能指标复验，确认其满足要求，在焊接过程中控制焊接热循环，采用预热、保温缓冷及控制层间温度等措施，防止母材淬硬脆化，这同时也有利于扩散氢的逸出，可避免氢脆；采用多道焊防止焊缝中出现裂纹缺陷，以免诱发层状撕裂。为了减小焊接应力和焊接变形，采取对称焊接使焊接变形互相抵消，减小焊接变形，层间温度控制在8 0 2 2 0 0 C，焊工轮换但焊机不停，连续作业，直到整条焊缝焊接完成。为防止冷裂纹产生，焊接完成后对整条焊缝进行热保温，加热方法与焊前预热方法相同，温度控制在2 0 0 2 5 0。焊缝在外观检查合格的前提下，焊接完成2 4 h后按图纸要求进行超声波无损检测，执行相关规范对超声波擦伤方法和结果分级规定的检验等级并出具体检测报告，作为工程验收及存档资料。5 钢管柱内混凝土浇筑根据钢管柱分段情况及结构设计，钢管柱内混凝土按楼层划分为3 次浇筑，其中首层与2 层均在水平框架就位后浇筑，3 层需要搭设操作架进行浇筑。浇筑高度分别为1 3 0 9，1 1 8 8，1 8 2 2 m。针对钢管混凝土具有钢管管径较大、一次浇筑高度较大、管内无钢筋及桁架层部位隔板较多的特点，混凝土原材料采用微膨胀半自密实混凝土，管内混凝土采用立式手工浇捣法，混凝土利用薄壁钢管导管从柱顶下料，利用高频振捣器进行振捣，混凝土水平及垂直运输问题首先考虑利用汽车泵，不能使用汽车泵的采用塔式起重机或地泵输送。站房部位钢管混凝土柱第1 段混凝土在每节钢管柱吊装焊接完毕，且在钢骨梁吊装焊接完毕，经验收合格并移交土建后进行浇筑；第2 段混凝土在每节钢管柱吊装焊接完毕，且在高架候车层钢桁架吊装焊接完毕，经验收合格且移交土建后进行混凝土浇筑；第3 段混凝土在每节钢管柱吊装焊接完毕，且在商业夹层钢桁架吊装焊接完毕，经验收合格且移交土建后进行混凝土浇筑。钢管混凝土要求混凝土具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，混凝土要有良好的流动性、体积稳定性。需要从混凝土原材料的选择、配合比设计调整以及各种质量保证措施等方面来保证混凝土的浇筑质量。在混凝土施T 前，选择优质原材料进行了半自密实和自密实混凝土两种配合比试验，为验证混凝土的体积稳定性，同时制作了等比例施工样板，利用超声波检测混凝土填充密实后才在现场施工。采用分段浇筑和分段振捣法，管内振捣，每次浇筑混凝土的高度宜为2 3 m，振捣时间控制较普通混凝土略短，以免掺和剂析出而上升到表面形成浮浆。尤其是节点处及加劲板以下的混凝土振捣，要等到振捣孔溢浆和混凝土冒出振捣孔不再下落方能往上继续浇筑，以确保混凝土的密实度。6 叠合柱的施工叠合柱的混凝土不同期施工，钢管吊装、焊接与钢管内混凝土浇筑和钢管混凝土施工技术完全相同，内部混凝土浇筑完成且上部钢结构框架全部形成后再进行外部混凝土施工。钢管外钢筋混凝土施工分钢筋绑扎、模板支设与混凝土浇筑3 个步骤，钢筋绑扎与模板支设时利用已完成的钢管混凝土柱做骨架。钢筋绑扎前先对钢管外表面进行除锈处理，检查并补栓钉，钢筋焊接时不得伤及钢管。由于叠合柱截面尺寸大，内部钢管柱阻隔无法设置对拉螺栓，且钢管外混凝土成型要求达到清水混凝土效果，所以模板采用定型钢大模板，每个柱模板横向由4 块模板组成，包括2块平面模板，2 块各带2 个圆弧倒角模板。采用模板加强背楞斜角对拉形式进行加固。钢管外混凝土采用自密实混凝土。混凝土浇筑前，先用水自上而下对柱模板内进行冲洗，柱模板根部预留排水孔，确保型钢、钢筋及模板表面湿润干净。混凝土到场后，先进行坍落度测试，工作性能不合格坚决不能进行浇筑。混凝土下料时不采用传统的分层下料，而是要采用输送泵自上而下连续下料，避免人为分层，浇筑时间要控制在2 h 以内。重点保证振捣环节，由于钢筋密集，在钢筋绑扎时就调整主筋位置，空出下振捣棒位置，使用长(下转第1 2 页)万方数据1 2施工技术第4 0 卷圈9 轨道铺设示意F i g 9T r a c kl a y i a g安装衔接带将相邻单元连成整体过程、拆除临时滑移支座过程以及温度的变化过程。上述各个过程中，网架的内力变形始终处于复杂的变化过程中。这些杆件内力和变形的变化，虽然可以利用有限元软件进行模拟计算，但由于网架及支撑体系过于复杂，计算模型具有简化性。同时。由于计算考虑的温度与实际的温度之间也存在差异，计算结果必然会与实际情况存在着差异。因此，为了确保施工过程网架本身的安全及临时支撑体系的安全，必须对整个施工过程中关键部位杆件应力和变形、滑移轨道钢梁的变形等进行实时监测。监测的目的一方面是发现问题，及时采取适当的措施，以保证施工的安全；另一方面是用实际的监测结果与有限元模拟计算结果进行对比，找出差异的原因，形成成果，指导后续单元滑移施工。采用振弦表面应变传感器，对网架关键受力杆件进行应力监测。采用水准仪和全站仪测量网架跨中挠度、轨道梁的挠度、轨道梁柱的侧向位移。经对检测数值分析，与原模拟计算数据基本吻合，关键杆件选择合理，施工过程安全可靠。4 结语南京南站屋面网架由于体量庞大、安装高度高、安装跨度大施工工况复杂，采用长距离高空滑移安装，在国内极为罕见。由于施工技术准备工作充分，过程管理积极有效自2 0 1 0 年1 0 月开始进行拼装滑移，到2 0 1 1 年1 月全部滑移到位，2 0 1 1 年3月全部完成屋面体系安装，仅4 个月时间，完成了近8 万m 29 个单元滑移。不但很好地确保了网架安装节点工期，也确保了站房整体工期。从施工检测的数据分析，安装过程安全可控，安装精度满足规范要求，屋面造型大方美观、气势宏大，得到了设计单位和业主单位的良好赞誉。参考文截：1】马军，唐际宇，石荣金等昆明新机场航站楼双曲面网架斜道高空蒲移技术【J】施工技术，2 0 1 l，4 0(1 5)：5-8(2 李景芳建筑业l o 项新技木)(2 0 1 0 版)之钢结构技术 J 施工技术2 0 II，4 0(5)：2 6-3 I 3 凌念年超重型锕桁架高空拼装滑移安装施工监理经验 J】广东建材2 0 0 8(4)：1 2 6 1 2 9 4】宋韩郏州新郏目际机场钢结构施工技术 J 钢结构2 0 0 9，2 4(2)：6 7-7 2【5】孙少捕壬爱领，刘英鹤等伞形钢结构屋面桁架滑移法施工技术【J 施工技术2 0 0 6，3 5(9)：3 5-3 7(上接第7 页)轴振捣棒对混凝土进行充分振捣。混凝土振捣采用内部振捣与外部敲打相结合的方式确保混凝土内部密实。浇筑过程振捣在气泡排净后停止，等混凝土沉缩3 0 m i n 左右初凝前，利用长轴棒再进行一次振捣，以消除吸附在模板表面的气泡。加强混凝土表面密实感。7 钢管混凝土检测管内混凝土浇筑属于隐蔽工程，质量验收较为困难。以前的经验主要是依靠严密的施工组织、明确的岗位责任制和操作人员的责任心进行质量控制，存在着诸多的不确定性。为了改进钢管混凝土质量检测技术，采用超声波检测。具体做法是在混凝土浇筑前选取典型钢管柱，在钢管内埋设3 根声测管。在正确的施工工艺和保证严格的过程控制基础上，浇筑完成后先敲击钢管进行初步检验，然后用声波仪沿柱的纵轴方向逐点检测声波穿过柱身各横截面的声学参数，通过观测和分析声学参数与波形变化。确定混凝土的连续性、完整性和均匀性状况。声波的频率选择在2x1 0 2 5x1 0 H z。如发现柱身混凝土成型有缺陷，在柱侧开孔压力注高强水泥浆或树脂进行填充。8 结语南京南站钢管混凝土柱和叠合柱截面巨大。钢管强度大、厚度大，混凝土浇筑高度大。施工过程中采取多项措施，创新了多项施1 工艺，包括地脚螺栓埋设、钢管柱的吊装及焊接、钢管内混凝土浇筑、钢管外混凝土浇筑及钢管内混凝土质量检测，有效地解决了施工过程中的技术难点。工程质量优良，施工进度受控，取得了良好的施工及社会效益积累了类似工程施工经验。参考文越：1 C E C S l 8 8：2 0 0 5 钢臂混凝土叠合柱结构技术规程 S 北京：中国计划出版挂，2 0 0 5，2】刘晖太原武宿国际机场新航站接钢管混疆土拄施工技术 J 施工技术，2 0 1 l，4 0(1 5)：2 7-2 9 3】刘晓斌陆建新，许航等深圳京基金融中心大型铜管混凝土拄施工厦监铡技术 J 施工技术，2 0 1 I，4 0(1 4)：2 7 3 0【4 韩#海铜臂混凝土结构理论与实践 M 北京：科学出版社2 0 0 4 万方数据南京南站钢管混凝土柱及叠合柱施工技术南京南站钢管混凝土柱及叠合柱施工技术作者：刘小刚，戴耀军，顾海勇，Liu Xiaogang，Dai Yaojun，Gu Haiyong作者单位：中国建筑股份有限公司南京南站项目经理部,江苏南京,211101刊名：施工技术英文刊名：Construction Technology年，卷(期)：2011,40(23)被引用次数：1次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.CECS 188-2005.钢管混凝土叠合柱结构技术规程 20052.刘晖 太原武宿国际机场新航站楼钢管混凝土柱施工技术期刊论文-施工技术 2011(15)3.刘晓斌;陆建新;许航 深圳京基金融中心大型钢管混凝土柱施工及监测技术期刊论文-施工技术 2011(14)4.韩林海 钢管混凝土结构-理论与实践 2004 引证文献(1条)引证文献(1条)1.王永年.张磊.赵海兴.赵光远.朱小六 海岛潮湿环境下海控国际广场钢结构焊接质量控制期刊论文-施工技术 2012(18)本文链接：