一种钢管混凝土叠合柱施工工法的制作方法

1.本发明涉及叠合柱施工技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土叠合柱施工工法。


背景技术：

2.钢管混凝土叠合柱是指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，简称叠合柱。按截面形态可分为矩形截面和圆形截面钢管叠合柱，以圆形截面最为复杂。之所以称为“叠合”，实际上是核心区的钢管混凝土与钢管外的钢筋混凝土叠合以承受荷载，钢管混凝土叠合柱是包含钢结构安装、钢筋绑扎、模板支设和混凝土浇筑、养护等多道工序的施工工艺。
3.由于开孔是对钢管叠合柱性能的减法作用，所以开孔的适度性和准确性相当重要，在钢管混凝土叠合柱结构施工中梁柱节点梁筋穿过钢管时，仅依靠设计图纸的现场开孔，钢筋工无法准确判断钢筋在钢管柱上的位置，容易造成错孔、废孔，施工质量得不到保证，因此极易造成错孔现象，如开孔位置不准确、开孔面积不准确，开孔质量无法保证，超过了相应的截面损失率，即超过《钢筋混凝土叠合柱结构技术规程》中规定的不大于50％的截面损失率，同时，钢管混凝土叠合柱结构经由现场开孔施工后，其抗压性能和抗震性能较差。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种钢管混凝土叠合柱施工工法，其解决了现有技术中存在的仅依靠设计图纸的现场开孔，钢筋工无法准确判断钢筋在钢管柱上的位置，容易造成错孔、废孔，施工质量得不到保证，因此极易造成错孔现象，如开孔位置不准确、开孔面积不准确，开孔质量无法保证，超过了相应的截面损失率，即超过《钢筋混凝土叠合柱结构技术规程》中规定的不大于50％的截面损失率，同时，钢管混凝土叠合柱结构经由现场开孔施工后，其抗压性能和抗震性能较差的问题。
5.根据本发明的一种技术方案，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，包括以下步骤：
6.s1、深化设计，包括以下内容，1)选择钢管接长方式，根据设计图纸选取合适类型的钢管进行接长，并应经过可靠性验算，2)梁柱连接方式选择，梁柱连接须依据设计图纸的结构特点和建筑布局选取适合类型，包括钢梁与叠合柱连接和钢筋混凝土梁与叠合柱连接，并应进行可靠性验算，3)钢管设计，选取合适强度和长度的钢管，根据预施钢管在楼层的相对位置来确定钢管上穿设钢筋的开孔，4)叠合柱柱脚选择，根据基础形式不同采用相对应的可靠、有效的柱脚形式；
7.s2、钢构件加工，包括以下内容，1)钢管及辅件制作，按照设计和深化图纸要求尺寸制作钢管，包括钢管接头部位预留坡口、在钢管外焊接圆柱头栓钉、在钢管上弹出与已施工钢管叠合柱定位的基准轴线以及在钢管上梁纵筋预留位置开孔，按照设计和深化图纸要求尺寸制作钢构件辅件，包括定位板、内衬管、加筋肋板，2)钢构件预拼组装，在加工厂组装完成各类钢构件包括定位板、柱脚、自然段钢管段、封顶钢管段；
8.s3、叠合柱定位板及柱脚安装，按照设计和深化图纸要求，在对应的钢筋网上固定绑扎用于固定定位板的多个螺杆，在螺杆上螺纹连接两层螺母，下层的螺母将定位板调平后与螺杆焊接，吊装柱脚，柱脚的底板与定位板相对应，使螺杆穿过底板，用上层的螺母调平柱脚的底板后，在螺杆上用双螺母拧紧并与螺杆焊接；
9.s4、叠合柱自然层钢管施工，包括以下内容，1)吊装接长钢管，将已施钢管管口混凝土清理干净，再将接长钢管吊至操作面，用塔吊钢缆绳固定在接长钢管顶部，垂直吊至已安装钢管上空，缓缓放置已施钢管上，并大致对齐，操作工人在接长钢管顶吊磁力线坠，以控制接长钢管的垂直偏差，并用撬棍进行微调，直至完全对准，其间吊钩不拆除，2)安装耳板，将其分别与已施和接长钢管点焊固定，再在已施和接长钢管管缝点焊做初步固定，之后拆除吊钩，3)钢管焊接，安装完耳板，用手工电弧焊接已施和接长钢管，焊缝为等强度坡口对接焊缝，待焊好后将耳板拆除，4)绑扎柱钢筋，按图纸要求，绑扎柱纵筋和箍筋，5)支设柱模板，按照模板专项施工方案，安装叠合柱模板，6)浇筑钢管内混凝土，管内混凝土应采用高位抛落无振捣法，浇筑完毕，应将管封闭，7)筑钢管外混凝土，管外混凝土应采用细石混凝土，8)贯穿梁筋，梁模施工完毕后，应先将钢筋按照孔洞位置贯穿钢管，再进行钢筋连接，9)浇筑梁柱节点处混凝土，梁柱节点处比梁板混凝土强度等级高，节点处用钢丝网进行拦堵，应先浇筑核芯区钢管内混凝土，再浇筑核芯区钢管外混凝土，最后浇筑其他梁板；
10.s5、安装封顶钢管，安装预制封顶钢管，并将芯柱钢筋插入纵筋预留孔，即可浇筑钢管内混凝土。
11.本发明的技术原理为：在设计图纸的基础上，对施工现场可能出现影响开孔的因素进行预判并考虑到深化设计中，所考虑的因素越多，越贴合现场施工情况，就能更好的控制预开孔的成功率，使之不仅满足设计要求，而且也为下道工序施工作好铺垫，通过深化设计对钢管接长方式、梁柱连接方式、钢管设计、钢管开孔及叠合柱柱脚的选择，使按照此工法进行施工所得到的钢管混凝土叠合柱不仅传力明确、构造简单、整体性好、安全可靠，而且，有深化设计对现场进行计算机模拟，计算出比较贴合现场的解决方案，且截面开孔损失率在设计阶段可以得到保证，在钢管上预开孔可以对钢筋在钢管上贯穿点提前预判，相应的开孔尺寸在开孔前即已全部设计完毕，在开孔时有相应的设计图纸作为依据，在场外环境施工操作比较容易，且有专业人员进行现场放样和切割，在实际操作中，这种模式的开孔施工，比之现场开孔的孔洞质量有了很大的保证，从而在源头确保了施工质量，确保了开孔的准确性，节省了材料，化繁为简，钢管混凝土叠合柱施工更加方便。
12.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过深化设计对钢管接长方式、梁柱连接方式、钢管设计、钢管开孔及叠合柱柱脚的选择，在有深化设计对现场进行计算机模拟，计算出比较贴合现场的解决方案，且截面开孔损失率在设计阶段可以得到保证，其解决了现有的仅依靠设计图纸的现场开孔，钢筋工无法准确判断钢筋在钢管柱上的位置，容易造成错孔、废孔，施工质量得不到保证，因此极易造成错孔现象，如开孔位置不准确、开孔面积不准确，开孔质量无法保证，超过了相应的截面损失率，即超过《钢筋混凝土叠合柱结构技术规程》中规定的不大于50％的截面损失率，同时，钢管混凝土叠合柱结构经由现场开孔施工后，其抗压性能和抗震性能较差的技术问题，产生了不仅传力明确、构造简单、整体性好、安全可靠，而且，在实际操作中，这种模式的开孔施工，比之现场开孔的孔洞质量有了很大的保证，从而在源头确保了施工质量，确保了开孔的准确性，节省了材料，化繁为简，钢管
混凝土叠合柱施工更加方便的有益效果。
具体实施方式
13.下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
14.本发明的一个技术方案实施例提出了一种钢管混凝土叠合柱施工工法，包括以下步骤：
15.s1、深化设计，包括以下内容，1)选择钢管接长方式，根据设计图纸选取合适类型的钢管进行接长，并应经过可靠性验算，钢管接长宜伸出楼层面900-1100mm左右，以方便焊工施焊，实际操作中，可考虑充分利用原材尺寸，降低废料率，同时宜考虑与柱纵筋接头位置错开，以确定钢管接长位置，从而确定管口标高；2)梁柱连接方式选择，梁柱连接须依据设计图纸的结构特点和建筑布局选取适合类型，包括钢梁与叠合柱连接和钢筋混凝土梁与叠合柱连接，并应进行可靠性验算，钢梁与叠合柱连接，可按钢结构的做法，用焊接钢结构的连接腹板来实现；3)钢管设计，选取合适强度和长度的钢管，钢管的长度是通过已施工钢管的管口标高和预施工钢管的伸出楼面标高来确定，已施工钢管的管口标高相同，因钢管接长的方式不同，钢管设计长度也会不同，根据预施钢管在楼层的相对位置来确定钢管上穿设钢筋的开孔；4)叠合柱柱脚选择，根据基础形式不同采用相对应的可靠、有效的柱脚形式。
16.s2、钢构件加工，包括以下内容，1)钢管及辅件制作，按照设计和深化图纸要求尺寸制作钢管，包括钢管接头部位预留坡口、在钢管外焊接圆柱头栓钉、在钢管上弹出与已施工钢管叠合柱定位的基准轴线以及在钢管上梁纵筋预留位置开孔，按照设计和深化图纸要求尺寸制作钢构件辅件，包括定位板、内衬管、加筋肋板；2)钢构件预拼组装，在加工厂组装完成各类钢构件包括定位板、柱脚、自然段钢管段、封顶钢管段。
17.s3、叠合柱定位板及柱脚安装，按照设计和深化图纸要求，在对应的钢筋网上固定绑扎用于固定定位板的多个螺杆，在螺杆上螺纹连接两层螺母，下层的螺母将定位板调平后与螺杆焊接，吊装柱脚，柱脚的底板与定位板相对应，使螺杆穿过底板，用上层的螺母调平柱脚的底板后，在螺杆上用双螺母拧紧并与螺杆焊接。浇筑基础底板后，柱脚与基础底板之间的缝隙应进行二次灌浆，宜用高效无收缩灌浆料压力灌浆，也可采用c40无收缩细石混凝土或砂浆。待其达到强度后，方可进行叠合柱外混凝土浇筑。
18.s4、叠合柱自然层钢管施工，包括以下内容，1)吊装接长钢管，将已施钢管管口混凝土清理干净，再将接长钢管吊至操作面，用塔吊钢缆绳固定在接长钢管顶部，垂直吊至已安装钢管上空，缓缓放置已施钢管上，并大致对齐，操作工人在接长钢管顶吊磁力线坠，以控制接长钢管的垂直偏差，并用撬棍进行微调，直至完全对准，其间吊钩不拆除；2)安装耳板，将其分别与已施和接长钢管点焊固定，再在已施和接长钢管管缝点焊做初步固定，之后拆除吊钩；3)钢管焊接，安装完耳板，用手工电弧焊接已施和接长钢管，焊缝为等强度坡口对接焊缝，待焊好后将耳板拆除；4)绑扎柱钢筋，按图纸要求，绑扎柱纵筋和箍筋，柱纵筋保护层厚度不应小于30mm。绑扎完毕后，再进行水电线管等安装；5)支设柱模板，按照模板专项施工方案，安装叠合柱模板；6)浇筑钢管内混凝土，管内混凝土应采用高位抛落无振捣法，浇筑前应先浇灌一层厚度为100～200mm的与混凝土等级相同的水泥砂浆，浇筑时应控制浇筑标高，应不高于开孔孔底标高下150mm，浇筑完毕，应将管封闭；7)筑钢管外混凝土，
管外混凝土应采用细石混凝土，外浇筑混凝土时，要控制浇筑标高，不应小于预开孔孔底标高下150mm，由于管外钢筋较密，应增加振捣时间，以增强混凝土密实度；8)贯穿梁筋，梁模施工完毕后，应先将钢筋按照孔洞位置贯穿钢管，再进行钢筋连接，在此过程中，应穿插绑扎梁柱节点处附加箍筋；9)浇筑梁柱节点处混凝土，梁柱节点处比梁板混凝土强度等级高，节点处用钢丝网进行拦堵，应先浇筑核芯区钢管内混凝土，再浇筑核芯区钢管外混凝土，最后浇筑其他梁板。
19.s5、安装封顶钢管，安装预制封顶钢管，并将芯柱钢筋插入纵筋预留孔，即可浇筑钢管内混凝土。
20.在设计图纸的基础上，对施工现场可能出现影响开孔的因素进行预判并考虑到深化设计中，所考虑的因素越多，越贴合现场施工情况，就能更好的控制预开孔的成功率，使之不仅满足设计要求，而且也为下道工序施工作好铺垫，通过深化设计对钢管接长方式、梁柱连接方式、钢管设计、钢管开孔及叠合柱柱脚的选择，使按照此工法进行施工所得到的钢管混凝土叠合柱不仅传力明确、构造简单、整体性好、安全可靠，而且，有深化设计对现场进行计算机模拟，计算出比较贴合现场的解决方案，且截面开孔损失率在设计阶段可以得到保证，在钢管上预开孔可以对钢筋在钢管上贯穿点提前预判，相应的开孔尺寸在开孔前即已全部设计完毕，在开孔时有相应的设计图纸作为依据，在场外环境施工操作比较容易，且有专业人员进行现场放样和切割，在实际操作中，这种模式的开孔施工，比之现场开孔的孔洞质量有了很大的保证，从而在源头确保了施工质量，确保了开孔的准确性，节省了材料，化繁为简，钢管混凝土叠合柱施工更加方便。
21.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，应对开孔率进行计算机放样核算，以确定梁单排钢筋的合理数量。当梁筋单排数量≥5根时，无法保证开孔损失率在50％以内，因此与设计沟通，对梁柱节点每排梁筋数量做了相应的变化，使之控制每排四根筋。保证钢管的强度满足结构要求。
22.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，钢筋在满足锚固要求的情况下，如有条件能不贯穿钢管柱，使之尽量不贯穿，以减少钢管柱的开孔率。一种情况是偏心梁中部分纵筋可以不贯穿钢管，另一种情况是斜梁，使其两侧钢筋偏折一定角度斜切钢管锚入混凝土柱内而不贯穿钢管，以减少截面损失，增加钢管与梁结合处的整体强度，保证施工质量。
23.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，不同方向的梁筋在梁柱节点处相互层叠，将主受力梁纵筋布在最外侧，在深化设计中，预定穿筋顺序是很重要的，哪一方向在上，哪一方向在下直接影响孔洞立面位置。总的制图原则：先截面方向，后竖向。控制截面方向的开孔大小、数量，使之控制在50％范围内，同时增加开孔的竖向长度。
24.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，等直径钢管接长，采用等强度坡口对接焊缝，并在钢管连接处设置管壁较厚的内衬板，作为现场环形焊缝的背衬，当采用直焊缝时，在其对接处应将焊缝错开，以增加钢管连接的强度及承载力。
25.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，不同直径的钢管接长采用喇叭管过渡段或使用中央开孔的连接板或采用法兰盘与螺
栓连接的接长连接方式。采用喇叭管过渡段时，其两端宜设置环形隔板作为抗剪连接件，变径端壁厚不应小于所连接的钢管壁厚，变径段的斜度不宜大于1：4，变径段宜设置在楼盖结构高度范围内。采用连接板时，所连接钢管的直径差不应大于50mm，连接板中央应开孔，厚度不应小于16mm。采用法兰盘和螺栓连接时，同样应满足强度要求，法兰盘中央应开孔，使管内混凝土连续。依钢管连接处横筋排布情况选择合适的钢管接长方式。
26.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，钢管在梁柱节点处不贯通时，其节点核芯区可转换为小直径壁厚钢管和钢板翅片进行焊接连接。核心钢管、翅片和钢筋截面面积之和不宜小于被连接钢管的较大截面面积的50％。翅片数量应为4块，翅片与核心钢管之间应沿全长采用双面角焊缝焊接。核心钢管和翅片应伸入梁顶皮和底皮不少于300mm，并插入上下楼层钢管安装槽内，并与钢管采用双面角焊缝沿连接部位全长焊接，必要时可加加劲肋板。梁每排纵筋应有两根焊于翅片上，其他钢筋可穿过翅片贯通核芯区，每个翅片上可按钢筋位置开设孔洞。
27.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，制作钢管的钢板选用q235或q345级钢，钢管直径不得小于柱截面短边长度的1/3，且不得小于200mm，壁厚不宜小于6mm，当采用q235级钢时，钢管外径与壁厚之比在25至90，当采用q345级钢时，钢管外径与壁厚之比在25至75。保证钢管具有足够的承载力。
28.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，较为复杂的钢筋混凝土梁和叠合柱连接或梁纵筋直接贯穿钢管必须进行开孔设计，钢管开孔设计原则是依据设计图纸和规范，以及其它可能影响钢筋贯穿钢管的因素，包括已施钢管管口标高、柱纵筋实际位置、钢管壁厚、穿筋顺序，通过autocad软件进行模拟，在计算机模拟过程中，通过布筋、截面方向排孔、绘制标高控制线、垂直方向布孔步骤，计算得出每节钢管尺寸和钢筋贯穿钢管的孔洞位置、尺寸，设计孔洞时需留有一定的穿筋富余空间，最后，需进行校对，计算截面开孔损失率是否超过规范规定允许值，如超出允许值范围，应重新设计或制定补强措施。
29.根据本发明的另一个实施例，一种钢管混凝土叠合柱施工工法，在步骤s1深化设计中，叠合柱柱脚采用埋入式或端承式施工方式。埋入式柱脚适用于独立柱基础的叠合柱。柱脚插入深度不宜小于2倍钢管直径。端承式柱脚适用于钢管伸至地下一层地面的叠合柱。叠合柱混凝土浇筑施工形式依设计确定采用不同期施工或同期施工。不同期施工是先浇筑管内混凝土形成钢管混凝土，承受部分施工期间的竖向荷载，后浇筑钢管外的混凝土。
30.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。