1.前言

勁性柱是型鋼外面包混凝土的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，一般廣泛應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)中，力求截面最小化，承載力最大，來節(jié)約空間。常見的一般有H型鋼勁性混凝土、十字鋼柱混凝土、圓鋼柱混凝土等，一般在鋼柱上焊上鉚釘澆注。它與傳統(tǒng)鋼筋混凝土柱相比，具有截面尺寸小、承載力高、整體剛度好、抗震性能顯著等優(yōu)點。

本工程結(jié)構(gòu)形式為核心筒+勁性柱，核心筒內(nèi)11根H型鋼柱，標(biāo)高-12.8m～26.3m（圖1），四周16根十字鋼骨柱，標(biāo)高-12.8m～93.57m，局部114.5m（圖2），用鋼量達到1731t，所有鋼柱焊接栓釘，鋼板材質(zhì)為Q345B。由于塔吊吊重及鋼柱支撐高度限制，鋼柱分段制作，現(xiàn)場對接安裝，對接采用全熔透等強焊接。

圖1 H型鋼標(biāo)高及三維模型示意圖

3.施工重點和難點

3.1測量工作

軸線及標(biāo)高測放要求高，高空焊接作業(yè)量大，施工中確保型鋼柱的施工精確度，否則會造成諸如鋼柱偏位、梁筋墻筋無法通過等問題，導(dǎo)致返工，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和進度，此外，施工場地上工種多，交叉作業(yè)頻繁、受干擾多也是測量工作的難點。

3.2型鋼柱制作

本工程的勁性柱為十字柱、工字鋼柱兩種。其制作工藝復(fù)雜，在組裝和焊接過程中，如果不注意組裝流程和焊接順序，將很容易產(chǎn)生變形，且變形很難進行矯正。

3.3勁性柱結(jié)構(gòu)施工

勁性混凝土柱中，型鋼柱與鋼筋的相交點多，鋼柱與柱周主筋、箍筋的關(guān)系，鋼柱與通過鋼柱的水平梁鋼筋、墻體水平筋的關(guān)系成為處理的重點。

混凝土框架柱及混凝土剪力墻暗柱中加入型鋼柱，比常規(guī)鋼筋綁扎、模板支設(shè)等施工工藝難度大，施工中應(yīng)重點控制鋼筋綁扎質(zhì)量及模板安裝質(zhì)量和混凝土澆筑質(zhì)量。

4.施工準(zhǔn)備

4.1焊接施工操作人員準(zhǔn)備

從事焊接作業(yè)的人員，從工序負(fù)責(zé)人到作業(yè)班組長乃至具體操作的施焊人員和無損檢測人員，都須為持證人員和曾從事過類似工程施工的人員。輔助工也須通曉焊接作業(yè)平臺的具體搭設(shè)方法、順序和搭設(shè)所需的時間，從而準(zhǔn)備好焊前工作、做好過程輔助工作及焊后清理工作，從人員組織上做好保障。

4.2原材準(zhǔn)備

地腳螺栓：11根H型鋼柱每根設(shè)6根M30錨栓，16根勁性柱每根設(shè)12根M30錨栓，共計258根。

灌漿料：用于鋼柱底部填充，用量5噸，灌漿料需要檢測報告合格才能使用。

CO2氣體保護焊ER49-1焊絲：勁性柱焊接一圈大致消耗1.2卷。

J507型焊條：一般用于初步臨時固定用。

鋼柱：本項目塔樓部分主要用到中厚板，11根H型鋼柱和16根勁性柱，對每根鋼柱進行分段，對每段長度和重量進行統(tǒng)計，鋼柱共計1721噸。

4.3機械準(zhǔn)備

吊運機械：TC7530塔吊、TC6015塔吊、QY25汽車吊

運輸機械：重型平板車車一臺，運輸鋼柱

操作機械：PC200鎬頭機一臺，破碎鋼柱與棧橋板沖突部位

小型機具：千斤頂、撬棒、測量儀器（全站儀、水準(zhǔn)儀）、氧氣瓶、乙炔瓶、直流電焊機、CO2焊機、CO2瓶、氣割槍、電焊鉗、焊條保溫桶、熔焊栓釘機、磨光機

4.4技術(shù)準(zhǔn)備

開工前各方圖紙會審已完成，深化設(shè)計圖紙完成并通過設(shè)計院審核，鋼結(jié)構(gòu)專項方案完成，專項方案、三級安全教育對施工班組完成交底工作。

5. 施工工藝流程

5.1首節(jié)安裝

地腳螺栓預(yù)埋及定位→底板混凝土澆筑→棧橋板與鋼柱沖突位置破碎→鋼柱工廠加工制作并焊縫檢測→破撐前成品保護及支撐破碎→安裝前標(biāo)高測量→塔吊吊運鋼柱與地腳螺栓對接→千斤頂調(diào)整→儀器垂直度校核→墊片螺母安裝完成→鋼柱底部灌漿→鋼筋綁扎→模板安裝→混凝土澆筑

圖3 地腳螺栓焊接定位

圖4 棧橋板與鋼柱沖突位置破碎

圖5 工廠焊縫檢測

圖6 破撐前成品保護及支撐破碎

圖7 安裝前標(biāo)高測量

圖8 塔吊吊運鋼柱與地腳螺栓對接

圖9 千斤頂調(diào)整

5.2鋼柱拼接

鋼柱吊運→耳板螺栓臨時固定→儀器校正→校正完臨時固定并焊接→翼板腹板焊接完成后耳板割除→焊縫探傷檢測→鋼筋綁扎→模板安裝→混凝土澆筑

圖10 耳板螺栓臨時固定

圖11 校正完臨時固定焊接

圖12 現(xiàn)場焊縫探傷檢測

6.施工要點

6.1型鋼柱制作

6.1.1焊接材料要求及焊縫要求

本工程勁性柱鋼骨和其連接板材鋼材均采用Q345B結(jié)構(gòu)鋼，鋼材應(yīng)保證化學(xué)成分、屈服點、抗拉強度、伸長率、V形缺口沖擊韌性、冷彎性能滿足《低合金鋼》（GB/T700)的要求，鋼材屈強比應(yīng)大于等于1.2。

工廠焊接采用自動焊接，焊絲的性能須符合《熔化焊用鋼絲》GB/T 14957的規(guī)定，焊絲均應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)。

6.1.2加工流程

圖13 加工流程圖

6.1.3勁性十字柱組裝

（1）胎架要求必須牢固，不得有明顯的晃動。胎架模板要求水平，其水平度不得超過1mm。胎架定位靠山要求組裝后水平，其水平度不得超過1mm。

（2）將檢驗合格的工字鋼吊上胎架，在其腹板上劃出T型鋼的定位位置線，做為安裝檢驗的基準(zhǔn)。并在地上劃出鋼柱的輪廓線、中心線以便于安裝檢驗。

（3）吊上T型鋼，安裝在預(yù)定位置，定位時先從端部開始定位。面板采用千斤頂頂緊到位，腹板由于操作空間較小，不宜采用千斤頂進行操作，因此采用定位卡碼。定位時采用Φ3.2/J507的焊條進行定位點焊，必須由持焊工合格證的工人施焊。點焊高度不宜超過設(shè)計焊縫厚度的2/3，點焊長度為50-60mm，間距為300—400mm。安裝時必須保證T型鋼的垂直度及直線度。

（4）為防止焊接收縮引起兩端截面變形，十字柱組立時，應(yīng)在兩端設(shè)置具有一定剛性的支撐板。

圖14 十字型鋼的組裝胎架圖

6.1.4勁性十字柱焊接

（1）檢驗合格后進行焊接，十字型柱的十字形焊縫的焊接采用門型埋弧自動焊，加長導(dǎo)電嘴，船形焊位置焊接。焊接時在專用船形胎架上進行，胎架每隔1.5-2m進行設(shè)置，胎架如下圖所示：

圖15 專用船形胎架

（2）根據(jù)十字柱焊縫的結(jié)構(gòu)形式，為了控制焊接過程中的變形，要遵守焊接順序，焊接順序如下：

圖16 焊接順序圖

（3）清理焊縫后，焊接整條連續(xù)的埋弧焊縫，對焊縫進行二層焊接，每層焊完后，應(yīng)嚴(yán)格清理層與層之間的焊渣以及焊接缺陷，缺陷處應(yīng)及時用打磨進行補焊。

（4）溫度控制在150~200℃范圍內(nèi)，超過200℃應(yīng)停止焊接，冷卻10～20分鐘后再進行焊接以減少變形，焊接過程中應(yīng)隨時檢查十字柱的變形情況，利用后續(xù)焊接來調(diào)整十字柱的變形。

（5）冷卻后割去引出板及引弧板，并打磨。

（6）對于十字柱的變形應(yīng)進行矯正，采用火焰矯正，其溫度值應(yīng)控制在750～900℃之間，同一部位加熱矯正不得超過2次，矯正后，應(yīng)緩慢冷卻。

（7）檢出的超差缺陷，用碳弧氣刨進行鏟除，打磨。然后用氣保焊或手工電弧焊焊后進行清理、打磨。

6.1.5栓釘焊接

（1）栓釘焊接方法

栓釘焊接方法 表1

圖17 栓釘焊接示意圖

（2）栓釘焊施工要點

①焊接區(qū)鋼板上保持干凈、干燥，按照施工圖彈出焊接位置標(biāo)距線等。

②栓釘焊接開工前，應(yīng)根據(jù)栓釘材質(zhì)，鋼板厚度和材質(zhì)等，按規(guī)范進行栓釘穿透焊接工藝評定試驗，合格后方能進行栓釘焊接。

③焊接操作者必須每天進行焊接前預(yù)備試驗，記下當(dāng)天準(zhǔn)確的焊接參數(shù)，作相應(yīng)調(diào)整。栓釘（預(yù)試驗焊接）施工記錄須自行設(shè)計。

④禁止使用受潮瓷環(huán)，瓷環(huán)應(yīng)在烘箱中烘烤至1000℃后使用。

⑤栓釘焊后要逐個進行外觀檢查，焊縫360°飽滿才認(rèn)為可以接受，若不合格可采取手工電焊補焊，并且對已焊栓釘用小錘錘擊打彎30°進行抽檢，根部要求無裂紋。

⑥栓釘表面如有銹蝕，需除銹后方可使用（尤其是栓釘頭和大頭部不可有銹蝕和污物），嚴(yán)重銹蝕的栓釘不能使用。

6.2現(xiàn)場測量

現(xiàn)場測量的主要內(nèi)容是控制網(wǎng)復(fù)核和鋼柱施工控制網(wǎng)的建立；地腳螺栓預(yù)埋件定位、標(biāo)高復(fù)測；鋼柱吊裝過程中的測量監(jiān)控；

鋼柱安裝在土建施工滿足預(yù)埋件安裝條件后進行，整個鋼柱結(jié)構(gòu)體系通過預(yù)埋件與土建結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一整體。在鋼柱安裝前期測量準(zhǔn)備時，確立與土建施工統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系至關(guān)重要。

地腳螺栓預(yù)埋是型鋼柱安裝的關(guān)鍵，因此，底板鋼筋綁扎過程中，型鋼柱地腳螺栓應(yīng)及時預(yù)埋，采用定位板進行定位，并且用鋼筋焊接進行限位，項目部積極組織技術(shù)人員對于地腳螺栓的預(yù)埋位置進行復(fù)核，確保預(yù)埋精確到位。

吊裝過程中鋼柱調(diào)整采用螺栓調(diào)節(jié)，在鋼柱相互垂直的兩個方向設(shè)2臺經(jīng)緯儀，觀測鋼柱垂直控制線校正結(jié)果，使鋼柱的垂直度、標(biāo)高、錯邊誤差符合規(guī)范要求。

圖18 鋼柱校正

圖19 地腳螺栓復(fù)核

6.3現(xiàn)場焊接

鋼柱之間采用等強焊縫的坡口對接，焊縫間隙10mm，坡角30。工地拼結(jié)接頭為二級，其余熔透焊為二級，半熔透焊縫及角焊縫為三級，但外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級要求，現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制見表。

焊接采用CO2氣體保護焊，焊絲直徑1.2mm。鋼柱焊接時必須按“先翼板后腹板，同時對稱逆向施焊”的原則進行，每根柱派2名焊工同時焊接，焊接速度應(yīng)保持一致，焊速350-450mm/min。

施焊時，第一層的焊道應(yīng)封住坡口內(nèi)母材與墊板的連接處，然后逐道逐層累焊至填滿坡口，每焊完一道焊縫均應(yīng)清理鏟磨。每道焊接層間溫度控制在50-80OC，溫度太低時重新預(yù)熱，太高時應(yīng)暫停焊接。一個接口必須連續(xù)焊完，若必須中途停焊時，再焊前應(yīng)重新預(yù)熱。

焊接完成后，及時敲除焊渣，檢查焊縫質(zhì)量，并請專業(yè)檢測單位到現(xiàn)場隨機抽查20%焊縫進行無損探傷，無損探傷合格后方可開始下一道工序施工。

焊接質(zhì)量控制表 表2

6.4鋼筋綁扎

上述型鋼柱施工工作全部完成并且檢測合格之后，施工人員開始對鋼筋分項工程展開施工。型鋼柱柱周縱筋最大C32，與柱相交的梁主筋直徑達C28，綁扎柱鋼筋時，鋼筋工先套箍筋，箍筋套好后進行直螺紋套筒連接，大直徑鋼筋要控制好露絲，場地狹小以及多專業(yè)同時進行施工給鋼筋綁扎增加了難度。

如果鋼柱深化不到位，會存在柱縱筋與梁拖連接板相碰、連接板長度不夠、連接板標(biāo)高與梁筋標(biāo)高不匹配的情況，所以在前期深化設(shè)計的時候盡量做到一次成優(yōu)?，F(xiàn)場管理人員需加強對柱筋雙向拉鉤缺失的管理，梁主筋與梁拖板焊接時，單面焊接10d，雙面焊接5d。懸挑梁鋼筋與型鋼柱對接部位因二排三排鋼筋在牛腿部位無法直接焊接，且鋼筋無法滿足彎錨長度，后優(yōu)化為水平加腋做法。

圖20 柱縱筋與梁拖連接板相碰

圖21 梁水平加腋

圖22 梁鋼筋與托板焊接

圖23 鋼柱四周鋼筋綁扎

鋼柱與通過鋼柱的水平梁鋼筋、墻體水平筋的關(guān)系成為處理的重點，鋼筋負(fù)責(zé)人待鋼筋綁扎完成后及時做好項目部自檢、隱蔽驗收，及時報驗。

6.5模板安裝

柱鋼筋綁扎完成之后及時封模，柱腳采用限位鋼筋，采用15mm厚木膠合板拼接，3.9米4×4公分小方鋼作為次龍骨間距15公分布置，16#工字鋼作為主龍骨用直徑16mm、長2.4米的螺桿對拉布置。模板固定時，板縫海綿條粘貼到位，避免出現(xiàn)任何形式的漏漿，特別是柱腳部位容易出現(xiàn)漲模的情況，所以模板加固時要重點關(guān)注柱腳部位的加固情況。在支模過程中，保護層墊塊掉落或者移位的，必須補上或者調(diào)整位置。

圖24 型鋼柱模板加固

6.6混凝土施工

四周十字型鋼勁性柱采用C60、C55、C50混凝土，核心筒H型型鋼勁性柱采用C60混凝土，采用固定泵加汽車泵的形式輸送，固定泵泵管事先在樓面上預(yù)留30×30公分的洞口作為垂直運輸通道，樓面預(yù)埋拉環(huán)對泵管進行固定，洞口部位用木塊楔緊，首層泵管位置采用砌磚后混凝土澆實的固定方式。混凝土塌落度140±30mm，下料時要注意高度，當(dāng)其達到50公分時，施工澆筑人員要立即停止下料，按照型鋼柱自動生成的空格，要進行布位細(xì)振，振搗密實分層澆筑，因為柱子截面尺寸大，為了防止型鋼柱產(chǎn)生偏移，所以振搗時采用對稱振搗的方法，這樣即使混凝土產(chǎn)生大量的熱量，但是對型鋼柱產(chǎn)生的影響卻是均勻的。

圖25 勁性柱混凝土澆筑

7.安全文明施工

7.1高空作業(yè)條件下的高空墜落

本工程型鋼柱高空作業(yè)面廣，作業(yè)點很散很多，針對不同區(qū)域不同施工位置做好高空的安全防護也是安全管理的重點：

施工現(xiàn)場2米以上作業(yè)區(qū)域必須佩戴安全帶，并鉤掛牢固。

圖26 高處焊接作業(yè)

7.2大量焊、割作業(yè)情況下的防火安全

氣割時，氧氣瓶和乙炔瓶的距離應(yīng)保持5米以上，施工作業(yè)時氧氣瓶和乙炔瓶要與動火點保持10米以上的距離，氣瓶設(shè)置好防震圈。鋼柱安裝的特點，用電方面以電焊機為最，若電焊機漏電措施不完善或者工人操作不當(dāng)，極易造成觸電，嚴(yán)禁使用拖線板。焊接時，必須提前辦好動火證，焊渣掉落容易造成模板起火，四周滅火器要配備足夠且放置到位，防患于未然。焊接時要求天氣為陰晴天，高溫天氣期間應(yīng)防止施工人員中暑，避開高溫時段作業(yè)。