混凝土叠合柱施工技术论文范文

1施工过程分析

叠合柱按照施工工艺分为同期施工和不同期施工。同期施工是指管内混凝土和管外混凝土同时浇筑;不同期施工是指先浇管内混凝土，待管内混凝土达到强度后，再浇管外混凝土。同期施工时，芯柱和管外混凝土同时承受竖向荷载，竖向荷载按构件轴向刚度分配。当不同期施工时，芯柱需超前承受部分竖向荷载，后浇筑管外混凝土的荷载再按照轴向刚度分配给芯柱和管外混凝土。因此，对于不同期施工的叠合柱，芯柱的抗压承载力可以得到极大的利用，进而提高叠合柱的截面承载力。将芯柱超前承受的轴力与总轴力的比值定义为叠合柱的叠合比［9］。采用Midas软件中施工阶段联合截面分析功能［10］对叠合柱的施工过程进行了数值模拟，分阶段激活钢管、钢管内混凝土和管外混凝土，确定了合理的施工方法。计算结果表明，对16层及以上的叠合柱采取同期施工且对15层及以下的叠合柱采取不同期施工，可以满足设计所要求的叠合比。当施工至19层时，开始从底层浇筑管外混凝土。理论上管外混凝土浇筑时间越晚则叠合柱的叠合比越大，因此管外混凝土浇筑速度不宜过快，原则上按照楼层每向上施工1层，管外混凝土向上浇筑2层的速度进行施工。叠合柱施工进度:①施工至19层时，下部叠合柱管外混凝土开始浇筑;②施工至22层时，下部叠合柱管外混凝土浇筑至第6层;③施工至24层时，下部叠合柱管外混凝土浇筑至11层;④施工至26层时，下部叠合柱管外混凝土浇筑至15层。叠合柱施工进度如图5所示。按照上述施工进度计划所得到的叠合比能够保证设计所需的叠合柱性能。底层叠合柱叠合比约为0.3，向上逐渐降低。15层叠合柱叠合比为0.15～0.20。

2钢管混凝土叠合柱施工技术

2.1钢管立柱安装技术工程中叠合柱的钢结构包括东、西2座塔楼地下4层至地上22层的16根660mm和780mm的圆形钢管以及南裙房地下2层至地上1层的6根边长900mm的方形钢管。钢管柱安装具体的工艺流程为:底板预埋柱脚→钢管立柱定位→吊装前准备工作(构件中心及标高标识、检查吊装设备工具、资料报验)→钢管柱安装→校正→钢管柱验收。东、西塔楼的钢管柱按层分节，最大分节质量为2.8t，采用C6024塔式起重机吊装，臂长为60m，最大吊重为12t。南裙楼地下2层第1节和第2节钢管分别重9.8t和8.6t，采用80t汽车式起重机在栈桥上吊装。1层第3节钢管叠合柱重15.52t，采用50t汽车式起重机(8m幅度/最大15.6t)就近吊装，对汽车式起重机行走路线进行加固处理。所有钢管构件及配件均在专业工厂加工制作，再运输至现场安装。钢柱吊点设置在顶部，采用4根钢丝绳进行吊装。吊装前对焊接结合面进行包装保护，并对预埋件进行复测。首节钢柱吊装完毕后，通过垫铁组调节钢柱标高及垂直度，并及时对柱脚进行焊接及二次灌浆，灌浆混凝土为C60无收缩细石混凝土，厚度为50mm，如图6所示。在首节钢柱校正焊接完成之后才可继续向上安装上节钢柱。首节钢柱的顶面标高和轴线偏差、钢柱扭曲值一定要控制在规范允许值以内，在上节钢柱吊装时要考虑进行反向偏移回归原位的处理，逐节进行纠偏，避免造成累积误差过大。钢柱上、下节之间采用临时连接耳板连接。钢柱吊装就位后，先调整轴线、标高，再调整扭转，最后调整垂直度。钢柱校正时，需考虑预留钢柱焊接收缩量。工程中钢管柱材质为Q345B，壁厚16～46mm，焊接质量等级为C级，焊缝等级为全熔透一级。

2.2钢管外钢筋及节点域钢筋施工技术钢管立柱安装好之后绑扎钢筋。绑扎前在钢管上定位好箍筋间距，箍筋面与主筋垂直绑扎，并保证箍筋弯钩在柱上四角相间布置。为防止柱筋在浇筑混凝土时偏位，在柱筋根部以及上、中、下部增设钢筋定位卡。钢筋接头按照50%错开相应距离，箍筋绑扎开口方向错开。叠合柱混凝土模板采用槽钢或钢管进行加固，本工程柱尺寸最大为1100mm×1360mm，支模高度最大6.05m。柱模板采用18mm厚胶合板，外挂竖楞为50mm×100mm木方，间距200mm，柱箍采用槽钢或钢管配合14对拉螺杆，竖向间距为400mm(首步离柱脚200mm)，具体加固方法如图7所示。本工程中叠合柱节点采用穿筋节点。典型的节点如图8所示。立柱钢管在工厂加工时须按图纸要求留置穿筋孔。施工工艺流程为:梁底筋、面筋从下至上穿钢管孔、套筒接头连接→梁箍筋绑扎→穿梁腰筋→绑扎梁底筋、腰筋、面筋→拆梁钢筋支承架体。梁钢筋穿过钢管后不满足锚固长度要求时，在纵筋与穿孔管壁之间的缝隙应进行手工补焊。节点域钢筋绑扎好后现场施工如图9所示。

2.3钢管内、外及梁板混凝土浇筑技术叠合柱内的高强微膨胀混凝土采用汽车泵或塔式起重机配合浇筑。为了和下部混凝土更好连接，同时也为了避免浇筑混凝土时发生粗骨料弹跳现象，在浇筑前首先灌入约100mm厚的同强度等级水泥砂浆。管内混凝土浇筑时，采用导管下料，振捣棒直接振捣混凝土，每次振捣时间≥30s，确保一次浇筑高度≤2m。每节钢管内混凝土浇筑至距管口500mm。为防止混凝土在浇筑时因自由落体高度过大导致混凝土出现离析问题，保证混凝土能准确进入所需浇筑的区域，布料杆在其泵管出料口增加1道5m布料软管，软管出料口与管内混凝土距离始终保持在1m左右，既方便浇筑过程中对混凝土落点的控制又方便软管在混凝土连续浇筑的同时进行移动。为了实测混凝土浇筑时的温度，在钢管外壁开设钢筋孔洞，插入8钢筋，在钢筋上布置温度传感器。温度传感器通过布置在钢筋外侧的无线数据发射器将温度数据传输到测温设备中，实时测出管内混凝土的温度，如图10所示。由于叠合柱内混凝土强度等级与框架梁、板混凝土的等级不一样，因此在浇筑时需设置钢丝网片将两侧分开。对于同期施工的叠合柱，由于管外柱混凝土需等到管内混凝土、梁、结构楼板混凝土浇筑完成并达到一定强度等级后才能进行施工。对于不同期施工的叠合柱，管外混凝土需要达到设计要求的叠合比时方可浇筑。可见不论是同期施工还是不同期施工的叠合柱，管外混凝土均晚于管内和梁板混凝土的浇筑。因此，施工时预留121mm混凝土浇筑孔，钢管外混凝土采用预留浇筑孔浇筑，浇筑时利用振捣棒进行插捣，如图11所示。为确保钢管外混凝土节点域浇筑密实度，在节点域分别设置注浆孔和排浆孔，采用高压注浆技术对该部位进行补强。钢管内混凝土浇筑后，采用覆盖上部外露部分并浇水养护。管外混凝土浇筑后，采用覆盖塑料薄膜养护，柱脚用废旧模板进行保护。在冬期浇筑钢管内混凝土时，入管混凝土的温度应高于15℃。当室外气温低于5℃高于－10℃时，浇筑混凝土前应加热钢管并包裹覆盖。

3结语

钢管混凝土叠合柱具有承载力高、抗震性能好和施工较方便等优点，在我国高层及超高层建筑结构中具有广泛的应用前景。本文对钢管混凝土叠合柱研究现状及国内工程应用进行归纳，并结合某实际工程，采用Midas对施工过程进行了模拟，确定了满足设计叠合比的叠合柱施工进度。通过工程实践可得出如下结论。1)与型钢混凝土相比，叠合柱结构避免了大量框架梁纵筋穿越与焊接工作，可大大缩短工期。2)应合理利用叠合柱的叠合比，施工前应对施工过程进行分析以得到满足叠合比要求的叠合柱施工进度。3)通过对叠合柱钢管焊接、钢筋施工和混凝土浇筑等进行严格控制，钢管柱的安装整体偏差满足规范要求，叠合柱管内混凝土密实饱满，节点域和管外混凝土无质量缺陷，本文所述的叠合柱施工工艺和施工技术可为同类工程提供借鉴。

作者：雷克王展张其林白洁李晓雷孙鑫单位：中国建筑第八工程局有限公司 同济大学土木工程学院