第3卷第3期 华北科技学院学报 2006年9月 型钢混凝土柱的施工质量控制 关伯卿 ,高 立2 (1.北京市双圆工程咨询监理有限公司,北京海淀100085;2.华北科技学院,北京东燕郊101601) 摘要:以工程实例简述型钢混凝土柱的施工工艺及质量控制措施,并运用基本的质量控制方法对质量问题 进行要因分析,对相关质量控制工作进行系统全面的总结。在论述型钢柱的加工工艺过程和现场安装工艺过 程中重点强调了工艺流程和过程质量的控制措施,并对变形纠偏提出了处理办法,运用公式给出了必要的证 明。在钢柱的安装过程中特别强调了首节柱的安装工艺及钢柱吊装的校正措施。质量控制方法选用PI3CA四 阶段工作循环的管理程序和方法,以最基本的方式反应出实际施工中的质量控制情况。从现场施工的角度对 劲性柱的选用形式等问题提出了自己的建议。 关键词:型钢混凝土柱;质量控制点;要因分析 中图分类号:TI_『712 .3 文献标识码:A 文章编号:1672~7169(2006)03—0048—08 型钢混凝土结构是以型钢为骨架外包钢筋混 凝土的埋人式组合结构,简称SRC(Steel Reinforced 1.2柱对接节点设计 Concrete)结构。在这种结构中,型钢部分与外包钢 筋混凝土部分形成整体,共同工作承担荷载的作 用,可兼具钢结构和钢筋混凝土结构的优点_1 J。 型钢混凝土柱主要应用于高层建筑结构底部 数层,以提高高层建筑结构底部柱子在高轴压力情 况下的变形能力,防止柱截面变小后的小偏心受压 脆性破坏,控制钢筋混凝土偏心柱的轴压比限值, 同时减小柱截面尺寸,以增大建筑使用空间。 近年来在高层建筑中采用型钢混凝土劲性柱 的结构越来越多。这就要求施工人员对型钢混凝 土劲性柱在施工中的质量控制工作更加及时和准 确。本文以工程实践为基础,探讨型钢混凝土劲 性柱在施工中的质量控制的有关问题[2 J、E3j。 柱截面尺寸:500×500(500×450)mm,柱对 接部分采用对焊连接,规格、布置见图1; )0 忙 200 I25 ]三 I L rl ]I 一 。9 ll l\/ 1m l I 鲁 ] I】 Ql [== I 图1(a)剪力墙钢柱立面图 _—— ———]——7— 1工程概述 编号A-02的某国际公寓工程,核心筒剪力墙 外侧柱设有型钢混凝土劲性柱,属于钢筋混凝土 梁结合钢骨混凝土劲性柱的结构形式。型钢的截 面尺寸为500×500 IFI/'FI、500×450 IFI1TI,截面形式 为十字形,板厚25 IFI/'FI(布置范围为一2~4层)、 20 IFI/'FI(布置范围为5~ll层),材质为Q235B. 钢骨部分总重约230吨。 1.1柱脚设计 柱脚底板截面尺寸:600×600×25 IFI/'FI,预 埋螺栓为4根,d925×1000 mm; 考虑受力,预埋螺栓应位于柱截面尺寸以内; 螺栓与柱距离为200,地脚螺栓以柱中心为 轴心对称。 ①②’ o [ ] o —— / \ I 、 7,‘ } n U O / 匕 ]I"1 0 U ~ o 舶呦坦j全/ l500 l图l(b)劲性邻 主节点④详图 图l(c)劲性部 注: 面图 1.柱间采用对接焊; 2.耳板用于连接时使用,腹板、翼板焊接完毕后,用 气割枪切除; 3.要求构造柱分段制作、安装,一2层至4层,1层一 段,5~6、7~8、9~11层为1段; 4.括号中柱截面数据500×500(450)为标高20.3 m以 上柱尺寸、板厚25(20)为标高20.3米以上柱板厚。 收稿日期:2006—07—26 作者简介:关伯卿(1972一),男,北京人,大学毕业,北京市双圆工程咨询监理有限公司总监理工程师。 48 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3期 关伯卿等:型钢混凝土柱的施工质量控制 为安装需要设置连接耳板,安装焊接完成后 去除; 分段原则:一2层为1个加工制作段,其余以 1—2建筑层为1个制作段; 考虑柱的整体强度及刚度,为避免柱接头与结 构梁相交,要求柱接头位置高出结构平面1.3米。 钢筋开孔处需做横向加强板,钢筋打孔位置 见图2。 1.3型钢混凝土柱深化设计情况 节点设计见图3: 图2(a)劲性钢柱加强板剖面图图2(b)加强钢板 蚶 (450) 图3劲性钢柱连接节点图 2 型钢柱加工阶段的质量控制 2.1质量控制关键点 钢柱组拼、焊接工艺评定、放样及号料、变形 矫正、零件边缘加工等。 2.2质量控制措施 3.2型钢柱安装工艺 3・2・1首节钢柱安装流程 螺栓预埋及修正一柱脚板调平及固定一首层 柱吊装一与柱脚板进行焊接一灌浆密实 3.2.2第二节以上钢柱安装流程 测量放线一钢柱吊装一标高调整一扭转调整 (垫板)一垂直度校正(钢楔)一垂直度的跟踪一固 定就位一焊接连接一纠偏处理 根据加工方案按步骤进行,做好各个环节上 的验收工作。 3型钢柱安装阶段的质量控制 3.1质量控制关键点 3.3安装阶段质量控制要点 3.3.1测量放线 螺栓预埋、柱脚板安装及固定、钢柱安装偏差 控制、钢柱焊接变形控制等。 每安装完一节柱都要进行标高复测,并在下 49 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3卷第3期 华北科技学院学报 2006年9月 节柱安装前进行误差处理。 3.3.2首节柱的安装与固定 首节柱与柱脚板的连接采用焊接,应注意防 止焊接变形。(可参见下文焊接变形控制) 3.3.3第二节以上型钢柱的安装与固定 宜采用连接耳板作为临时固定,并在修正垂 直度及扭曲等情况后再进行连接部位的焊接。 3.3.4吊装质量控制要点 钢柱安装前应在柱体上划出安装轴线(十字 线)。 吊点采用2点正吊法,以确保吊装过程中钢 柱垂直。 3.3.5关于钢柱安装允许偏差的要求 根据《型钢}昆凝土组合结构技术规程》第 10.0.4条款规定:钢结构安装误差范围应符合现 行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB50205--2001)的规定。 3.4型钢柱安装偏差的控制措施 3.4.1型钢柱控制偏差的校正程序 标高调整——扭转调整——垂直度校正—— 垂直度的跟踪 3.4.2标高的偏差控制 吊装就位后,用螺栓初步固定耳板,调节柱间 隙,通过上下标高控制线进行控制。考虑焊缝的 收缩量后,将标高误差调整至限值范围内,符合要 求后打入钢楔。 3.4.3扭转偏差控制 首先调整柱的位移,利用双向经纬仪确定上 下柱的轴线进行调整。再通过上下耳板与连接板 之间加入垫板进行转角调整,最终将扭转逐渐调 整至消除。 3.4.4垂直度偏差控制 先通过缆风绳等进行粗调,然后通过已打入 的钢楔进行打入深度上的微调。(最困难的用千 斤顶)调整前也可利用钢柱上加焊的横向钢板,作 为支顶位置。 3.4.5固定就位 上述调整完成并检验合格后,终拧螺栓并进 行柱间对接施焊.在各项要求验收达标后,切割 50 掉耳板。 3.5型钢柱安装过程中焊接变形的控制 3.5.1焊接顺序的要求 应满足对称分层的焊接方法,对称施焊的两 侧应做到同时、同速、同向;翼缘板是在腹板两侧 的翼缘板上对称施焊,腹板是在坡口两侧对称施 焊。 3.5.2焊接变形的纠正 变形的矫正,一般使用的有火焰矫正法、机械 矫正法、综合矫正法。型钢柱多选用火焰矫正法 或综合矫正法。火焰矫正法,火焰的温度控制在 600℃ ̄700 ̄C之间,本工程实例中多选用综合矫 正法进行变形矫正。火焰矫正法分线状加热、点 状加热、三角形加热等方式,应根据出现的变形情 况酌情选用。 焊接完成后要对垂直度进行复测,并作好记 录。焊后要进行现场探伤,对缺陷要及时返修,返 修合格后才能进行下一步工序操作。 3.6安装过程中某些具体问题的质量控制措施 3.6.1 偏离中心线 应坚持使用耳板安装的方法。耳板上设置的 两个孑L,其中一个孑L稍大以便根据实际情况作相 应的调整。钢柱加工时,应将中心线标识出来,方 便在安装时对准找正。 3.6.2扭曲 钢柱加工应在特制的工装胎具上进行组拼和 焊接。胎具上应标示出中心线的位置。组装时应 在钢柱翼缘板上划出钢柱十字中心线。焊接完成 后,再进行试拼装。 组装时采取卡、顶、压、支撑等措施,防止焊接 变形。钢柱焊接完成后应进行处理,确保钢柱顺 直。对接焊缝及组合焊缝应在焊缝的两端设置引 弧板,其材料和坡15形式应与焊件相同。 3.6.3钢柱端头不平整 坡15应采用机械加工,柱子端头也应进行铣 平,确保制作间隙均匀。 3.6.4安装时间的要求 现场安装应安排在白天进行。焊接应在钢柱 固定后及时施焊并应及时清理焊渣、打磨焊缝以 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3期 关伯卿等:型钢混凝土柱的施工质量控制 便探伤工序及时进行。 3.7钢骨柱的纠偏处理措施 由于存在多种工序的交叉作业,及时进行纠 偏处理是极为适时和必要的。纠偏措施应经设计 同意,理想的情况应由设计方给出适宜的纠偏措 施。 3.7.1使用补强板进行纠偏 腹板纠偏:在错位的腹板两侧垂直加焊补强 板。尺寸为500×60 1TI1TI,板厚为25 1TI1TI,焊高 10 1TI1TI。见图4。 腹板加 强筋位 置图 图4腹板位置补强板示意图 验算过程: 计算原则:补强板与钢柱采用角焊缝连接, 其焊缝方向与受力方向一致。 当受力平行于焊缝长度方向时,根据焊缝强 度计算公式 "ri=N/hel ≤ —N≤ hel 其中N的最大值为材料在受力方向的极限承 载力,公式为f×A,A为受力方向材料的截面 面积。 根据截面面积对比可知,补强板的材料承 载力应大于由于安装偏差损失的母材承载力, 并应与因安装偏差损失的对接焊缝的强度进行 对比。 最大偏差取值10 1TUTI,则腹板错位面积10× 225 1TtlTI ,腹板补强板焊缝长度l :500—10= 490 1TtlTI,he=10 1TI1TI,f=215 N m , =215 N/ mm2, =160 N ,N=215 N ×错位面积。 计算如下: 经计算发现,腹板处母材承载力数值等于损 失的对接焊缝强度,而小于补强板角焊缝强度 fytl =215×10×225而N=215×10×225 l =160×10×490×2×(2) tl =N< hel 比较腹板处补强板材料强度与错位处母材强 度 f×A1>f×A2 215×25×(60—10)×2> 215×10×225 经计算,腹板处补强板的材料强度和焊缝强 度均超过了对接时的强度,满足原设计要求。 式中r ——按焊缝长度有效截面积计算,沿 焊缝长度方向的剪应力; ——角焊缝的有效厚度,对直脚焊缝 等于0.7hf; l ——角焊缝的计算长度,对每条焊缝 取其实际长度剪去10mrn; N— 百过焊缝型心的拉力、压力或剪 力设计值; ——角焊缝的强度设计值; f_Q235钢材的强度值; t——母材板厚; tl——补强板厚; ——对接焊缝的强度设计值。 以上数据仅供计算举例,为简化的理想情况, 不能牵强理解为施工指导,具体措施应征得设计 同意。 3.7.2其他纠偏方法 若钢柱为单层多节柱,也可以分节通过多次 进行纠偏。纠正翼缘板偏差,也可在上下错位处 进行圆滑过渡的焊接处理;总之,施工中出现偏 差、变形后要合理分析原因,应避免系统误差,控 制偶然误差,不能靠纠偏工作来代替正常的质量 51 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3卷第3期 华北科技学院学报 20o6年9月 控制,而具体的纠偏措施应由设计方同意后再展 开处理。 3.8钢骨柱连接过程中的临时固定措施 3。8.1使用原则 无论使用何种临时固定措施都应该征得设计 同意或由设计指出,这样才能即保证施工过程顺 利可行又保证不伤害母材,不会产生过大的变形 和偏差。 3.8.2临时固定形式的简单比较(见表1) 表1 临时固定形式的简单比较 序号 比较项目 耳 板 点 焊 备注 l 加工情况 工厂内加工制作 不需要 2 操作复杂度 有一定难度 简单 3 精确度 较精确 一般 4 耗时 较长 一般 5 造价 较高 便宜 6 后期处理 气割枪切除 简单处理或不处理 3.8.3施工注意事项 钢柱连接最好在翼缘板外侧加焊连接耳板 (需由设计认可),安装时用连接板把上下柱连接 起来,方便安装,可起到临时固定并可进行误差控 制工作。另外,由于连接耳板设置在翼缘板上,在 柱体外面,使得穿孔、紧固等都很方便,亦不妨碍 腹板的焊接。而且,当柱子需要扭转找正时,可在 连接板间垫薄板来调整(见上文)。但应保证耳板 螺栓孔位置必须正确,孔径亦可留出调整量(见 上文)。 4型钢柱钢筋工程质量控制措施 1)为便于型钢施工,劲性柱钢筋应安排在型 钢安装施工后进行。 2)为保证柱箍形状和尺寸,可针对钢筋密集 情况进行样板施工,柱内型钢与梁钢筋相交的复 杂复位也应考虑样板先行,做到工序合理,穿插有 序。 3)可经设计洽商修改箍筋形状,如更改普通 箍筋为多边形复合箍筋,避开核心钢骨的主要 位置。 52 4)型钢柱上应设计预留钢筋孔洞方便施工, 应考虑配打孔工艺,若现场需要孔洞调整位置,应 征得设计同意后进行气割; 5)现场施工中遇到钢筋位置与钢柱位置冲 突的情况,也可按设计要求缓弯绕行。 6)墙板内劲性柱位置钢筋施工工艺:安装 钢柱一绑扎钢柱边侧的暗柱主筋一绑扎暗柱箍 筋一绑扎墙体立筋一墙板水平筋绑扎一检查 修正。 7)劲性柱钢筋施工工艺:安装钢柱一绑扎钢 柱旁柱主筋一安放内外箍一绑扎内外箍一检查 修正。 5型钢柱砼工程施工质量控制措施 1)劲性柱混凝土的浇筑由塔吊完成,柱头可 架设溜槽,保证混凝土自由倾落高度满足规范要 求,边浇筑边提升。分层厚度控制在50 CITI以内, 用标尺杆严格控制。 2)由于劲性柱内钢筋密集,采用插入式振捣 器振捣,表面泛浆均匀、气泡溢出即可,应避免 过振。 3)型钢混凝土组合结构的混凝土最大骨料 直径宜小于型钢外侧混凝土保护层厚度的l/3, 且不宜大于25 11m1。 4)浇筑砼时也应及时观测钢柱垂直度的变 化情况,如发生碰撞偏移等情况应立即停止浇筑, 并作出相应处理。 5)应建议设计考虑梁端、柱头处钢筋、型钢 钢板密集部位的混凝土浇筑质量,不能做到密实 的,应在设计图中预留气孔。 6模板工程质量控制措施 1)应考虑穿结构的模板拉杆问题,本工程柱 模选用全钢模板,主要就是考虑到柱内有钢柱,拉 杆应设置在柱体外侧位置。 2)钢柱验收合格后应与模板支牢,确保浇筑 砼过程中钢柱不发生偏移。 3)在竖向模板的设计中,应考虑混凝土的 浇筑难度,对高度较大的竖向混凝土是否分层 进行。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3期 关伯卿等:型钢混凝土柱的施工质量控制 7季节性施工质量控制措施 1)冬季施工时间:做好气温记录,防止寒流 袭击并与土建专业方协作确定冬施期限。 例:对某阶段型钢砼柱施工质量进行控制 ——确定控制方法:采用PDCA四阶段工作 数舳 循环的管理程序和方法 8.1计划 8.1.1分析钢柱施工质量现状,罗列质量问题 2)焊接技术措施:焊接前应对焊条进行烘干 并在保温条件下存放。焊接时,焊条用保温筒盛 放,逐根提取。做好预热、后热及保温工作,钢构 件温度在零度以下时,须采取低温焊接工艺。为 保证风天施焊的效果,手工电弧焊现场要搭设防 风保温棚。 1)预留孔洞位置不准确; 2)箍筋加工尺寸不合适; 3)钢骨运输不及时,造成工序搭接不合理, 管理混乱; 4)钢骨垂直偏差精度欠缺,存在误差; 5)箍筋漏绑扎; 6)箍筋锈蚀。 8.1.2 分析产生质量问题的原因和影响因素并 制作主次因分析图 8质量控制方法 如何寻找施工中存在的质量问题是工作中的 关键,可通过总结日常积累的管理资料,将质量控 问题列出,并通过分析找到需控制的主次影响因 素。 表2频数统计 序 号 检查项目 频 数 频率(%) 累计频率(%) l 2 3 4 5 6 钢骨垂直偏差精度欠缺,存在误差 钢骨制作预留孔洞位置不准确 钢骨运输不及时,造成管理混乱 钢骨外侧箍筋加工尺寸不合适 箍筋漏绑扎 箍筋锈蚀 64 4 4 2 2 2 80 5 5 2.5 2.5 2.5 80 85 90 925 95 975 m∞7 其 合 它 计 2 80 2.5 100 1OO 100 累计百分比% 垂直偏差孔洞不准运输问题箍筋尺寸箍筋漏绑箍筋锈蚀其它 图5频数统计图 53 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3卷第3期 华北科技学院学报 2006年9月 回 匦 制作纠偏 乏经验加工纠偏不到{享\ 位置保护不理想\ —--------- -!--堡 及时成型后 垄堡薹 ———●H——・—————— ———-- -一 位 现场安装不熟练 \ 酰刚 节点处与粱筋重叠、 措施 位 砼浇筑时偏 | 查△旦丕垦 钢 骨 垂 加工机械保养不足 交底不清/ 连接耳板调节不足 I- ・—-—------------/ /f操作不准确 直 偏 差 磨光精度不足 工装机具使用不足 / 机具 方法 图6主次因分析图 8.1.3制订改善质量的措施,提出行动计划并预 8.2计划的实施 计效果 落实责任,组织对计划和措施的执行。 表3计划和措施执行情况统计表 序号 项目 产生问题原因 采取的对策 执行人 时间 1)加工制作过程中纠偏不及时 1 人员 2)操作不熟练 3)自检不到位 2 方法 连接耳板调整有误 i)做好技术交底,加强检查 2)JJ[1强培训、学习 3)配齐质检人员并对质检情况进行抽查控制 加强交底,强调操作工序 1) ̄Jl强纠偏技术交底,严格把关进场构件质 略 略 略 略 3 构件 1)构件成型存在制作偏差 量,不合格品要返厂处理 (材料) 2)粱柱节点处钢骨与梁筋交叠产生偏差 2)执行样板现行制度,制订合理样板,上部工 序完成须严格检查,合格后进人下步工序 1)加工精度不足 2)工装工具使用 略 略 4 机具 严格进行进场验收定期对加工厂进行检查 略 略 i)已完钢骨偏位 5 环境 2)砼浇筑时偏位 i)上步工序完成前应检查、整改,避免误差向 下步工序传递 2)支模后加定位钢筋固定钢骨位置 略 略 8.3检查 的前提,应该在合同中对质量标准和不符合质量 要求的处理措施进行明确; 8.4实施完成后及时检查采取措施的效果 总结经验教训。将尚未解决的问题提出反映 到下一循环中,通过不断循环的过程将质量水平 不断提高。 2)在合同中应该明确必要的施工方法,以便 于对质量和造价进行控制;如:明确制作段的长 度,一层一段或者两层一段,这个差异会在加工、 运输、吊装等方面造成造价、质量上的差异。 9合同管理中的质量控制 1)认真选择合格分包单位是质量控制工作 54 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3期 关伯卿等:型钢混凝土柱的施工质量控制 1O结论 双坡口好。 J本工程即选用的单坡口形式。 3)柱与柱连接的质量控制建议。①腹板对 接:坡口处要加垫板,目的是保证空隙均匀。② 1)关于本工程劲性柱的结构形式(钢筋砼梁 结合型钢砼劲性柱)。由于钢筋混凝土梁与钢骨 柱不能组合成一个有机的稳定整体,安装后、浇筑 混凝土、施焊等其他工作也会影响到最终的安装 精度。又由于钢筋较多,个别水平主筋还要在柱 身上穿孔,甚至在翼缘板上穿孔,造成柱身截面的 缺损。而柱接头处钢筋较多,不便于施焊和探伤。 柱子安装焊接完毕后绑扎钢筋、支模、浇筑、养护 等工序时间较长,此时安装、焊接不能连续进行, 柱间连接的临时固定方式:最好使用连接耳板(需 由设计认可固定方式)。③连接耳板的螺栓宜采 用高强螺栓,因为钢柱找正、固定都依靠连接耳 板,承受外力较大。 J 型钢混凝土柱在高层建筑中使用的越来越 多,只有充分了解各阶段的施工工艺并制定正确 的质量控制措施、运行基本有效的质量控制方法, 出现停工和设备滞留现象, 良费极大。安装、焊接 与钢筋混凝土分部交叉作业,互相影响。 建议:设计时统一考虑选用钢骨混凝土柱一 梁体系或格构式劲性混凝土柱。 2)关于坡口焊。在柱与柱的连接中,翼板对 才能有针对性地解决好施工中出现的问题,使施 工正常有序地进行。 参考文献: [1] 薛刚,许淑芳.钢骨混凝土双偏压柱正截面承 载力有限元数值分析[J]._r-,_Ik建筑,2002,(7) [2] 于胜今,苑青山,贺涛.钢骨混凝土柱的轴压比 限值[J].低温建筑技术,2001,(2) 接宜采用有间隙单坡口形式。有人认为双坡口可 以减少焊缝截面面积,减少变形和焊接应力。实 际上十字形柱在内侧焊缝清根施焊是极为困难 [3] 陈丽华,李爱群,杜德润.型钢混凝土柱的界限 破坏和轴压比限值[J].工程抗震,2004,(4) [4]施红梅,范懋达.对建筑钢骨混凝土结构设计、 的,焊接质量也不易保证。而单坡口完全能达到 设计、规范所要求的质量,所以此处采用单坡口比 施工的若干建议[J].钢结构,2003,(3) Construction Quality Control Of Steel Reinforced Concrete Column GUAN Bo-qing .GA0 L (1.Beij ing Shangyuan Engineering Consultation and Supervision Co.Ltd,Ber ing 100085; 2.North China Institute of Science and Technology,Yanjiao Beijing—East 101601) Abstract:The main idea of this article is based on the instances of rale proiect,it describe the technology and the quality ontcrol of construction,it also use some basic methods of quality control to analyse the main reason of the quality question and make a systematic summary from the work of quality contro1. The focal l ̄int in the part of the article to describe the course of steel reinforced concrete column how to process and install is the technology and the methods of quality control and also raise the method to handle the warping. The fcrml l ̄int of the part to describe the course of how to install steel reinforced concrete olcumn is the istalnling technolo— gY and corrected methods of the first installing unit. The method of quality control use the four stags manage procedure,the abbreviation is PDCA。It can reflct the reale basic ondiction of the quality control in fact. In the end of article,author raise sortie advances from the angle of construction to argue how to selct the feorm of steel re— inforced concrete column. Key Words:Steel reinforced concrete column;The focal point of quality control;The analysis of the main reason 55
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