超高層建筑鋼管混凝土柱及環(huán)梁施工技術(shù)

黃東明

一、超高層建筑鋼管混凝土柱及環(huán)梁施工技術(shù)特點(diǎn)

1.抗震性好，承載力強(qiáng)

鋼管內(nèi)部的混凝土能夠有效約束鋼管混凝土柱與環(huán)梁的受力狀態(tài)，進(jìn)而保證了鋼管的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)過分析大量建筑工程數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，鋼管混凝土柱及環(huán)梁的承載力非常強(qiáng)，超過了鋼管柱和混凝土柱的承載力之和。鋼管和混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨著兩者的相互作用從脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)部件的耗能能力得到改善，其延時(shí)效果也大幅度提升。在對鋼管進(jìn)行反復(fù)荷載作用后，通過數(shù)據(jù)分析可以看出，鋼管混凝土柱及環(huán)梁結(jié)構(gòu)的吸能效果十分出眾，無剛度下降，其抗震性能比采用鋼板進(jìn)行固定的鋼柱還要高。

2.工期較少，施工便捷

在進(jìn)行鋼管混凝土柱及環(huán)梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)，施工荷載和結(jié)構(gòu)重量的承擔(dān)部件可以選用勁性骨架作為支撐，使混凝土成型時(shí)間不會(huì)影響工程進(jìn)度。并且鋼管內(nèi)部沒有鋼筋，使得混凝土的澆注工作較為簡單，不需要進(jìn)行建模，從而減少了工程開銷，也節(jié)省了工程時(shí)間。鋼管混凝土柱及環(huán)梁的零用件少、焊縫少、構(gòu)造相對簡單。因此，在進(jìn)行柱腳建設(shè)時(shí)，可以采取插入式方法，使施工相對便捷。并且鋼管構(gòu)件的重量較低，在運(yùn)輸時(shí)可以采取吊裝的方法來進(jìn)行。通常來說，鋼管混凝土柱及環(huán)梁的板材厚度不大，都小于四十毫米，可以使對接和焊接工作順利進(jìn)行。同時(shí)，相較于鋼筋混凝土柱，鋼管混凝土柱及環(huán)梁的外皮鋼管具有鋼筋的功能，所以管內(nèi)沒有鋼筋，使鋼筋下料和綁扎等一系列工藝流程得以節(jié)省。鋼管混凝土柱及環(huán)梁的外皮鋼管是耐側(cè)壓的模板，所以也省了支模和拆模等工作流程。

3.安全性強(qiáng)

由于鋼管內(nèi)部的混凝土有極強(qiáng)的吸熱能力，當(dāng)工程中出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，由于鋼管柱及環(huán)梁的特殊結(jié)構(gòu)，可以使截面的溫度得以有效分散，從而使鋼管的耐火性大大提高，并且當(dāng)鋼柱出現(xiàn)彎曲時(shí)，內(nèi)部的混凝土可以承受絕大部分的軸向牽引力，防止鋼柱出現(xiàn)形變。經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)研究，在鋼管混凝土柱及環(huán)梁和鋼柱都進(jìn)行一級耐火三小時(shí)的實(shí)驗(yàn)中，前者比后者要節(jié)約三分之一至三分之二的防火涂料。

4.耐腐蝕性優(yōu)異

鋼管中澆筑混凝土減少了鋼管的裸露面積，受氣體腐蝕的面積遠(yuǎn)小于鋼結(jié)構(gòu),進(jìn)而使鋼管所需的抗腐、防腐費(fèi)用支出進(jìn)一步降低。

二、超高層建筑鋼管混凝土柱施工技術(shù)流程

以某市一項(xiàng)超高層辦公樓施工為例，其地上高度四十五層，裙樓七層，地下四層，總建筑面積為十萬三千四百三十平方米，樓層總高度一百七十五米。

1.吊裝鋼管柱進(jìn)行施工

鋼管柱標(biāo)準(zhǔn)層每層高度為三點(diǎn)五米，裙樓層高為五米，對每層鋼管柱都進(jìn)行一次吊裝，吊裝的焊接點(diǎn)預(yù)設(shè)在樓層上方一點(diǎn)五米處。鋼管柱標(biāo)準(zhǔn)層的吊重重量為三噸，裙樓吊重為四噸，在每層混凝土澆注完成后進(jìn)行吊裝，將鋼管柱分批進(jìn)行吊裝，時(shí)間錯(cuò)開，不予同時(shí)進(jìn)行。

2.鋼管柱的吊裝定位

鋼管柱的吊裝定位是通過外側(cè)垂線和內(nèi)部軸線控制相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的,內(nèi)軸線控制是垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)測繪，將鋼管柱四周的軸線和鋼管柱吊裝定位軸線進(jìn)行描點(diǎn)測繪。內(nèi)部軸線點(diǎn)定在首層，并在樓層高度的三分之一處和三分之二處進(jìn)行軸線點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。外側(cè)每層使用垂線，每一層的垂線點(diǎn)都需要控制在下層的鋼管柱上，并每隔十五米進(jìn)行一次軸線點(diǎn)檢查，誤差需要控制在一毫米以內(nèi)。

3.焊接鋼管柱

鋼管柱的焊接方式為氣焊，在焊接完成后使用超聲波對每個(gè)焊縫進(jìn)行檢測，在檢測合格后，還要請第三方的檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測，確保焊接處無縫隙存在。

4.對鋼管柱進(jìn)行高強(qiáng)度混凝土澆筑

鋼管柱中的高強(qiáng)混凝土在鋼管焊接復(fù)試合格后，用塔式起重機(jī)吊裝運(yùn)輸，并在鋼管柱中預(yù)設(shè)可以檢測混凝土緊密性的超聲波管。高強(qiáng)度混凝土的水泥材料，選用強(qiáng)度等級為五十三的硅酸鹽水泥。摻合料使用活性較小，對混凝土后期強(qiáng)度提升有重要作用的一級粉煤灰，減水劑選擇適合高強(qiáng)度混凝土的種類，如：海達(dá)減水劑。碎石使用五毫米以上，三十毫米以下的碎石，該長度的碎石抗壓強(qiáng)度較高，符合高強(qiáng)度混凝土的使用需求。河砂則使用東江中粗砂，此砂的細(xì)度在二點(diǎn)八至三點(diǎn)五之間，顆粒干凈，含泥量低，不含有氯離子，是極其安全、好用的原材料。用振搗棒垂直插進(jìn)混凝土中，快速振搗，每個(gè)點(diǎn)上的振搗時(shí)間不低于六十秒，在鋼管外部使用木槌進(jìn)行敲擊，根據(jù)聲音判斷混凝土是否嚴(yán)實(shí)，直到不出現(xiàn)氣泡，表面涌出灰漿時(shí)停止。

5.標(biāo)準(zhǔn)層鋼管柱和梁板模板的配合

鋼管柱的吊裝和筒柱墻鋼筋同時(shí)進(jìn)行，保證在一天內(nèi)完成。焊接和梁板模板體系同時(shí)進(jìn)行，使焊接檢測與模板建立同時(shí)完成。在混凝土澆注完成后，進(jìn)行鋼筋的綁扎和模板的支設(shè)。

三、超高層建筑鋼管混凝土環(huán)梁施工技術(shù)流程

以某市的超高層綜合型建筑為例，該建筑地下六層，地上七十一層，總高度三百一十七米，占地面積五百二十米，總建筑面積二十一萬五千九百五十五米。

1.對環(huán)梁鋼筋進(jìn)行加工

選取精度極高的彎弧機(jī)對環(huán)梁鋼筋進(jìn)行加工，被加工制作的環(huán)梁主筋圓度要低于百分之零點(diǎn)三。環(huán)梁主筋要由兩名以上的施工人員共同操作，體積相同的主筋要在加工前進(jìn)行抗彎檢測，使其圓度和直徑滿足施工要求后，按照體積大小分類處理?？梢蕴崆皩Χ?、三層的鋼筋進(jìn)行加工處理，減少彎弧機(jī)的調(diào)整次數(shù)，保證加工過程的精確性。

2.綁扎環(huán)梁

為了進(jìn)一步提高環(huán)梁的綁扎效率并方便工人實(shí)際操作，在進(jìn)行環(huán)梁綁扎時(shí)要使用綁扎專用的操作架，將操作架和十字扣件連接固定。在兩者連接處預(yù)置四根支撐桿，支撐桿的長度需要滿足U型托的長度范圍，并小于鋼管的長度。針對體積不同的環(huán)梁，制作多個(gè)大小不一的十字架，用于環(huán)梁的綁扎。綁扎需要保證箍筋先小后大，環(huán)筋為先大后小，最后放置拉鉤。

3.將成品進(jìn)行儲(chǔ)存

將綁扎成型的環(huán)梁通過塔吊或者吊車吊出，運(yùn)送至存放地點(diǎn)，騰出的空間用來進(jìn)行其他環(huán)梁的綁扎工作。對于綁扎完成的環(huán)梁，可以進(jìn)行堆疊存放，但是數(shù)量要控制在三個(gè)以下，這樣才不會(huì)發(fā)生因環(huán)梁相互擠壓產(chǎn)生的變形現(xiàn)象。

4.環(huán)梁主筋進(jìn)行焊接

在環(huán)梁存放至相應(yīng)地點(diǎn)后，由電焊人員進(jìn)行環(huán)梁主筋的焊接工作，為了優(yōu)化操作流程，可以只進(jìn)行單面焊接，但是要優(yōu)先保證相關(guān)操作符合安全標(biāo)準(zhǔn)，并且焊縫必須密實(shí)。

5.驗(yàn)收

環(huán)梁作為一個(gè)獨(dú)立構(gòu)件，在綁扎完成后，可以提前組織審查機(jī)構(gòu)和業(yè)主進(jìn)行驗(yàn)收，進(jìn)而減少后期施工完成后的驗(yàn)收工序，驗(yàn)收的對象主要包括鋼筋的型號、數(shù)量和間距、環(huán)梁的內(nèi)外徑尺寸以及焊縫。

6.吊裝環(huán)梁

環(huán)梁底模支設(shè)完成后可進(jìn)行吊裝工作，吊裝時(shí)要同時(shí)使用四根鋼絲繩穿過鋼筋籠兩側(cè)進(jìn)行搭扣，保證吊運(yùn)時(shí)的平穩(wěn)性。

7.固定環(huán)梁

為了預(yù)防工程結(jié)束后，綁扎框架出現(xiàn)變形現(xiàn)象，導(dǎo)致環(huán)梁的重心偏移。要對環(huán)梁和鋼管柱進(jìn)行焊接，使用短鋼筋進(jìn)行固定，將環(huán)梁的重心與鋼筋的重心控制在同一垂直線上。

四、結(jié)論

由此可以看出，超高層建筑鋼管混凝土柱及環(huán)梁施工技術(shù)在施工領(lǐng)域廣泛使用，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土技術(shù)相比不僅工程耗時(shí)較短，并且工程資金較低，是值得其他建筑施工單位借鑒使用的。通過對超高層建筑鋼管混凝土柱及環(huán)梁施工技術(shù)的施工步驟具體分析，找出仍然可以優(yōu)化改進(jìn)的地方，進(jìn)而使我國的建筑行業(yè)發(fā)展進(jìn)一步向前邁進(jìn)。