超高層鋼管柱新型節點施工質量控制范文

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摘要：以貴陽國際金融中心1#樓為工程背景，介紹了其采用的核心筒加外框柱結構形式，通過鋼筋環梁將鋼管柱與梁、板等進行連接，使得鋼結構與鋼筋混凝土結構通過鋼管柱節點得以完美結合。與此同時，對該項目的鋼管柱安裝、鋼筋環梁連接、焊縫焊接等關鍵施工技術及過程中的監控要點進行了梳理，可為今后類似工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：高層建筑結構；鋼管柱安裝；施工質量；鋼筋環梁；焊接

1工程概況

貴陽國際金融中心一期商務區（1#、2#樓）項目，總建筑面積約395000m2，其中塔樓1#樓地下5層，地上79層，總建筑高度為401m，塔樓為鋼結構框架核心筒結構體系，32根核心筒鋼管柱呈矩形鑲嵌于混凝土剪力墻內，16根圓管柱呈方形圍繞在結構四周（圖1）。鋼管柱內澆筑C55-C70自密實混凝土，為檢測鋼管柱內混凝土的密實度情況，鋼管柱焊接完成后，混凝土澆筑之前，在鋼管柱內安裝3根不銹鋼超聲波探測管，混凝土密實度通過超聲波探測管進行逐層檢測。鋼管柱通過抗剪環與環梁連接，環梁作為連接樞紐連接結構梁，結構梁采用傳統的鋼筋混凝土梁，相比于大多數鋼柱牛腿連接鋼梁的形式，貴陽國際金融中心一期商務區（1#、2#樓）項目工程總用鋼量大大減少。在保證結構的安全性和使用性的情況下，減少了結構自重，環梁現場進行預制加工，量身定做，減小了誤差、縮短了工期。

2鋼管柱安裝施工控制要點

2.1鋼管柱定位安裝

本項目鋼管柱全部為獨立柱，鋼管柱上設有鋼筋環梁連接節點，鋼柱安裝的精準度要求非常之高，故分以下3個環節進行循環檢測[1-4]。1）安裝前復測定位。每節柱安裝前應對下一節柱定位進行復測，復測方法：通過樓層上三級控制網放線，進行定位測量；利用水平儀標高復檢；利用全站儀測量柱中心控制點，在坐標圖中進行比較（可避免鋼管加工時上口圓度不足造成的誤差）。通過以上方式復檢并記錄，計算出下節柱在軸線、標高上的安裝誤差。針對將要進行安裝的鋼管柱進行調整方案確定（垂直度和標高）。2）安裝就位時測量。通過在安裝前復測時確定調整方案，對安裝的柱子進行垂直度調整，通過軸線方向的垂直度調整，使柱頂中心點在設計位置。但需要注意，單節垂直度必須在規范范圍以內；在建筑物內側采用線錘方式進行測量，作為初控；建筑物外側利用經緯儀對柱就位時軸線方向進行測量監控，作為精控。3）安裝就位后跟蹤測量。由于鋼柱較長，且每層柱高于混凝土面，無法全部拉設纜風繩，同時鋼柱焊接時鋼材收縮對柱垂直度影響較大，故在焊接過程中必須跟蹤，發現垂直度偏差在3mm以上時，調整焊接位置，在焊接處對面進行焊接，以通過收縮調整垂直度。現場鋼結構柱始終比混凝土結構快一節（1層至2層），因此鋼柱安裝平面控制線測量采用直角坐標法，標高控制線測量采用視線高法。主體塔樓首層傳遞的控制點位傳至鋼結構頂層，經過閉合平差，作為頂層鋼結構平面定位的基準點，在基準點點位架設高精度全站儀投測地腳螺栓點位及基準軸線，經過閉合丈量準確無誤后架設高精度電子經緯儀，運用直角坐標法放出每個鋼柱基礎的縱橫軸線，進行預埋件預埋。澆筑混凝土后，待達到一定要求強度后，進行鋼結構的吊裝，吊裝測量程序如下：鋼柱定位固定后進行鋼柱垂直度的校正，利用高精度經緯儀后視柱腳下端的定位軸線，然后仰視柱頂鋼柱中心線，在互相垂直的2個方向使柱頂中心線投影與定位軸線重合，或誤差小于控制要求，然后進行固定。達到一定高度后，使用配有彎管的高精度經緯儀進行塔尖垂直度監測，如偏差超過規范，進行鋼柱校正。

2.2高原地區高空焊接

本項目地處貴陽，貴陽當地氣候潮濕、多雨，且屬于高原地區，常年空氣濕度較大。雨水、潮濕的空氣都對本項目的焊接施工及焊接質量有著較大的影響，因此，在嚴格執行焊評所確定的焊接電流、電壓及焊接速度的同時，還要做好防水、防潮工作。貴陽空氣潮濕，100m以上更是霧氣嚴重，焊縫位置多結水露，因此，焊接施工之前應對焊縫位置進行除水和烘干處理。結合現場實際情況，有針對性地制訂了焊槍烘烤等除水及烘干處理措施，并嚴格執行。雨天、大霧天氣焊接施工前搭設防護棚，雨天可防止因雨水浸濕焊縫而造成焊接質量不合格，霧天可以有效地阻止焊縫烘干后水汽再次浸濕焊縫，從而有效地提高焊接質量。本項目鋼管柱全部為獨立柱，焊接積累變形會導致上部結構出現位置偏差，造成嚴重的質量事故。根據現場實際情況，經過反復推敲與論證，鋼管柱焊接時兩人為一組，每組焊接人員以鋼管柱中心為分界點對立起焊，同時、同向、分層焊接，焊接過程使用紅外測溫儀隨時監控層間溫度，焊接完成后進行自然冷卻，充分釋放焊接應力，確保焊縫質量，從而減少焊接變形。

3新型環梁節點構造及難點分析

本工程的特別之處在于鋼管柱與土建結構的連接節點，本工程放棄了傳統的鋼結構牛腿節點，而是選用更為簡便的鋼筋環梁連接節點（圖2）。鋼管柱與環梁連接位置，在加工制作時已焊接完成3根抗剪環，鋼管柱通過抗剪環與鋼筋環梁連接，形成統一整體。鋼筋環梁根據鋼管柱尺寸由熟練工人現場預制，現場預制可以減小構件尺寸上的誤差，環梁由塔吊安裝于鋼管柱上，環梁鋼筋與鋼管柱抗剪環鋼筋通過焊接進行連接（圖3），鋼筋混凝土結構梁端部鋼筋彎錨進環梁內部，環梁作為一個樞紐將鋼結構與土建結構進行連接。鋼筋環梁相比于傳統的鋼結構牛腿，靈活性較強，安裝時不需要考慮牛腿角度等，鋼管柱軸線安裝準確，構件抗剪環位置正確即可[5-8]。安裝難點：鋼管柱就位后，經過現場預拼裝，環梁現場綁扎難度較大，且工效極低。環梁加工精度和環梁的主筋焊接以及箍筋設置要求較高，稍有偏差將造成環梁無法套入鋼管柱。

4新型環梁節點的制作與安裝控制

4.1梁、柱抗剪節點分離優化

通過采用“抗剪鋼筋環”節點形式替代傳統的上下環板牛腿式、雙梁式、梁端局部加寬式、對穿暗牛腿式、穿心鋼筋暗牛腿式、暗牛腿-環梁組合等抗剪節點形式，使得鋼管柱外立面與環梁內側鋼筋不交叉，形成環梁鋼筋可獨立綁扎的施工形式，進而提高施工效率（圖4）。

4.2環梁鋼筋綁扎操作平臺制作

環梁支架采用φ48mm×2.6mm鋼管進行設計制作。以本項目環梁為例，根據環梁的尺寸（φ2.7m、高1.05m），鋼管支架的設計尺寸為：長×寬×高=1113mm×1113mm×1200mm。各節點處控制尺寸確保環梁鋼筋穿過。

4.3環梁鋼筋預拼裝

在環梁鋼筋綁扎（圖5）操作平臺上按照由內至外、由上至下的順序排放環梁鋼筋，根據環梁支架各層之間的布置放置各層面筋與腰筋，就位前應反復核對各排與各層鋼筋之間的間距，再將箍筋按照設計間距依次排好。首先綁扎環梁的上排面筋，要求扎絲長度一致，無毛刺。扎絲綁扎時，在鋼筋托撐的位置從面筋內環到外環各至少固定4個點，然后從環梁兩側開始對稱綁扎。其次，綁扎環梁的下排面筋，要求與綁扎環梁上排面筋一致，注意下排面筋與上排面筋由內到外鋼筋位置應一一對應。再次將環梁的腰筋綁扎在一起，并用扎絲臨時固定在第2道鋼筋托撐上，然后撤掉第3道鋼筋托撐，使環梁底筋落到底部。之后綁扎環梁底筋，要求與綁扎環梁面筋一致，同樣需注意與面筋由內到外鋼筋位置一一對應。再按順序自上而下、自內向外依次綁扎環梁腰筋，此時應注意控制腰筋之間的間距。腰筋綁扎完成之后，最后綁扎拉筋，拉筋間距為600mm。最終撤掉第1、2道鋼筋托撐，等待檢查驗收。

4.4環梁鋼筋驗收與調整

環梁模塊加工好后核對鋼筋綁扎、腰筋的間距、箍筋的間距、鋼筋的圓度是否滿足設計要求，由施工單位自檢合格后請監理單位進行驗收（圖6），監理單位驗收合格后方可吊運至梁、柱節點處。4.5環梁模塊吊運就位采用現場塔吊等起重吊裝設備吊運環梁模塊，吊運設備吊重需滿足要求，吊運時吊點數量不少于4個。每個環梁需單獨吊運，不得多個同時吊運，且自鋼管柱頂套入安裝一次就位。就位前木方放在環梁模塊底部，將周邊梁鋼筋與環梁模塊順利連接后，再抽掉墊放的木方，慢慢將環梁模塊放置就位，完成安裝作業。

5結語

本文介紹了貴陽國際金融中心一期商務區（1#、2#樓）結構核心筒外框鋼管柱設計思路，根據現場施工條件進一步展開了施工重、難點分析，最后對施工過程中的主要質量控制要點：鋼管柱的安裝就位以及在高原地區高空多雨潮濕的氣候條件下，對鋼管柱焊接質量的管控進行了闡述。通過跟蹤整個施工過程，并對每層鋼管柱的進場報驗、吊裝、就位、測量、焊接、復測、焊縫檢測、混凝土澆筑、超聲波檢測等過程進行了全面的檢查，并如實記錄，確保了施工質量一次性驗收合格。由于新型節點的使用，大大減少了結構用鋼量和鋼結構的安裝及焊接的工程量，本項目創造了超高層建筑施工進度標準層5d/層、工程造價1196元/m2的歷史性記錄，對于進度、投資等指標的控制成效顯著。

參考文獻

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作者：史清華 溫超杰 王亮亮 單位：上海市建設工程監理咨詢有限公司