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協(xié)會刊物
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建筑鋼管混凝土柱安裝技術(shù) |
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時間日期：2010-4-27 已被閱讀次：[9335] |
廣東省六建集團(tuán)有限公司 李孝國 劉均益
[摘 要] 在高層建筑鋼管混凝土柱安裝工藝中，采用自制的卡盤鎖具和傳統(tǒng)吊線墜方
法代替經(jīng)緯儀和千斤頂，能取得更好的安裝效果。鋼管混凝土柱焊接的殘余
變形，主要是由對接焊縫冷卻收縮引起的，難以準(zhǔn)確控制，焊縫偏差大小及
鋼管混凝土柱壁厚是其主要影響因素， 重點(diǎn)應(yīng)做好焊接和焊接冷卻過程的
測控。
[關(guān)鍵詞] 高層建筑 混凝土柱 焊接 變形
隨著鋼管混凝土柱技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，鋼管混凝土柱在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。
鋼管混凝土柱作為建筑結(jié)構(gòu)的主體構(gòu)件，它的施工質(zhì)量及速度直接影響著整個工程的質(zhì)量及
工期進(jìn)度。對施工單位而言，現(xiàn)場安裝是鋼管混凝土柱施工的主要工作內(nèi)容，而能采用一套
簡便、迅捷的安裝工藝來完成鋼管混凝土柱的現(xiàn)場安裝，就顯得尤為重要。
一、高層鋼管混凝土柱安裝的工序過程及需要注意的問題
鋼管混凝土柱安裝過程為：吊裝就位→垂直度校正→對接焊接澆筑混凝土→平面樓層施
工→上層鋼管混凝土柱吊裝就位。
在鋼管混凝土柱施工中，對接焊縫的焊縫質(zhì)量和垂直度是主要的驗收項目。在焊接階段
不但要保證焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計的要求，而且要嚴(yán)格掌控焊接
變形的大小，這是因為焊接時焊縫產(chǎn)生的焊接變形很大程度的影響了鋼管混凝土柱的垂
直度，并且垂直度偏差的大小又直接影響著鋼管混凝土柱上口軸線位移的大小。
在鋼管混凝土柱安裝中常見的一個問題是：在平面樓層施工結(jié)束后，原本在焊接階段完
成時控制的相當(dāng)好的平面軸線位置，又出現(xiàn)了新的偏差，而這種最終形成的偏差又很可能會
超出施工規(guī)范允許的驗收范圍。最終偏差主要是由后期施工中產(chǎn)生的一些外力（如施工中鋼
筋、模板的頂撐，混凝土澆筑時混凝土料斗的碰撞等）造成的。為保證結(jié)構(gòu)的整體垂直度滿
足規(guī)范要求，避免多次樓層施工后的最終偏差累計過大，在每一次的安裝上一層鋼管混凝土
柱時，我們需要在規(guī)范允許偏差的范圍內(nèi)，適當(dāng)預(yù)設(shè)逆向偏差來抵消下層鋼管混凝土柱的最
終偏差。計算逆向偏差時需要綜合考慮下層鋼管混凝土柱的最終偏差和焊接階段中將產(chǎn)生的
焊接變形。鋼管混凝土柱吊裝就位和澆筑混凝土應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工條件確定相應(yīng)施工方案。
二、傳統(tǒng)的鋼管混凝土柱安裝工藝的優(yōu)缺點(diǎn)
目前，鋼管混凝土柱安裝延續(xù)了傳統(tǒng)的鋼柱裝方法：通過兩臺成900角架設(shè)的經(jīng)緯儀，
測控標(biāo)識于鋼管混凝土柱上的標(biāo)示線（俗稱洋沖）的偏差度，再結(jié)合兩臺千斤頂做兩個方向
的頂升調(diào)整來完成。此種安裝方法的優(yōu)點(diǎn)在于：經(jīng)緯儀在相應(yīng)的工作條件下能夠精確測定偏
差；千斤頂可平穩(wěn)的完成重型構(gòu)件的頂升工作。但由于鋼管混凝土柱的特殊性，傳統(tǒng)安裝方
法也存在以下弊�。�
1. 誤差大、效能低。目前用于建筑結(jié)構(gòu)中的大直徑鋼管，一般由鋼板卷制焊接而成。
鋼管混凝土柱本身為近似圓柱體，無可直觀觀測的豎向邊線，一般依靠在鋼管的外壁上標(biāo)識
洋沖，用作以后的觀測線。鋼管制作完成后允許存在制作偏差，鋼管的幾何中心位置很難確
定，洋沖標(biāo)識會存有偏差，并且由于現(xiàn)場條件的限制，觀測時還會產(chǎn)生多方面誤差，這就使
得經(jīng)緯儀不能合理發(fā)揮效能。
2. 工程整體進(jìn)度慢。高層施工工期緊、進(jìn)度要求快，而采用經(jīng)緯儀測控時需要一定的
工作面，在觀測區(qū)域內(nèi)不能同步進(jìn)行樓層腳手架搭設(shè)等其它工序，鋼管混凝土柱安裝工作需
獨(dú)立進(jìn)行，明顯滯后了工程的進(jìn)度。
3. 人力、物資需求高。每根鋼管混凝土柱安裝均需兩臺經(jīng)緯儀、兩名測量人員，若想
多根鋼管混凝土柱同步安裝，則專業(yè)測量人員和儀器設(shè)備需求成倍增長，經(jīng)濟(jì)效益差，而且
一般的施工單位都難以滿足這種要求。
三、工藝的實踐應(yīng)用
經(jīng)過實踐摸索，采用一種簡易的卡盤鎖具結(jié)合傳統(tǒng)的吊線墜方法來完成鋼管混凝土柱的
安裝，較好的解決了傳統(tǒng)工藝中存在的幾點(diǎn)缺陷。此種新工藝在某市某廣場工程中應(yīng)用，取
得了良好的質(zhì)量效果和經(jīng)濟(jì)效益。
某市某廣場為雙塔型高層商住樓，框－剪結(jié)構(gòu)，地下一層地上二十八層，全高104.4 米
，單塔結(jié)構(gòu)的中部采用六根鋼管混凝土柱做為豎向承重構(gòu)件，01 棟塔樓鋼管混凝土柱平面
布置圖見附圖。鋼管混凝土柱在南京市高層結(jié)構(gòu)中尚屬首次應(yīng)用。鋼管混凝土柱采用變截面
設(shè)計，直徑由Ф900漸變?yōu)椐?50、Ф800、Ф750、Ф700；樓層荷載依靠焊于鋼管外壁上的
環(huán)形筋傳遞給鋼管混凝土柱；鋼管管材采用Q345B 級鋼，管壁厚由t=24mm 漸變?yōu)?0mm、16m
m、12mm；C60 混凝土。鋼管混凝土柱的安裝就是采用了自制的卡盤鎖具結(jié)合定邊定點(diǎn)吊線
墜的安裝方法�？ūP鎖具的介紹
1. 制作大樣圖
卡盤鎖具采用普30mm 厚Q235 鋼板為原材制作，一套鎖具由一只鎖盤、兩個鎖母、四支
圓銷組成。鎖盤采用30mm 寬鋼板條焊制；鎖母為鋼板塊中間開孔制成；圓銷為鋼板條鍛造
制成；放樣尺寸見卡盤鎖具大樣圖。
2. 使用方法
吊裝就位 卡盤鎖具的使用部位在鋼管混凝土柱接口處對準(zhǔn)軸線位置的四點(diǎn)（見鋼管混
凝土柱平面布置圖中a、b、c、d 四點(diǎn)）。操作方法為：上層鋼管混凝土柱吊裝前，在下層
柱的上管口下邊10cm 左右處對準(zhǔn)軸線位置焊上鎖母，然后進(jìn)行上層鋼管混凝土柱的吊裝。
吊裝就位后，對準(zhǔn)下層柱鎖母的位置焊上上層柱的鎖母，然后掛上鎖盤將圓銷插入鎖母孔中
，即完成了鋼管混凝土柱的吊裝就位。附圖見卡盤鎖具就位圖。鎖母同鋼管混凝土柱的連接
采用單側(cè)點(diǎn)焊即可滿足使用要求，取下時較為容易，操作簡便。垂直度校正 選取需做垂直
度調(diào)整的柱邊側(cè)的鎖具，插入圓銷1、2或插入圓銷3、4（見卡盤鎖具就位圖），通過控制圓
銷1、2 或圓銷3、4 打入的多少即可完成垂直度的調(diào)整工作。例如在卡盤鎖具就位圖中，上
層鋼管混凝土柱吊裝就位后因為向右側(cè)傾斜需要做垂直度調(diào)整，則在右側(cè)鎖盤處插入圓銷1
、2，通過控制圓銷打入的多少就做到了鋼管混凝土柱右側(cè)的上頂，調(diào)整了垂直度；或者在
左側(cè)鎖盤處插入圓銷3、4，通過控制圓銷打入的多少就做到了鋼管混凝土柱左側(cè)的下拉，調(diào)
整了垂直度。在鋼管混凝土柱垂直度校正工作中，對上頂或下拉的距離要求一般都很�。ㄍ�
常在0～2cm 間），此種方法完全可以替代千斤頂來滿足安裝工作的需要。定邊定點(diǎn)吊線墜
法
定邊定點(diǎn)吊線墜方法就是結(jié)合樓層的平面控制網(wǎng)，用線墜取代經(jīng)緯儀，通過測控整根鋼
管混凝土柱從下至上的兩個固定控制邊（如：鋼管混凝土柱平面布置圖中a、b 邊為固定控
制邊）上的固定點(diǎn)，來完成垂直度的控制工作。
在距鋼管混凝土柱上口約30cm 處（為避免鋼管接口處會因焊接產(chǎn)生變形，并且避開鎖
盤），對準(zhǔn)軸線位置點(diǎn)焊鋼筋頭用于吊線墜，鋼筋頭下10cm 處作為固定測點(diǎn)。量測控制上
、下測點(diǎn)與吊線間的間來完成垂直度控制，見線墜使用示意圖。
下面以工程實例說明其應(yīng)用情況：
某廣場雙塔型商住樓工程驗收時發(fā)現(xiàn)，在鋼管混凝土柱平面布置圖中西北角的鋼管混凝
土柱在樓層混凝土澆筑后出現(xiàn)軸線位置偏移，測量結(jié)果為向東偏5mm，向北偏3mm,需吊裝的
上節(jié)鋼管混凝土柱長度h 為6.6m，規(guī)范允許垂直度偏差1‰。鋼管混凝土柱吊裝就位后，在
東側(cè)、南側(cè)點(diǎn)焊鋼筋頭，懸掛線墜，將線墜上測距定位為100mm，用東側(cè)鎖盤調(diào)整鋼管混凝
土柱的東西向傾斜，將東側(cè)下測距調(diào)整到95mm；再用南側(cè)鎖盤調(diào)整鋼管混凝土柱的南北向傾
斜， 將南側(cè)下測距調(diào)整到103mm。至此完成了垂直度及軸線位置偏移的調(diào)整。(調(diào)點(diǎn)焊鋼筋
頭下測點(diǎn)樓地面下測距上測點(diǎn)上測距線墜線墜使用示意圖整值為5mm 和3mm，均在h＊1‰允
許范圍內(nèi)。)
四、鋼管混凝土柱焊接變形規(guī)律和反焊接變形測控數(shù)據(jù)的探索
焊接變形目前還是一技術(shù)性難題，受諸多不確定因素的影響，難以就焊接變形的程度進(jìn)
行準(zhǔn)確測控�，F(xiàn)僅就南京市創(chuàng)新濱江廣場鋼管混凝土柱的安裝經(jīng)驗及對全部測控數(shù)據(jù)的統(tǒng)計
分析，對焊接變形的測控展開闡述：
經(jīng)實踐分析，鋼管混凝土柱的焊接殘余變形主要是由對接焊縫冷卻收縮引起的，在同等
的焊接環(huán)境和焊接工藝條件下，焊縫尺寸偏差的大小及鋼管混凝土柱的壁厚是影響焊接變形
的主要因素。焊接變形發(fā)生在焊接過程中和焊縫冷卻過程中，重點(diǎn)是要做好這兩個階段的測
控。
在焊接階段采用兩人分層分段對稱焊接，能取得較好的控制效果。在兩人對稱焊接時，
當(dāng)一方焊接的強(qiáng)度較大時，這一邊的變形也會相應(yīng)較大，故在每層焊接交圈后，需要將焊渣
打磨干凈并檢測一次垂直度，對變形較大的一側(cè)在下一道焊接時相對減輕焊接的強(qiáng)度，盡量
控制鋼管混凝土柱的垂直度在焊接階段保持不變，在必要情況下可作小區(qū)段的返工焊接。
鋼管混凝土柱因制做缺陷，會存在接口截面不垂直于柱子中心線的現(xiàn)象，又因為安裝中
調(diào)整垂直度的傾斜，加大了焊縫尺寸的偏差（δ`－δ），如焊縫偏差示意圖所示。在焊縫
冷卻的階段，若焊縫尺寸均勻則焊縫冷卻收縮也相應(yīng)均勻；當(dāng)焊縫尺寸偏差較大時，焊縫冷
卻收縮的偏差也會很大。在鋼管混凝土柱垂直度調(diào)整完成后，若焊縫尺寸偏差較大，應(yīng)再做
一次垂直度調(diào)整，根據(jù)反變形法預(yù)設(shè)反向傾斜來抵消將會產(chǎn)生的收縮偏差。
焊縫冷卻到環(huán)境溫度后焊接變形基本結(jié)束，此時鋼管混凝土柱向焊縫較大的δ`一側(cè)做
一定程度的傾斜，經(jīng)對安裝過程中測控數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析后，推導(dǎo)出傾斜率η草算公式為:
η: 預(yù)測垂直度傾斜率，單位 ‰
δ`： 較大焊縫 15mm≤δˊ≤42mm
δ: 較小焊縫 8mm≤δ≤26mm
t : 鋼管混凝土柱壁厚 12mm≤t≤24mm
ψ: 壁厚影響經(jīng)驗系數(shù)，t=24mm 時ψ取1.2，t=12mm 時ψ取1.0
注:公式中各項取值為施工中的實測數(shù)據(jù)。
根據(jù)η＊h 求出的焊接變形預(yù)測值即為反變形測控值，用反變形法進(jìn)行鋼管混凝土柱垂
直度的最終調(diào)整。至此完成垂直度的校正工作，進(jìn)入對接焊接工序的施工。
五、卡盤鎖具和定邊定點(diǎn)吊線墜測控方法的推廣優(yōu)勢
鋼管混凝土柱吊裝方案主要有兩種：第一種方案是吊裝與樓層施工同步，即按照鋼管混
凝土柱長度一層一節(jié)或兩層一節(jié)；第二種方案是一次性吊裝多節(jié)。經(jīng)比較不難發(fā)現(xiàn)，采用卡
盤鎖具結(jié)合定邊定點(diǎn)吊線墜方法來進(jìn)行鋼管混凝土柱的安裝，第一種方案就具有以下明顯優(yōu)
勢：
1. 安全便捷。以樓層做為鋼管混凝土柱安裝的操作面，無須另外搭設(shè)操作平臺，避免
高空作業(yè)，便于澆筑鋼管混凝土柱混凝土。
2. 安裝質(zhì)量高。以樓層為操作面便于質(zhì)量控制，有利于安裝成果的及時檢驗，下層垂
直度、軸線位置出現(xiàn)偏差在上一層安裝中可及時校正。
3. 施工進(jìn)度快。鋼管混凝土柱吊裝時間短、校正快、操作面小，并且與其它工序互不
影響，可與樓層腳手架、鋼筋、模板工序同步進(jìn)行，還可組織多個安裝班組平行作業(yè)，大大
提高了工程的整體進(jìn)度。
4. 經(jīng)濟(jì)效益高。無需專職測量人員及測量儀器，普通安裝工人即可完成操作。卡盤鎖
具自制，成本低廉，反復(fù)周轉(zhuǎn)使用無損耗。
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