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摘要:本文以某高层钢结构-钢筋混凝土混合结构建筑为背景，对现场施工的经验进行总结，详细阐述了钢管混凝土柱的安装及焊接工艺、混凝土浇筑工艺，旨在经验交流。
关键词：钢管混凝土柱；吊装；焊接
Abstract: Taking a high-rise steel structure reinforced concrete mixed structure building as the background, on site construction experience summary, expounds the concrete filled steel tube column installation and welding process, concrete pouring process, to exchange experience.
Key words: steel tube column filled with concrete; hoisting; welding
中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：
1、工程背景
本高层建筑高度99.9m，采用钢结构-钢筋混凝土组合结构，钢管柱总重约500t。由于交通运输与工地现场吊装的限制，钢管柱在加工厂制作长度不超过12m。故本工程钢管柱采用现场对接焊的方案。钢管柱的具体结构形式见图1。筒体为钢管柱的主体结构，其最大管径为1200mm，最小管径為900mm，最大壁厚35mm，最小壁厚20mm。所有构件的材料均为Q345B。
图1钢管柱现场图
2、钢管混凝土柱的施工工艺
2.1安装工艺
施工图→钢管检验→柱轴线测量、放线→基础节吊装→钢柱垂直度、轴线校正→焊接→超声波探伤→处理不合格焊缝→下一节钢柱吊装→焊接→超声波探伤→处理不合格焊缝→……。
2.2浇筑工艺
（1）本钢管管径最小900mm，钢管高度最小4m，根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》，选择立式高位抛落无振捣法。对于抛落高度不足4m的区段，应用内部振捣器振实。盛放混凝土的料斗下口应比钢管内径小100-200mm，以便混凝土下落时，管内空气能够排出。
（2）钢管内一次抛落的混凝土量宜在0.7m3左右，用料斗装填，料斗的下口尺寸应比钢管内径小100~200mm，以便混凝土下落时管内空气能够排出。
（3）当混凝土浇筑到钢管顶端时，可以使混凝土稍微溢出后再将留有排气孔的层间横隔板或封顶板紧压在管端，随后立即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的50％后，再将横隔板或封顶板按设计要求进行补焊。
3、钢管柱吊装
3.1吊点的设置
吊点设置在钢柱连接耳板螺栓孔的位置。
图2现场吊装图
3.2第一根钢管柱安装
钢管柱在吊装前,在柱身上将爬梯（挂梯）挂牢，以便于操作人员上下和钢管柱就位后松钩。一般钢柱弹性和刚性很好，起吊采用塔吊单机回转法起吊，吊点设在柱连接耳板螺栓孔的位置。耳板螺栓孔都设置在距楼面高1.3m处，方便对接操作。钢柱采用专用吊索吊装，柱身垂直，易于对线校正。起吊时钢柱根部必须垫实，保证在根部不离地的情况下，通过吊钩的起升与变幅及吊臂的回转，逐步将钢柱扶直，待钢柱停止晃动后再继续提升，如图3、4所示。就位采用单机直立就位法。
3.3第二节及以后的钢管柱的安装
图3钢管柱对接现场图
第二节及以后的钢管柱的安装方法与第一节相同。在第一节钢管柱的混凝土浇注完毕和一层结构层施工完毕后，开始安装第二节钢管柱。复查第一节钢管柱的柱顶标高，记录下实测数据，在安装第二节钢柱时作相应的调整。用塔吊吊住第二节钢柱直接吊放在第一节钢管柱上，用连接钢板将两段钢柱的吊耳板用螺栓连接在一起，用缆风校正钢柱的垂直度，经纬仪进行监控。另外钢管接头处设内衬圈以保证焊缝焊透，等直径圆钢管工地拼接接头可参考下图。安装完毕后，钢柱必须设置三面型钢临时支撑稳固钢柱，以防其它工种作业时对钢柱垂直度的影响。
4、钢管柱对接焊
钢管柱材质为Q345B，属于低合金结构钢，柱顶标高97.5m，采用分段对接连接成为一个整体，柱对接采用对口焊接的方式。Q345B钢的化学成分见表1。
元素 C≤ Mn Si≤ P≤ S≤ V Nb Ti
含量 0.2 1.0-1.6 0.55 0.04 0.04 0.02-0.15 0.015-0.06 0.02-0.2
表1Q345化学成分表（%）
4.1 Q345B钢的焊接特点
碳当量（Ceq）的计算
Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5
计算Ceq=0.49%，大于0.45%。可见Q345B钢材的淬硬性倾向明显，焊接性能不是很好，需采用适当的预热和控制线能量等措施，可以降低焊接接头的冷却温度，以减小淬硬倾向，防止生成裂纹。
4.2焊接施工工艺
坡口准备→点固焊→预热→焊口施焊→自检/专检→焊后热处理→超声波检测
4.3焊接工艺及参数选择
综合分析Q345B钢的材料性能，制定技术措施如下：
（1）焊接方法：采用手工电弧焊
（2）焊接材料的选用
由于Q345B钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型碱性的焊接材料，同时考虑焊接接头应与母材等强的原则，选用J506型电焊条，并在焊前按规定严格烘干。
（3）焊接电流
焊接时应采用直流反接法，选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺。焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大5mm，第一层至第三层采用3.2mm电焊条，焊接电流100-130A，第四层至第六层采用4.0mm的电焊条，焊接电流120-180A。防止形成淬硬组织，造成冲击韧性下降。
（4）坡口形式
图4坡口形式图
（5）预热温度及后热
焊接作业前应进行预热，预热温度T=100-150oC，层间温度Ti≤400oC，控制层间温度的目的也是为了降低冷却速度，以减少淬硬倾向，防止生成冷裂纹。后热即作业完成后立即对焊件的全部（或局部）进行加热和保温，温度一般为150oC，时间2~ 6h，温度越高，则保温时间越短。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷。
（6）焊前应仔细清除坡口周围母材表面上的油水等污物，焊后应立即进行消除应力的退火处理。
（7）焊接
为了防止焊接变形，采用对称施焊，焊接方向由中间向两边施焊。第二层焊缝的焊接方向应与第一层方向相反，以此类推，每层焊接接头应错开15-20mm。焊工在焊接时的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致。采用辅助引弧的方式，从引弧板开始施焊，收弧板上结束，焊接完成后割掉并打磨干净。
（8）焊接检验。
根据设计图纸的要求，焊口采用超声波探伤法进行检验，检验比例为100%。每节钢管柱对接完成后进行焊接作业，焊接完成24h后，由建工质量检验测试站的专业人员进行现场探伤，并根据探伤结果进行相应修整。
（9）检验不合格处理措施。
对于超声波检测，存在气泡或夹渣的部位，采用碳弧气刨进行割除后，进行补焊，然后重新超声波探伤，直至检测合格。
5、结语
经过施工现场实践验证，该钢管混凝土柱施工工艺是成功的。该钢管柱的材质为Q345B钢，焊接要求相对较高。钢管节段5-8m，相对较长。施工中所采取的相关施工措施不仅能指导施工过程，而且也保证了施工质量。本文旨在进行钢管混凝土柱现场施工经验的交流，以期为广大土木人提供更多的参考依据
6、参考文献
[1] CECS28:90, 《钢管混凝土结构设计与施工规程》[S], 1990年.
[2] 江正荣, 朱国梁. 《简明施工计算手册》（第三版）[M], 北京中国建筑工业出版社, 2007年.
[3] GB50205-2001, 钢结构施工质量验收规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：钢管混凝土柱；吊装；焊接
Abstract: Taking a high-rise steel structure reinforced concrete mixed structure building as the background, on site construction experience summary, expounds the concrete filled steel tube column installation and welding process, concrete pouring process, to exchange experience.
Key words: steel tube column filled with concrete; hoisting; welding
中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：
1、工程背景
本高层建筑高度99.9m，采用钢结构-钢筋混凝土组合结构，钢管柱总重约500t。由于交通运输与工地现场吊装的限制，钢管柱在加工厂制作长度不超过12m。故本工程钢管柱采用现场对接焊的方案。钢管柱的具体结构形式见图1。筒体为钢管柱的主体结构，其最大管径为1200mm，最小管径為900mm，最大壁厚35mm，最小壁厚20mm。所有构件的材料均为Q345B。
图1钢管柱现场图
2、钢管混凝土柱的施工工艺
2.1安装工艺
施工图→钢管检验→柱轴线测量、放线→基础节吊装→钢柱垂直度、轴线校正→焊接→超声波探伤→处理不合格焊缝→下一节钢柱吊装→焊接→超声波探伤→处理不合格焊缝→……。
2.2浇筑工艺
（1）本钢管管径最小900mm，钢管高度最小4m，根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》，选择立式高位抛落无振捣法。对于抛落高度不足4m的区段，应用内部振捣器振实。盛放混凝土的料斗下口应比钢管内径小100-200mm，以便混凝土下落时，管内空气能够排出。
（2）钢管内一次抛落的混凝土量宜在0.7m3左右，用料斗装填，料斗的下口尺寸应比钢管内径小100~200mm，以便混凝土下落时管内空气能够排出。
（3）当混凝土浇筑到钢管顶端时，可以使混凝土稍微溢出后再将留有排气孔的层间横隔板或封顶板紧压在管端，随后立即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的50％后，再将横隔板或封顶板按设计要求进行补焊。
3、钢管柱吊装
3.1吊点的设置
吊点设置在钢柱连接耳板螺栓孔的位置。
图2现场吊装图
3.2第一根钢管柱安装
钢管柱在吊装前,在柱身上将爬梯（挂梯）挂牢，以便于操作人员上下和钢管柱就位后松钩。一般钢柱弹性和刚性很好，起吊采用塔吊单机回转法起吊，吊点设在柱连接耳板螺栓孔的位置。耳板螺栓孔都设置在距楼面高1.3m处，方便对接操作。钢柱采用专用吊索吊装，柱身垂直，易于对线校正。起吊时钢柱根部必须垫实，保证在根部不离地的情况下，通过吊钩的起升与变幅及吊臂的回转，逐步将钢柱扶直，待钢柱停止晃动后再继续提升，如图3、4所示。就位采用单机直立就位法。
3.3第二节及以后的钢管柱的安装
图3钢管柱对接现场图
第二节及以后的钢管柱的安装方法与第一节相同。在第一节钢管柱的混凝土浇注完毕和一层结构层施工完毕后，开始安装第二节钢管柱。复查第一节钢管柱的柱顶标高，记录下实测数据，在安装第二节钢柱时作相应的调整。用塔吊吊住第二节钢柱直接吊放在第一节钢管柱上，用连接钢板将两段钢柱的吊耳板用螺栓连接在一起，用缆风校正钢柱的垂直度，经纬仪进行监控。另外钢管接头处设内衬圈以保证焊缝焊透，等直径圆钢管工地拼接接头可参考下图。安装完毕后，钢柱必须设置三面型钢临时支撑稳固钢柱，以防其它工种作业时对钢柱垂直度的影响。
4、钢管柱对接焊
钢管柱材质为Q345B，属于低合金结构钢，柱顶标高97.5m，采用分段对接连接成为一个整体，柱对接采用对口焊接的方式。Q345B钢的化学成分见表1。
元素 C≤ Mn Si≤ P≤ S≤ V Nb Ti
含量 0.2 1.0-1.6 0.55 0.04 0.04 0.02-0.15 0.015-0.06 0.02-0.2
表1Q345化学成分表（%）
4.1 Q345B钢的焊接特点
碳当量（Ceq）的计算
Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5
计算Ceq=0.49%，大于0.45%。可见Q345B钢材的淬硬性倾向明显，焊接性能不是很好，需采用适当的预热和控制线能量等措施，可以降低焊接接头的冷却温度，以减小淬硬倾向，防止生成裂纹。
4.2焊接施工工艺
坡口准备→点固焊→预热→焊口施焊→自检/专检→焊后热处理→超声波检测
4.3焊接工艺及参数选择
综合分析Q345B钢的材料性能，制定技术措施如下：
（1）焊接方法：采用手工电弧焊
（2）焊接材料的选用
由于Q345B钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型碱性的焊接材料，同时考虑焊接接头应与母材等强的原则，选用J506型电焊条，并在焊前按规定严格烘干。
（3）焊接电流
焊接时应采用直流反接法，选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺。焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大5mm，第一层至第三层采用3.2mm电焊条，焊接电流100-130A，第四层至第六层采用4.0mm的电焊条，焊接电流120-180A。防止形成淬硬组织，造成冲击韧性下降。
（4）坡口形式
图4坡口形式图
（5）预热温度及后热
焊接作业前应进行预热，预热温度T=100-150oC，层间温度Ti≤400oC，控制层间温度的目的也是为了降低冷却速度，以减少淬硬倾向，防止生成冷裂纹。后热即作业完成后立即对焊件的全部（或局部）进行加热和保温，温度一般为150oC，时间2~ 6h，温度越高，则保温时间越短。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷。
（6）焊前应仔细清除坡口周围母材表面上的油水等污物，焊后应立即进行消除应力的退火处理。
（7）焊接
为了防止焊接变形，采用对称施焊，焊接方向由中间向两边施焊。第二层焊缝的焊接方向应与第一层方向相反，以此类推，每层焊接接头应错开15-20mm。焊工在焊接时的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致。采用辅助引弧的方式，从引弧板开始施焊，收弧板上结束，焊接完成后割掉并打磨干净。
（8）焊接检验。
根据设计图纸的要求，焊口采用超声波探伤法进行检验，检验比例为100%。每节钢管柱对接完成后进行焊接作业，焊接完成24h后，由建工质量检验测试站的专业人员进行现场探伤，并根据探伤结果进行相应修整。
（9）检验不合格处理措施。
对于超声波检测，存在气泡或夹渣的部位，采用碳弧气刨进行割除后，进行补焊，然后重新超声波探伤，直至检测合格。
5、结语
经过施工现场实践验证，该钢管混凝土柱施工工艺是成功的。该钢管柱的材质为Q345B钢，焊接要求相对较高。钢管节段5-8m，相对较长。施工中所采取的相关施工措施不仅能指导施工过程，而且也保证了施工质量。本文旨在进行钢管混凝土柱现场施工经验的交流，以期为广大土木人提供更多的参考依据
6、参考文献
[1] CECS28:90, 《钢管混凝土结构设计与施工规程》[S], 1990年.
[2] 江正荣, 朱国梁. 《简明施工计算手册》（第三版）[M], 北京中国建筑工业出版社, 2007年.
[3] GB50205-2001, 钢结构施工质量验收规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。