浅谈钢筋穿箱型钢管混凝土柱定位控制措施

浅谈钢筋穿箱型钢管混凝土柱定位控制措施

吕厚俊

南通华新建工集团有限公司 江苏海安 226600

摘要：本文针对南通市中央创新区科创中心一期A-2 项目W-6#楼钢结构施工中，碰到主梁钢筋穿箱型钢管混凝土柱，遇到的施工问题采取了从设计优化到工厂制作、测量定位、穿插施工等方面给出了相应的技术措施，施工质量得到保障，为后续施工奠定了基础。

关键词：箱型钢管柱；钢筋；定位控制

1.工程概况

南通市中央创新区科创中心一期（南通高等研究院）/A-2 项目总建筑面积为 176402m2，其中：W-3#、W-6#楼建筑面积为51882m2，W-6#地上14层,地下1层；W-6#结构体系采用形式钢框架-支撑结构(楼盖为叠合板),嵌固端位于地下室顶板。

W-6#楼基础采用PHC预制混凝土管桩基础，地下室部分采用箱型钢管混凝土柱和框架梁板组合的结构形式。箱型钢管混凝土柱截面尺寸分别为GKZ1□750X750X28X28、GKZ2750X750X20X20、GKZ3□750X750X28X28、GKZ4□750X800X28X28、GKZ5□800X800X28X28和混凝土柱900X900，内插钢柱截面尺寸为GKZ□600X600X20X20，材质为Q345B，数量为40根，混凝土强度等级为C50。

图1 地下室钢柱平面布置图

2.原因分析

针对同样的施工问题，我们公司技术团队从集团体系内，对目前正在进行类似箱型钢管混凝土柱与梁节点连接的项目进行现场调查，产生施工问题主要集中在：型钢孔位与对应钢筋位置偏差大、梁柱主筋穿插不合理。针对的问题，产生的原因如下：

（1）对比建筑、结构施工图和变更单，钢结构加工详图与钢筋施工图存在明显的分歧，钢构加工图无法符合钢筋的施工，现场模板施工、钢筋施工亦不能满足钢结构的组装。节点详图深化的过程中存在严重缺陷。

（2）根据《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）箱型钢柱安装控制标高允许偏差为±2mm。《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）纵向受力钢筋间距安装偏差控制在±10mm以内，排距安装偏差控制在±5mm以内。我们针对这一控制标准，对各工种如何引测标高逐一跟踪，发现各工种标高引测来源不完全统一，再加上多次传递后误差扩大，导致最后连接板和梁钢筋不在同一个标高面上，进而严重影响箱型钢柱节点施工质量。

（3）框架梁与柱刚性连接时，柱应在梁翼缘上下500mm范围内，柱翼缘与柱腹板或箱柱墙板之间的连接焊缝应采用全熔透坡口焊缝。构件拼接对接焊缝质量达到二级。焊量等级要求高，为达到要求，选用原废旧构件进行焊实验，经工厂现场验证，钢柱与钢筋拼接部位采用焊条手工电弧焊部分出现根部末熔透问题，部分构件表面有焊，且焊接慢，不易保证质量和进度要求。

3.控制措施

3.1 节点部位深化设计

3.1.1 图集结构构造

设计在节点处理中有两种种主要的典型构造：

(1)中间型钢混凝土柱的节点及做法参照图集《型钢混凝土组合结构构造》(04SG523)38页。

除了梁中部纵向钢筋双面焊接5d于牛腿（连接板）上外，其余角筋等纵向受力钢筋穿过腹板。

优点：梁筋基本贯通，对结构的受力性影响小。

缺点：腹板开孔工作量大。

图2 中间型钢混凝土柱的节点及做法详图

图3 中间型钢混凝土柱的节点及做法剖面图

图4 优化后梁钢筋穿型钢柱大样

(2)周边型钢混凝土柱的节点及做法参照图集《型钢混凝土组合结构构造》(04SG523)40页。

角筋穿腹板过柱，其他梁筋在翼缘板位置焊接于钢牛腿（连接板）上。

优点：梁筋能贯通，结构受力性好。

缺点：梁的二排筋在牛腿位置处焊接困难且焊接工作量大。

图5 周边型钢混凝土柱的节点及做法详图

3.1.2 处理措施

在总结了以上两种典型结构后，我们与设计人员进行了沟通，节点深化设计主要是定位梁、柱交叉处各部分的位置关系，以及梁、柱配筋的位置。具体措施如下：

（1）梁的角筋穿过型钢柱的腹板

当主梁位于型钢柱中间时，根据设计要求，当两个方向的8根主筋满足型钢柱时，型钢柱腹板开孔。

图6 钢筋穿钢柱腹板现场施工图

图7 钢筋穿钢柱腹板及箍筋开孔现场施工图

（2）柱箍筋在节点处的设置

由于钢结构对梁柱节点的影响，柱箍无法闭合，处理方法是在工厂加工时，先在钢牛腿或钢梁腹板上钻孔。同时在施工梁柱节点前，柱帽的模板不要封板，要等梁的主筋和箍筋等绑扎完毕后，再予以封模。此处的做法的好处就是给钢筋操作提供足够的操作面，对钢筋施工的质量和进度得到保证。

（3）采用Tekla软件进行深化设计，并利用BIM，制作三维图，保证交底到位；

图8 Tekla软件三维交底

（4）实行工序移交制度，上一道工序完成后移交检查，合格后方可进行下一道工序施工。

图9 钢结构施工安装程序图及现场焊接工艺流程图

3.1.3 实施效果

通过运用钢结构深化设计Tekla软件，我们在进行深化设计时，采取最利于现场施工的钢筋与钢柱的连接方式。在实施中对主楼地下室1层的钢柱节点连接情况进行了一次全数检查。检查情况如下表：

连接情况检查表 表1

序号 连接方式 检查节点数 合格节 矛盾率

1 钢筋与连接板焊接 40 40 0

2 钢构穿过钢柱腹板孔 40 40 0

从现场调查情况及施工后的效果中可以看出深化设计的目标已经实现：节点部位的做法明确，钢筋布置顺畅；节点部位钢筋与钢柱矛盾率为0。

3.2 严格实施测量

3.2.1 处理措施

（1）对业主提供的测量控制点进行复测保证其准确性；

（2）由总包测量部门对业主提供的测量控制点，引到场内并对所有工种进行移交，并按施工工况不间断的对场内控制点复测；

（3）对进场的所有测量仪器要求进行校准并出具合格证明。

图10 测量仪器校准证明

3.2.2 实施效果

我们对地下一层随机挑选10根箱型钢柱和框架梁节点标高偏差进行复测和统计，结果见下表：

箱型钢柱安装偏差统计表 表2

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

钢柱安装偏差值（mm） 1 -1 2 1 2 -1 -2 2 0 1

钢筋间距安装偏差值（mm） 5 -3 5 3 2 4 -6 4 -4 2

钢筋排距安装偏差值（mm） 3 2 -1 2 2 -2 -3 1 0 3

3.3 选择合理焊接方式

3.2.1 处理措施

（1）箱型钢柱连接板和钢筋的连接方式

本工程焊接质量等级：梁与柱刚性连接时，柱应在梁翼缘上下500mm范围内，柱翼缘与柱腹板或箱柱墙板之间的连接焊缝采用全熔透坡口焊缝。构件拼接对接焊缝质量达到二级。

一级焊缝的合格等级应为现行国标《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类》(GB11345)B级检验的Ⅱ级及Ⅱ级以上，二级焊缝的合格等级应为Ⅲ级及Ⅲ级以上。

焊接工艺选用气体保护焊，此种焊接成型好，焊接应力、焊后变形小，抗裂性好；效率高，约是普通手工电弧焊1~4倍；耗电小，焊弧飞溅小；成本低，约手工电弧焊40%~50%。

采用CO2气体保护焊，焊选用ER5O6，焊丝直径（Ø）为1.2mm，焊丝伸出长度保持在15－20mm，即接气体为氯气和CO2气体，气体纯度不得低于99.5％。

（2）确定参数，焊接工艺评定

项目会同设计工程师、钢结构技术负责人、钢筋负责人，确定箱型钢柱与框架梁现场焊接工艺、参数，并进行焊接工艺评定。

综合考虑施工质量、进度因素，最终经设计工程师、钢结构技术负责人、钢筋负责人确认选用CO2气体保护焊。

经综合比较，选用天津金桥气体保护焊丝JQ·MG70S-6，其焊丝有：抗母材表面氧化皮、油污能力强，气孔敏感性小优点。

焊丝化学成分(%) 表3

项目 C Mn Si S P Ni Cr Mo V Cu

保证值 0.06~0.15 1.40~1.85 0.80~1.15 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.03 ≤0.50

例值 0.077 1.54 0.92 0.011 0.011 0.006 0.023 0.004 0.002 0.126

熔敷金属力学性能 表4

试验项目 Rm ReL/Rp0.2 A(%) KV2(J)

(N/mm2) (N/mm2)

保证值 ≥500 ≥420 ≥22 ≥27(-30℃)

例值 545 445 31 99、91、103

我们选用直径Ø1.2mm焊丝，焊接电流在80～350A，CO2气体流量15～25L/min，带箱型柱和梁底模板安装完毕后，绑扎梁钢筋，纵向受力钢筋中间钢筋按照图纸下料完成，搭设在连接板牛腿上，采用5d双面焊。打底焊和盖面焊接放慢焊接速度，并将电流调小，以达到美观的效果。焊接时采用防风措施。

图11 现场箱型钢柱和框架梁钢筋焊接图

3.2.2 实施效果

选择合理的焊接方法，经焊接工艺评定后确定焊接工艺。通过组织实施，通过南通市建筑工程质量检验中心现场超声波探伤，箱柱焊缝100%满足二级焊缝要求，经监理单位、建设单位代表及我方代表对焊缝进行检查，表面无裂纹、焊瘤，余高≤3mm，达到了设定目标。

图12 钢材检测报告和焊接探伤报告

4.经济效益分析

通过项目部全体人员的努力，大大提高了施工效率，节省了大量的机械台班和人工成本，避免了材料浪费和工期延误。同时，取得了良好的经济效益，节约资金约39050元。

资金节约计算表 表5

项目 计算方式 合计（元） 备注

材料费 5kg*10元/kg 50 与手工点焊对比

人工费 12（人)*150元/工日*10工日 18000 工期提前10天

机械台班费 1300元*10天+2400元*10天 37000 吊车(25T)吊车，QTZ250塔吊租金，司机、信号工工资

投入材料、人工费 增加投入钢板 -1000 投入费用

活动费 15000 -15000 投入费用

合计 39050

说明：同等条件下比手工电弧焊节约焊条消耗5kg(10元/kg）

5.结语

在箱形钢管混凝土柱和混凝土梁的施工过程中，我们的施工现场管理人员和工人掌握了施工要点和施工工艺，提高了整个工程的施工质量，减少了不必要的返工。同时，也为我公司培养了一支技术过硬的施工队伍，为项目的卓越奠定了良好的基础。通过加强技术措施，严格控制，提高施工质量，公司得到了建设、监理单位和主管部门的认可，在南通的声誉得到了提高。同时，提高了我公司建筑品牌含金量，为今后承接类似工程提供了强有力的技术保障。

参考文献

[1]工程建设QC小组基础教材，中国建筑工业出版社、中国城市出版社，2017年7月第二版

作者简介：吕厚俊，男，汉族，高级工程师，研究方向：工程管理。