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1、劲性柱施工技术1 工程概况XXXX 大厦，在两层地下室以上，由 A、B 两栋 30 层高塔楼组成，两栋塔楼 之间为4层裙楼，裙楼屋盖平面尺寸为104.4mX30.4m。该屋盖下由两排八根焊 接箱形钢柱支撑，该柱自-5.5m到0标高为劲性柱结构（其中钢柱到+0.75m）。从0 标高到 4 层裙楼顶 23.15m 标高，为 800mmX800mm 钢柱与顶层钢屋盖连 接。砼柱截面尺寸为1200mmX1200mm。劲性柱中箱形柱的截面尺寸800mmX800mm, 钢板厚30mm，安装于地下室-2层顶板标高（即-5.5m）的柱顶位置。设计要求钢 柱材质为Q235B，钢材表面经喷砂除锈后，喷涂环氧富锌底
2、漆二道，喷涂银白色 金属漆二道。焊接焊缝质量等级为二级，全熔透，要求对50%的焊缝进行探伤检 查。在钢柱内外均浇筑C30级混凝土，钢柱外表面焊有巾19mmX 110mmm栓钉, 每个柱面排列4行，纵向间距100mm，以增强与砼柱的结合力，在钢柱四面制有 巾25的对穿孔，穿有巾14箍筋，以增加劲性柱的配筋比，以及钢柱与砼的锚固性能。劲性柱的配筋和剖面见图 1 所示。图 1 劲性柱剖面示意图2 施工难点1）钢柱截面较大，钢板厚，焊接质量不易保证，容易产生焊接变形。钢柱 拼装精度要求高，给加工带来的难度大。2）栓钉的焊接质量直接影响钢柱与砼的结合力，如何保证栓钉焊接质量， 是施工中必须解决的课题。3
3、）钢柱内外砼的浇筑由于栓钉较多，在连系梁连接处钢筋较密，砼下料、振捣困难，要采取措施合理解决。3劲性柱施工3.1钢柱制作1）下料和对接焊接下料前先设计组装方案，再根据组装方案确定各组成件的拼装尺寸。下料 时，为使钢板两边同时受热减少侧弯变形，采用双头半自动切割机切割。对接 焊接前用角向磨光机打磨坡口，清除所有异物。坡口型式为X型，如图2所示。图 2 钢板坡口焊示意图 图 3 钢柱焊接示意图对接时，焊道两端设引弧板、熄弧板。采用E4303 3.2焊条点焊固定，点 焊长度为30mm，高度为3mm，间距为150mm。正式焊接前，在距焊缝两侧各100 mm范围内预热140 C160 C,预热温 度用点
4、式温度计测量控制。焊接时，采用H08A巾4焊丝，HJ431焊剂，施工时，用埋弧自动焊将一侧 焊口焊至坡口深度的3/4，翻身后将另一侧坡口用碳弧气刨清根，再用角向磨光 机清除氧化层及渗碳层后，将焊道焊满。再翻身将另一侧两道（11、12）焊缝焊 满，如此焊接基本无角向变形。焊接工艺参数如下：焊接电流控制在550700A之间，焊接速度控制在45 55cm/min 之间。对接完毕，均应拉线检查，钢板弯曲矢高控制在1 mm以内。2）箱型柱组装搭设组装平台，用16号槽钢作骨架，用20mm厚钢板铺设平台，台面平整 度偏差小于 1mm，在平台上，用钢卷尺配合红外线测距仪，定出组装件外边线，用划针间断取 点，作
5、为组装基准点，严格控制划线产生的误差。用剪板机剪切直角钢板，点焊于基准点处，作限位装置，点焊后用红外线测距仪复核。组对侧板前先焊一50X8mm垫板，垫板边缘与基准线平行，尺寸允许偏差1mm, 箱形柱组对完毕，在柱内四角，每间隔lm，加焊250mmX250mmX20mm加劲肋一 道，以增加钢柱在起吊、翻身时的整体刚度，减小构件变形。组装时用 16t 汽车吊配合。拼装质量要求：垂直方向偏差V 1mm，对角线偏差V2mm。3）箱型柱焊接组对坡口型式如图 3 所示。坡口经角向磨光机打磨，彻底清除垫板及坡口两 侧的杂物，浮锈及轧制铁皮。焊接前在距焊缝两侧各100mm范围内预热到坡口 150C。用点式温度
6、计测量。焊接时，采用埋弧自动焊，焊丝用H08A巾4,焊剂采用HJ431，焊剂经150C 烘焙 2 小时。施焊时严格控制预热和层间温度，严格按焊接指导书要求进行各层 焊接。 焊接顺序如下：每个焊口分 6 次焊完，上口各焊三道焊口后，钢柱翻身 使下口翻到正面焊接 1-3 道焊缝，然后再翻身焊 4-6 道焊缝。钢柱再次翻身，焊 接另一侧的 4-6 道焊缝。通过上述往返对称焊接，完成钢柱的拼装焊接，坡口焊 接见图 3 所示：每层焊毕及时覆盖岩棉保温约 20 分钟。然后用 CZ2 气铲清除药皮，气铲的 振动撞击能减小焊接应力，减少变形量。4）焊接质量及防止变形的保证措施：（1）经与设计人员协商，确定采用
7、垫板熔透焊的焊接型式，适当加大了坡 口下端的间距（6mm）,并严格控制各组件的加工尺寸。（2）箱型柱组装前，即分别对垫板及坡口进行打磨处理，清除坡口中的杂 质，浮锈及轧制铁皮。（3）焊接前作预热处理，主要是清除水气，避免产生气孔及析氢裂纹。对 焊道预热时，采用焊口钢板表面加热，使钢材外表面的温度可达600700C,利 用钢材的受热后收缩的特性，部分抵消焊缝收缩产生的变形。（4）合理安排焊接顺序，并在正式焊接前，采用合理的焊接工艺参数，经 过焊接试验，对试件作超声探伤，并作拉伸冷弯试验，及金相分析后，确定各道 焊缝的工艺参数。（5）每一焊道焊接完毕，均用气铲清除药皮，气铲的振动撞击能有效消除 焊
8、接应力，减少焊接变形。焊接完毕及时覆盖岩棉保温。5）钢柱栓钉焊接本工程栓钉设计采用19规格，其长度为110mm，钢柱四个立面每面四行， 间距100mm，自-5.5m至0，共计栓钉3800只。栓钉应符合标准圆柱头栓钉（GB10433）的规定。栓钉是混凝土与钢柱在承受抗剪应力时的连接件。施焊时采用接触弧焊工艺 它能将特制的栓钉的全面积焊到工件上，其焊接效率高，质量可靠，应力分布合 理，是一种优质、高效和低耗的焊接方法。（1）栓钉焊接方案和焊接工艺参数 为保证焊接质量，减少返修，决定将钢柱平放、架空，施焊前放线，标出栓钉焊接位置。焊接位置的母材要进行清理打磨。清除母材和焊钉上的水份、油污 和过量的铁
9、锈.先焊接平面向上一面的栓钉，然后用 16 吨汽车吊翻转钢柱，四面 栓钉焊接完毕，再行吊装。栓焊工艺参数：栓钉规格：19X110mm，电流：1500A，时间：1.0s。（2）栓钉焊接施工要点 焊接前应检查栓钉质量（包括瓷环的尺寸等）。栓钉应无皱纹、毛刺、开 裂、扭歪、弯曲等缺陷，栓钉应防止锈蚀和油污。 瓷环的尺寸精度与栓钉焊接成型关系很大，对焊接工艺有直接影响，因此 采购瓷环时一定要控制尺寸与说明书一致。 栓钉在施工焊前必须经过严格的工艺参数试验。确定工艺参数。栓钉焊工 艺参数包括：焊接型式、焊接电压、电流、栓焊时间、栓钉伸出长度、栓钉回弹 高度、阻尼调整位置。 禁止使用受潮瓷环，受潮后要在2
10、50C下烘烤1小时。（3）焊后质量检查验收 外观检查。焊接良好的栓钉应满足以下要求。成型焊肉周围360根部高 度大于1 mm，宽应大于0.5mm，表面光洁，栓钉高度差小于2mm，没有可见咬肉和 裂纹等缺陷。 锤击检查。用铁锤敲击栓钉使其弯曲，偏离底板垂直方向15，进行外观检查，不能在任何部位出现裂缝等缺陷。弯曲方向一般与缺陷位置相反，抽检数 15%，不合格栓钉一律打掉重焊。打弯的栓钉必须扶正。3.2 钢柱安装1）钢柱安装方案钢柱单重4534kg，长6.25m，安装于-2层的地下室顶板，顶板的承载力较 小，不能承载吊车的重量，现场的塔吊又不能在钢柱安装位置起吊如此重量，故 考虑采用拔杆吊装。2）
11、钢柱底座加固措施100 900|=|100-为保证安装安全，方便精确定位，与设计单位协商，在-5.5m地下室顶板施 工时，在柱顶位置增设100 mm宽,30 mm厚钢箍形预埋件，如图4所示。埋件固 定时，须用全站仪配合安装，埋件表面的水平度偏差控制在小于 2mm。c200 2UU 2UU 2UU 介,“八 O A1% 24 i_i图 4 钢柱柱底埋件示意图根据钢柱位置十字中心线及钢柱底部尺寸修磨钢柱底口，钢柱吊装前必须划出柱底口十字中心线，安装就位时柱脚十字中心线应与基础（-5.5 m 砼柱顶）十 字中心线对准，校正钢柱垂直度，先采用扁钢点焊于埋件上临时限位，复测各项 指标无误后。方可焊接。3
12、）钢柱的吊装（1）钢柱高6.25m，拔杆高度定为9m，经验算选用168X10钢管制作拔杆， 起重钢丝绳选用17.5mm，长60m。共采用四根缆风绳，前、后面的缆风绳选用 12.5mm，长25m。两旁的缆风绳选用12.5mm，长度22m。固定于相近位置的砼柱 上。滑车组选用一个起重量5t的动滑轮，一个起重量101的定滑轮。选用起重 量 5t 的下导向滑车，起重量 2.5t 的卷扬机。图 5 拔杆吊装示意图(2) 吊装前，对钢柱基础标高进行复查测量无误后再进行吊装，并在钢柱上 部或顶部设置吊耳，吊耳吊索的铅垂线通过钢柱重心。在起吊过程中，为方便钢 柱起吊，将钢柱底端放于一平板小拖车上。逐渐起钩，直
13、至将钢柱吊起。(3) 钢柱就位后，对钢柱底部的位置可采用螺旋千斤顶加链索、套环和托座， 按水平方向顶校钢柱，校正后的位移精度为 1mm 之内。(4) 进行垂直度校正时，其全高的偏差应控制在 20mm 之内，然后用 4块 200X 100X20mm厚钢板，用电焊与基础埋件焊接固定。4) 钢柱的校正措施(1) 在柱的基础轴线上向 x 和 y 轴方向引出等距离的补偿线，二根补偿线的 交点即该柱的基准点。(2) 在待校正的柱顶部设置半透明的校正靶标(上有靶心和靶环)，靶标供垂 直激光仪光点投射用，靶心的位置与基础的基准点设置要求相同。(3) 将精度为 1/200,000 的垂直激光经纬仪安置好；使垂直
14、激光经纬仪与基 础基准点保持在同一铅垂线上，然后把垂直激光经纬仪向上投射到柱顶靶标上。(4) 为了消除仪器和操作等因素造成的误差，应依次把垂直激光经纬仪旋转 90，并在靶标上分别测出四个光点，连接四点得出它的交点，该交点即为消除 误差后的测点。把垂直激光经纬仪光束调整到消除误差的测点位置，接着即可校 正钢柱，使柱顶的靶心与测点吻合，则此根柱校正即告完成。(5) 柱子在焊接牢固后，方可解除揽风绳。3.3 劲性柱砼施工劲性柱钢筋绑扎和模板安装按常规施工，钢筋和模板经验收合格后进行砼浇 筑。1）砼配合比本区八根劲性柱采用C30级混凝土，每立方米砼材料用量：水170kg,普通 水泥265kg,II级粉
15、煤灰60kg，河砂（细度模数为2.6） 735kg,石子（粒径5 31.5） 1075kg，外加剂（J M-III ）27kg,聚丙烯纤维 0.9kg/m3,塌落度 182cm, 水灰比0.45，掺入的JM-III高效增强剂，具有大减水率，高增强、高保坍和高体 积稳定性等特点,并且能使混凝土具有抗裂、抗渗和高耐久性等优点。2）砼浇筑采用泵送商品砼输送到位，先浇筑钢柱内混凝土，后浇筑钢柱外混凝土。柱 模板安装时，在底部留孔，以便于清除钢柱内浇筑砼时，从箍筋穿孔洞眼处流淌 到底部的浆液，确保劲性柱砼的质量。钢柱内的砼分两次浇筑完成，用特制的长 度达7m的插入式振捣器振实，重点振捣钢柱四角，钢柱内的混凝土浇筑工作要 连续进行。然后浇筑钢柱外面，四面要同时进行浇筑和振捣，因为钢柱外有栓钉、 箍筋、连系梁主筋，间隙较小，须缓慢下料，逐层振捣。4结束语（1）钢柱的截面较大，钢材较厚，为控制变形，保证焊接质量，要求采用 严格的焊接工艺，在每一工序中，都要采取措施，降低误差累积。（2）混凝土楼板不能承载吊车的重量，现场的塔吊又没有足够的起重能力， 在吊装中，我们将拔杆立于靠近柱头的主梁上，安装钢柱，用塔吊移动拔杆，简 便而快捷。（3）劲性柱所用的混凝土，采用了外加剂和外掺料，改善了混凝土的性能， 防止钢柱内的砼产生收缩裂纹
