钢管混凝土核心柱的施工方法.pdf

本发明提供一种钢管混凝土核心柱的施工方法，包括(1)按需要制作若干个钢管芯，并在制作完毕的钢管芯两端管口打上十字轴线标记，首节钢管芯的长度大于其预定嵌入长度，其余钢管芯长度等于楼层层高分段；在所述若干个钢管芯的外表面均对称均匀固定若干组沿其轴线方向排列的栓钉组，其中两对对称的栓钉组与所述十字轴线标记对齐；(2)在所述首节钢管芯将要嵌入的下层柱内预埋四根钢筋，组成一卡槽，然后将步骤(1)所制得的钢管芯中的首节钢管芯吊装到所述四根钢筋组成的卡槽内，校正所述首节钢管芯的位置参数后将其与所述钢筋焊结固定等步骤。该施工方法解决了施工难、施工质量难保证的问题。

1、  一种钢管混凝土核心柱的施工方法，包括如下步骤：
(1)按需要制作若干个钢管芯，并在制作完毕的钢管芯两端管口打上十字轴线标记，首节钢管芯的长度大于其预定嵌入长度，其余钢管芯长度等于楼层层高分段；在所述若干个钢管芯的外表面均对称均匀固定若干组沿其轴线方向排列的栓钉组，其中两对对称的栓钉组与所述十字轴线标记对齐；
(2)在所述首节钢管芯将要嵌入的下层柱内预埋四根钢筋，组成一卡槽，然后将步骤(1)所制得的钢管芯中的首节钢管芯装到所述四根钢筋组成的卡槽内，校正所述首节钢管芯的位置参数，在其位置参数满足要求后将其与所述钢筋焊结固定；
(3)在步骤(2)安装好的所述首节钢管芯上将其他的钢管芯逐节吊装、固定，形成整个钢管芯；
(4)在步骤(3)中固定的所述整个钢管芯外表面上捆扎钢筋；
(5)按照预定的要求安装模板形成柱模；
(6)进行混凝土浇注。

2、  如权利要求1所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述钢管芯采用钢板卷制焊接而成，所述钢管芯的焊缝对接坡口采用单边V型坡口。

3、  如权利要求1所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述下层柱的混凝土浇注到首节钢管芯管底标高，在下层柱顶面找平并标出柱轴线和预埋钢筋的位置，然后预埋钢筋；将首节钢管芯吊装在下层柱上时，使首节钢管芯管底的十字轴线与下层柱上标出的柱轴线对齐。

4、  如权利要求1所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于在所述步骤(1)与所述步骤(2)之间还有如下步骤：在步骤(1)所制得的所述钢管芯一端的外表面上沿轴线方向固定四片截面形状为L形且纵向伸出该端管口的连接板，四片所述连接板形成一卡槽，所述四片连接板上对应的设置用于调运所述钢管芯的孔；所述步骤(2)中所述首节钢管芯有连接板的一端朝上；所述步骤(3)中除首节钢管芯以外的其他钢管芯吊装时均是将后安装的一节钢管芯插入其前安装的一节钢管芯管端的所述连接板形成的所述卡槽内，并使吊装的一节钢管芯管底的十字标线与其前安装的一节钢管芯管口的十字标线对齐。

5、  如权利要求4所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述连接板伸出所述钢管芯管口的长度不小于200mm。

6、  如权利要求4所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)或(3)中或该两步骤均采用塔吊配合吊装钢管芯，塔吊钢丝绳穿在所述连接板上形成的所述孔中，吊装时通过调整各塔吊钢丝绳的长度来调整所述钢管芯的垂直度，使其垂直度满足要求。

7、  如权利要求6所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中除首节钢管芯以外的其他钢管芯的垂直度满足要求之后，均将这些钢管芯的管壁与在其前安装的那个钢管芯的连接板点焊临时固定，然后松开所述塔吊钢丝绳，再次校准垂直度后满焊上下两节钢管芯间的连接处。

8、  如权利要求6所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于所述步骤(2)中校正所述首节钢管芯的位置参数，在其位置参数满足要求后将其与所述钢筋焊结固定这一步骤具体又包括如下分步骤：首先调整所述首节钢管芯的垂直度；然后将所述首节钢管芯与所述预埋钢筋点焊临时固定；然后用测量仪器全面检查钢管芯的标高、水平位置和垂直度等位置参数，确认无误后将所述首节钢管芯与所述预埋钢筋满焊固定。

9、  如权利要求1所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述捆扎的钢筋不穿过所述钢管芯，而在所述钢管芯管壁处绕管壁弯曲成一定的弧度。

10、  如权利要求1所述的钢管混凝土核心柱的施工方法，其特征在于：所述步骤(6)中浇注混凝土时要振捣，振捣时间不超过20S，待表面泛浆自平、气泡溢出即可；上层的钢管芯的混凝土振捣时振捣棒插入其下层的钢管芯的混凝土50—100mm。

钢管混凝土核心柱的施工方法
技术领域
本发明涉及建筑行业土建工程中的一种施工方法，尤其涉及一种高层、超高层建筑结构中首节钢管芯嵌入底层柱内生根的钢管混凝土核心柱的施工方法。
背景技术
钢管混凝土核心柱是在钢管混凝土和普通钢筋混凝土或钢骨混凝土的基础上，经过创新、发展形成的一种结构形式。钢管混凝土具有很高的延性，又能充分发挥高强混凝土的承载能力，但是钢管混凝土的钢管暴露在外面工作，不利于结构的防火和防腐蚀。钢管混凝土核心柱以新的结构形式解决了这一难题。钢管混凝土核心柱把纯钢结构的强度高、延性好的优点和混凝土结构的刚度好、单价低的优点合二为一，在钢筋混凝土结构中加入高精度的钢构件，有效提高承载力，减小柱的截面尺寸，有效地增加建筑的使用面积、提高空间的利用率。
但钢管混凝土核心柱的施工过程中，在钢管芯的定位、安装和垂直度的控制、钢结构吊运和安装、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑等方面存在施工难度大、质量难以保证的问题；这些问题的难以解决，导致钢管混凝土核心柱更多地只是成为理论上的设想，而在实际应用中并不广泛。因此需要提供一种成熟的钢管混凝土核心柱施工方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢管混凝土核心柱施工方法，其能解决上述问题、保证施工质量。
为达到上述目的，本发明提供一种钢管混凝土核心柱的施工方法，包括如下步骤：
(1)按需要制作若干个钢管芯，并在制作完毕的钢管芯两端管口打上十字轴线标记，首节钢管芯的长度大于其预定嵌入长度，其余钢管芯长度等于楼层层高分段；在所述若干个钢管芯的外表面均对称均匀固定若干组沿其轴线方向排列的栓钉组，其中两对对称的栓钉组与所述十字轴线标记对齐；
(2)在所述首节钢管芯将要嵌入的下层柱内预埋四根钢筋，组成一卡槽，然后将步骤(1)所制得的钢管芯中的首节钢管芯吊装到所述四根钢筋组成的卡槽内，校正所述首节钢管芯的位置参数，在其位置参数满足要求后将其与所述钢筋焊结固定；
(3)在步骤(2)安装好的所述首节钢管芯上将其他的钢管芯逐节吊装、固定，形成整个钢管芯；
(4)在步骤(3)中固定的所述整个钢管芯外表面上捆扎钢筋；
(5)按照预定的要求安装模板形成柱模；
(6)进行混凝土浇注。
优选的，所述步骤(1)中所述钢管芯采用钢板卷制焊接而成，所述钢管芯的焊缝对接坡口采用单边V型坡口，这是经过多次试验后选定的，V型坡口的选择使得接口焊接更紧，且能减少焊接造成的变形。
优选的，所述步骤(2)中所述下层柱的混凝土浇注到首节钢管芯管底标高，在下层柱顶面找平并标出柱轴线和预埋钢筋的位置；将首节钢管芯吊装在下层柱上时，使首节钢管芯管底的十字轴线与下层柱上标出的柱轴线对齐，这样保证了首层钢管芯的安装位置符合要求。
进一步的，在步骤(1)与步骤(2)之间还有如下步骤：在步骤(1)所制得的所述钢管芯一端的外表面上沿轴线方向固定四片截面形状为L形且纵向伸出该端管口的连接板，四片所述连接板形成一卡槽，所述四片连接板上对应的设置用于调运所述钢管芯的孔；所述步骤(2)中所述首节钢管芯有连接板的一端朝上；所述步骤(3)中除首节钢管芯以外的其他钢管芯吊装时均是将后安装的一节钢管芯插入其前安装的一节钢管芯管端的所述连接板形成的所述卡槽内，并使吊装的一节钢管芯管底的十字标线与其前安装的一节钢管芯管口的十字标线对齐。连接板一方面形成卡槽，方便后一节钢管芯装载其前一节钢管芯上；另一方面设置有用于调运所述钢管芯所需的孔，方便所述钢管芯的调运。
更优选的，所述连接板伸出所述钢管芯管口的长度不小于200mm。
优选的，所述步骤(2)、(3)中均采用塔吊配合吊装钢管芯，塔吊钢丝绳穿在所述连接板上形成的所述孔中，吊装时通过调整各塔吊钢丝绳的长度来调整所述钢管芯的垂直度，使其垂直度满足要求。在此基础上，优选的，所述步骤(3)中除首节钢管芯以外的其他钢管芯的垂直度满足要求之后，均将这些钢管芯的管壁与在其前安装的那个钢管芯的连接板点焊临时固定，然后松开所述塔吊钢丝绳，再次校准垂直度后满焊上下两节钢管芯间的连接处。优选的，所述步骤(2)中校正所述首节钢管芯的位置参数，使其位置参数满足要求后将其与所述钢筋焊结固定这一步骤具体包括如下分步骤：首先用2台经纬仪在相互呈90°位置对钢管芯进行垂直度观测、控制，通过调整塔吊钢丝绳的长度等方式来调整所述首节钢管芯的垂直度；然后将所述首节钢管芯与所述预埋钢筋点焊临时固定；然后用测量仪器全面检查钢管芯的标高、水平位置和垂直度等位置参数，确认无误后将所述首节钢管芯与所述预埋钢筋满焊固定。这些优选情况的优点在于：首先，采用塔吊配合吊装钢管芯并通过调整各塔吊钢丝绳的长度来达到调整所吊钢管芯的垂直度的目的，这种方式简单易操作；再者，垂直度的调整与之后检查使垂直度要求能达到更高的标准，若第一次垂直度调整、点焊后对垂直度的检查发现垂直度不符合要求，则可熔焊后再次调整垂直度，如此多次，直至垂直度满足要求时才满焊。
优选的，所述步骤(4)中所述捆扎的钢筋不穿过所述钢管芯，而在所述钢管芯管壁处绕管壁弯曲成一定的弧度，这样一方面避免了打孔造成的施工难问题，另一方面也避免了打孔造成的钢管芯强度受影响的问题。
优选的，所述步骤(6)中浇注混凝土时要振捣，振捣时间不超过20S，待表面泛浆自平、气泡溢出即可；上层的钢管芯的混凝土振捣时振捣棒插入其下层的钢管芯的混凝土50～100mm，这也是多次试验之后得出的优选值，在上述数值范围内，所述混凝土浇注的效果最好。
本发明的有益效果在于：本发明一种钢管混凝土核心柱的施工方法由于采用预埋钢筋组成卡槽来定位首节钢管芯，并在校正所述首节钢管芯的位置参数后将其与预埋钢筋焊结，使得首节钢管芯的位置参数能满足要求，而首节钢管芯的标高、水平位置、垂直度等位置参数又对整个钢管芯符合施工要求又起着基础的、至关重要的作用；钢管芯两端管口十字轴线的设置以及对齐两相连钢管芯管口的十字轴线来保证所连的钢管芯符合位置要求，从而使得所制的整个钢管芯满足位置要求；而设置两对栓钉与十字轴线对齐，可以方便上述对齐过程的操作，也就是对齐这两组栓钉即对齐了连接的上、下两管的十字轴线，便于操作；首节钢管芯的长度大于其预定嵌入长度，其余钢管按楼层层高分段，这样使得钢管件的连接工作面均在楼板面标高以上，方便施工。
附图说明
图1为本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例的工艺流程图；
图2为本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例中在所述钢管芯的外表面均匀焊接栓钉的示意图；
图3a为本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例中所述钢管芯一端外表面的连接板安装示意图；
图3b为图3a的A-A视图；
图4为本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例中预埋钢筋平面位置示意图；
图5为本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例中首节钢管芯安装示意图；
图6为本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例中钢筋捆扎示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明钢管混凝土核心柱施工方法进行详细描述。
图1是本发明钢管混凝土核心柱施工方法一个实施例的工艺流程图，图2-6分别为其中各分步骤中所涉及的示意图。如图1所示，该施工方法包括以下步骤：
1、钢构件的制作，主要包括钢管芯及连接节点构件的制作。其中钢管芯采用Q235B钢板卷制焊接而成(或采用Q345无缝圆钢管)，钢管芯制作完成后在两端管口打上十字轴线标记，首节钢管芯按嵌入设计长度再加1.5m制作，其余按楼层层高分段制作，这样使得钢管芯之间的对接工作面均在楼板面标高以上1.5m，方便施工。其制作工艺为放样→切割→卷制→焊接→检验与补焊：钢板进厂经检验合格后，根据图纸尺寸要求放样、切割，每条焊缝位预留2～3mm收缩量；然后进行卷制，卷管过程中使卷管方向与钢板压延方向一致，为适应钢管拼接的轴线要求，整个过程中严格控制管端平面与管轴线垂直；紧接着进行焊接工序，焊接时钢管芯横缝对接坡口采用单边V型坡口，这种坡口能使焊缝更紧而且能减少变形，焊接采用埋弧自动焊的方法，焊接时电流、电压及焊接速度按工艺参数和相关规程操作，并确保所有焊缝均满足一级焊缝的要求，并需进行100％超声波探伤检查。按照上述步骤制作好钢管芯之后，再在已制好的钢管芯外表面对称8等份均匀焊接栓钉组(如图2所示，其中01所示为钢管芯，02所示为栓钉)，所述每个栓钉组均沿钢管芯纵向排列，其中两组对称的栓钉组应与十字轴线标记对齐，每个栓钉组中的每个栓钉均沿钢管芯竖直方向间距为200mm，栓钉应符合国家标准GB10433《圆柱头焊钉》的规定，栓钉材料的抗拉强度不小于400Mpa，屈服强度不小于240Mpa。然后，再在每个钢管芯的一端外表面径向安装四片L型连接板(如图3a、图3b所示，其中01所示为钢管芯，03所示为连接板)，连接板厚度、宽度按设计要求，采用焊接方式连接，钢管芯与连接板满焊，且保证其同圆度，削除应力集中；连接板主要用于上下两层柱钢管芯柱之间的连接，连接伸出钢管柱管外侧长度不少于200mm，满足焊接要求。在连接板上还预留有直径为20mm的孔洞(如图3a、图3b中04所示)，用于吊运钢管芯使用。
2、钢管芯的安装与固定，如图1所示，具体步骤依次为：a、钢管芯吊运，将钢管芯吊运至要安装固定的位置，b、柱位校核，c、钢管芯垂直度调整，d、临时固定，e、进行垂直度检查，若垂直度不满足要求，则重复步骤c→d，f、当垂直度满足要求时，则进行施焊，将钢管芯完全固定，g、按照a→f的步骤将各节钢管芯连接，形成一条整体的钢管芯。
下面将具体介绍首节钢管的安装与固定以及钢管芯的对接与固定工序，这些内容的介绍将更有利于理解上述a→f的步骤。
首先介绍首节钢管芯的安装与固定。为了保证首节钢管芯嵌入下层柱的施工方便和钢管芯的轴线尺寸、垂直度的精度，本实施例中在下层柱内预埋4根钢筋(如图4所示，其中05所示为下层柱顶面，06所示为预埋的钢筋，01所示为钢管芯)，首节钢管芯吊装在由这4根预埋钢筋组成的卡槽内，校正钢管的垂直度后与预埋钢筋焊接固定。其具体施工工艺流程为：测量定位→底层柱内钢筋预埋→混凝土浇筑→钢管芯位置测量定位→安装首节钢管芯→校正、固定。首先测量定位，将下层柱混凝土浇铸到首节钢管芯底标高处，待混凝土强度达到设计强度的70％后，在下层柱顶面找平并标出柱轴线和预埋钢筋的位置；然后在底层柱内预埋四根钢筋，进行混凝土浇注将预埋钢筋固定，四根钢筋形成一卡槽，预埋钢筋选用F20mm钢筋，埋入混凝土深度不小于300mm，伸出底层柱顶面长度不小于1.5倍钢管直径；然后进行钢管芯位置的测量定位；然后进行首节钢管芯的安装，将首节钢管芯吊运至柱位，使钢管管底套入预埋的4根钢筋内，管底十字轴线与柱轴线对齐，用2台经纬仪在相互呈90°位置对钢管芯进行垂直度观测、控制(采用吊线辅助复核)，在钢管芯垂直度满足要求后与预埋钢筋点焊临时固定。首节钢管芯安装示意图如图5所示，其中02为栓钉，07为首节钢管芯，06为预埋钢筋，08为下层柱。吊运过程中，采用塔吊配合吊装钢管芯，塔吊钢丝绳穿在所述连接板上所设的孔内，如果发现首节钢管芯的垂直度明显不符合要求或者钢管芯出现便宜等现象，则可以调节各塔吊钢丝绳的长度来调整所述钢管芯的垂直度，使其满足安装要求；最后进行校正、固定，用水准仪、经纬仪全面检查钢管芯的标高、位置和垂直度，确认无误后将钢管芯与预埋钢筋满焊固定。
下面介绍钢管芯对接与固定工序。采用塔吊配合吊装钢管芯，吊装时采用四个吊点对称垂直起吊，将钢丝绳绑点设于钢管芯管顶4块连接板的预留孔洞处，即将塔吊钢丝穿过连接板的预留孔洞上，在起吊过程中塔吊的小车应跟着钢管的吊起同步行走，起吊时注意保护节点部位，用塔吊将钢管芯吊运就位后，用经纬仪测量控制钢管芯的垂直度，通过调节导链或缆风绳上的法兰螺栓使得钢管芯的垂直度满足规范及设计要求；然后将吊起的钢管芯缓缓插入在下层钢管芯管顶的连接板形成的卡槽内，使钢管芯管底十字标线与下层钢管芯管口的连接板对齐，钢管芯的垂直度调整满足要求后，钢管芯的管壁与连接板点焊临时固定；然后松开塔吊钢丝绳，再次校核垂直度后按要求满焊上下两节钢管芯间的连接处，两钢管芯连接处焊接前先将焊缝清理干净，由两名焊工在相对称位置以相等速度同时施焊，由于焊接时管口可能由于温度变化产生变形，在施焊过程中，随时通过经纬仪检查钢管芯的垂直度，如有垂直度偏差，此时相应调整施焊顺序，以保证钢管芯垂直度误差在规范允许范围内，施焊后的焊缝要保证饱满、美观，不得有咬边、弧坑、气孔、夹渣等缺陷，焊缝采用小型超声波检定仪现场检定。由于钢管混凝土浇筑后，钢管芯的轴位可能会发生微小的偏移，所以在吊装下一节钢管芯前，要先测量其前安装的钢管芯管顶的轴位变化情况；并在安装下一节钢管时进行调整，使之垂直度偏差控制在规范允许范围之内。
3、钢管捆扎。在建筑同层钢管芯安装完毕后，进行钢管捆扎。将钢管捆扎工序安排在焊接工序之后，方便钢管芯安装施工，保证焊接施工质量。为保证柱箍形状和尺寸准确，钢管混凝土核心柱箍筋加工时先放出柱箍大样，焊接短钢筋头制作柱箍加工胎具。钢管混凝土核心柱内钢管与梁、墙、板的纵向钢筋相交时，相互穿插复杂，同时也是结构的重要位置，要求精心施工。在本实施例中，梁顶面轴线两侧的主筋伸向管壁，然后下弯15d(d为捆扎钢筋的直径)，这样使钢筋在钢管芯管壁处形成一定的弧度(如图6所示，其中09所示为形成弧度的主筋)，箍紧钢管芯的同时避免了打孔工序，从而避免了打孔造成的强度降低即工序复杂等问题；成弧度的主筋与钢管管壁双面焊接，同时设置三道环形箍筋加强结构受力，箍筋直径比原有箍筋直径大一级。梁顶面两侧的主筋需穿过柱节点通长布置，在钢管附近需要有一定的绕度，该类主筋加工前先放出主筋大样，焊接短钢筋头制作加工胎具。
4、模板安装。模板安装工序中应注意以下几点：按照放线位置钉好压脚板，模板底端与放线位置重合，根据柱模板的施工方案由下至上进行模板安装；柱箍应根据柱模尺寸、侧压力大小等因素进行设计选择，必要时增加对拉螺栓。顶端离上口500mm处设1道由4根相互呈90°的缆风绳拉紧，每1m设一道钢管斜撑顶紧柱模；模板安装完成后，要检查柱模的垂直度；本实施例中，采用吊线及经纬仪在呈90°位置检查模板的垂直度，通过调整钢丝绳松紧及斜撑以校正垂直度。
5、混凝土浇注。混凝土浇筑前在柱顶端设置操作台，或在楼板模板安装完成后进行浇筑。混凝土浇注宜用手工浇捣，即用塔吊送料，分层浇筑厚度控制在50cm以内，同时用标尺杆严格控制。混凝土配合比、混凝土塌落度须满足设计要求及工作性能要求，外加剂应按设计要求选用。振捣时间不超过20S，待表面泛浆自平，气泡溢出即可，严禁过振。当上层混凝土振捣时振捣棒应插入下层混凝土50～100mm。在梁柱接头等混凝土不容易充分填满处，须特别注意浇筑和捣实。由于柱内置钢管芯和钢筋密集，宜采用直径不大于30mm的振动棒进行混凝土振捣。
6、拆模及养护。拆模后即用水充分浇湿柱表面，用塑料薄膜密封包住，每天喷水2次，养护14天；当然可以视情况而改变。
以上介绍中涉及的数值或数值范围均是经过试验得出的优选值，并不能以此限制本发明的权利范围。
本发明所公开的钢管混凝土核心柱施工方法除了上面分析的有益效果外，在实践中也得到了最佳的优化，大大提高了钢管混凝土核心柱的施工效率，使核心柱的安装质量可靠，一次验收合格率达到100％。在类似工程中进行推广和应用，有利于增强了企业的市场竞争力，并取得了一定的经济效益和社会效益。
以上所揭露的仅为本发明的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的保护范围。