大截面矩形厚板钢管混凝土柱施工技术研究

郭斌，尤厚非，赵源

(中铁三局集团建筑安装工程有限公司，北京 100089)

1 引言

大截面矩形厚板钢管混凝土柱在目前超高层建筑中得到了广泛的应用[1-3]，但其制作需根据其自身形状尺寸定制专门的胎架，由于其平面尺寸较大，故其制作完后翻身较为困难，同时在钢管内部绑扎钢筋也是一项较为复杂的施工工序[4-5]，笔者根据大截面矩形厚板钢管混凝土柱施工的一系列问题[6-8]，查阅了相关文献资料，发现目前广泛采用的各类施工方式均存在一定不足之处，无法从根本上解决大截面矩形厚板钢管混凝土柱施工过程中产生的各类问题。

鉴于此，针对大截面钢管柱的制作、安装、吊装、内钢筋绑扎、混凝土浇筑等一系列施工问题，亟待发明一种简单有效的大截面矩形厚板钢管混凝土柱施工技术，来提高钢柱制作、安装及混凝土浇筑的施工质量和施工效率。

2 工程概况

本工程位于乌鲁木齐市经济技术开发区二期延伸区，玄武湖路以东，岳麓山街以南，天柱山街以北，东临高铁片区卫星路。本项目地下室为大底盘，地上两栋超高层且带有裙房，地下室共有3 层，建筑面积约29 878.92 m2； 地上建筑面积302 778.04 m2。本项目2-02#公寓塔楼外框结构设计24 根矩形钢管混凝土柱，核心筒设计28 根矩形钢管混凝土柱。2-03#酒店7 层以下外框设置26 根矩形钢管混凝土柱，内筒设置21根矩形钢管混凝土柱，7 层以上外框设置40 根矩形钢管混凝土柱，内筒设置20 根矩形钢管混凝土。地下室为钢筋混凝土+钢管混凝土劲性结构，地上部分为钢管混凝土框柱-钢支撑筒体结构+ 钢筋桁架楼承板结构。结构由内向外又可分为内筒和外筒结构，内筒柱间设置屈曲约束支撑或箱型钢支撑，外框G-7F 楼层局部柱间设置钢斜撑，形成稳定结构体系，本工程钢管混凝土数量多，施工难度大。

3 关键技术与结构创新点

3.1 关键技术

钢柱制作采用定型化胎架，栓钉焊接采用栓钉群临时定位装置，钢柱翻身采用钢柱翻身平台，钢柱安装采用定型化防护操作平台，钢柱焊接采用机械手连续对称施焊技术，柱内钢筋安装采用等强度钢板代换技术，混凝土控制浇筑采用专用布料斗。

3.2 创新点

3.2.1 定型化胎架

定型化胎架由胎架横梁、胎架立柱、胎架斜撑、可更换支撑板固定栓、腹板可旋转斜撑、斜撑旋转固定栓、可更换支撑板、斜撑底板等组成，胎架立柱间设置胎架斜撑，胎架横梁上安装钢柱下翼缘板，可更换支撑板顶紧钢箱柱腹板，定型化胎架两侧的腹板可旋转斜撑可根据钢柱尺寸进行转动支撑，用斜撑旋转固定栓固定，可更换支撑板形状根据钢柱更换，并通过可更换支撑板固定栓固定，定型化胎架见图1。

3.2.2 栓钉群临时定位装置

栓钉群临时定位装置由栓钉群定位架立柱、钉帽嵌槽、栓钉群定位架底板、定位横梁组成，栓钉群定位架底板置于钢柱上，定位横梁上间隔布置钉帽嵌槽，钉帽嵌槽内逐个嵌入栓钉，栓钉群临时定位装置间图2。

3.2.3 钢柱翻身平台

钢柱翻身平台由斜撑、横梁、撑柱、座梁、横梁更换段等组成，座梁上对撑设置斜撑，斜撑顶面设置横梁，横梁上设置一段横梁更换段，横梁更换段与横梁间设置连接螺栓，通过变换横梁更换段的长度满足不同尺寸的钢柱施工，钢柱翻身平台见图3。

3.2.4 定型化防护操作平台

定型化防护操作平台置于施工平台支撑工字钢上，施工平台支撑工字钢焊接于钢柱上，定型化防护操作平台一侧设置后接平台，定型化防护操作平台与后接平台间设置后接平台连接板，两者通过后接平台连接螺栓固定，钢柱上设置抱箍，抱箍由左右两片组成，两端分别设置抱箍耳板，两抱箍耳板间设置耳板固定螺栓，抱箍上设置支撑板，定型化防护操作平台见图4。

3.2.5 布料斗

布料斗的布料斗底座置于钢柱上，布料斗底座上设置4 个排气孔，布料斗顶面设置吊钩及布料挡板，布料斗结构见图5。

4 主要施工步骤

(1）栓钉焊接：在钢柱下翼缘板上安装栓钉群临时定位装置，然后在钉帽嵌槽内逐个嵌入栓钉，然后进行栓钉焊接。(2）钢柱制作：搭设定型化胎架，根据钢柱尺寸安装合适的可更换支撑板，并用可更换支撑板固定栓固定，随后安装钢柱下翼缘板，然后安装钢柱腹板，通过旋转腹板可旋转斜撑将腹板可旋转斜撑调节至合适位置，然后拧紧斜撑旋转固定栓固定，最后进行钢柱下翼缘板与钢柱腹板的焊接。(3）定型化防护操作平台安装： 在钢柱的施工平台工字钢上放置定型化防护操作平台，在钢柱顶面安装带支撑板的抱箍，随后拧紧耳板固定螺栓，通过支撑板及抱箍将定型化防护操作平台固定于钢柱上，随后安装后接平台连接板。(4）钢柱翻身：制作钢柱翻身平台，选择合适的横梁更换段与横梁拼接，将钢柱置于钢柱翻身平台上进行翻身。(5）钢柱内钢筋等强代换：绑扎钢柱钢筋，通过同等强度的井字型钢板代换井字型拉筋。(6）钢柱焊接：吊装上一节钢柱后，对钢柱进行焊接，在定型化防护操作平台上安装机械手，焊接前在钢柱焊缝周围施工一道焊接保护材料，焊接完成拆除定型化防护操作平台。(7）混凝土浇筑：在钢柱耳板上安装土建施工平台，随后通过布料斗上的吊钩将布料斗安装于钢柱，最后浇筑混凝土，钢柱气通过排气孔排出。

5 结论

(1）钢柱制作采用定型化胎架，该定型化胎架可适用于一定尺寸范围内的钢柱制作，能提高钢柱制作的施工质量和施工效率。(2）栓钉焊接采用栓钉群临时定位装置，可保证栓钉安装定位的准确性，同时采用该装置避免了人工手扶栓钉焊接，可提高焊缝质量。(3）钢柱翻身采用钢柱翻身平台，钢柱安装采用定型化防护操作平台，钢柱焊接采用机械手连续对称施焊技术，可提高钢柱吊装、拼接的施工质量和施工效率。(4）柱内钢筋安装采用等强度钢板代换技术，可大幅减少钢柱内钢筋绑扎的作业时间，从而提高施工效率。