钢管混凝土斜柱制安及空间定位施工技术

 摘要： 随着型钢混凝土结构、钢管混凝土结构的广泛采用，建筑造型更加丰富。型钢柱、钢管混凝土柱施工时容易造成斜柱空间定位不准确，影响上部梁柱定位。在省会文化艺术中心工程中，从加工质量检查着手，利用全站仪空间定位技术，顺利完成了该工程的斜柱安装，总结了一套施工工艺及操作要点。

关键词： 钢管混凝土斜柱；徕卡全站仪；空间定位

1 工程概况

济南省会文化艺术中心位于济南市西部新城核心区域，由图书馆、美术馆、群众艺术馆及配套工程组成，项目建成后将作为全国第十届艺术节的主要活动场馆。项目规划用地面积为16.14公顷，总建筑面积18.0万平方米。其中，美术馆：20182m2；地下建筑面积：5926m2；地上建筑面积：14256m2。图书馆：44606m2；地下建筑面积：17290m2；地上建筑面积：27316m2。配套工程：39237m2。美术馆地下部分为框架剪力墙结构，部分柱采用型钢组合混凝土，地上部分外围边柱为钢管混凝土斜柱，内部结构为框架剪力墙结构，钢管柱与内部混凝土结构、钢管柱之间通过加劲牛腿连接。钢管斜柱大部分向内倾斜，倾斜角度为50～77°，钢管柱的单层高度为7.5、5.4、10.8米，柱径600，壁厚30mm。

2 施工难点分析

①钢管斜柱的倾斜角度、平面投影位置、加劲牛腿的位置的偏差直接影响结构受力和观感质量，也影响与之相交的钢筋混凝土梁的位移和标高。②单根钢管柱重量较大且只能靠现有塔吊就位，其安装效率直接影响工程的施工进度。③传统的平面投影定位方式因受混凝土现浇楼面标高偏差、天气等因素影响，定位精度不能满足设计及规范要求。

3 常见问题

①钢管柱上已焊接完成的加劲牛腿标高或位置与设计要求不符，导致与之连接的钢筋混凝土梁纵筋无法焊接连接或保护层偏大或偏小；②钢柱长度不准确，导致需现场切割或焊缝过大或偏小，焊接质量无法保证；③焊接安装时定位不准确，导致钢管柱平面投影位置或斜度与设计不符，影响钢柱受力及幕墙骨架施工；④上下钢管柱的临时连接板位置不符，不能起到焊接前的临时固定作用，甚至用连接板刚性焊接临时固定，容易产生安装应力。

4 施工方案确定

施工前从钢管柱场内加工、定位并临时固定、焊接、复测等环节入手，制定各工序的施工方法，场内加工采用纵横向控制线控制加劲牛腿在钢管柱上的长向位置和径向位置。钢管柱采用空间定位法进行定位。具体方法如下：
4.1 钢管柱厂内加工 钢管柱在厂内前应将钢材进行抗拉、抗弯检验，检验合格后方可焊接成型，焊缝质量要进行检验，检验合格后进行切割、坡角、牛腿焊接。
牛腿焊接时采用控制线准确定位牛腿位置，校核无误后进行焊接固定，定位方法如下：确定长向控制线。在钢管柱选择任一与其外圆相切的面与外圆相交的切线作为长向控制线，用墨线标示。确定控制基点。在控制线上选定一点作为该柱牛腿定位和安装定位的控制点，该控制点的位置选择既要便于定位牛腿位置，又要方便在安装时进行观测，本工程选择钢管柱与内部混凝土结构相连的牛腿的设计位置下500mm的点作为控制基点。确定径向控制线。在钢管柱控制基点沿柱表面标示一环线作为径向控制线，用来确定其余牛腿位置及安装时控制钢管斜柱间的相对长度。牛腿定位。按照CAD设计文件标示的牛腿与控制基点的距离在长向控制线上定位与内部混凝土结构连接的牛腿，临时点焊固定。其余方向上的牛腿根据其与长向控制线的角度关系和径向控制线的距离准确定位并点焊固定。检查人员复核无误后按设计要求焊接完成。临时连接板定位。依据长向控制线在钢柱底端设计位置定位临时连接板，校核无误后焊接固定。焊缝检测、防腐处理。按焊缝的级别进行探伤检测，合格后除锈并喷涂防锈漆，喷涂前要将控制线用透明胶带、纸类粘贴、覆盖，便于安装时使用。
4.2 钢管混凝土斜柱安装
4.2.1 施工准备 楼层混凝土浇筑完成并达到上人强度后，放线测量人员利用J2经纬仪将内部混凝土结构墙柱轴线或控制线、钢管混凝土斜柱投影中心线在混凝土楼面上用墨线弹出，充分利用设计单位的电子版三维精细模型，与现场施工测量控制网坐标转换后计算出上述定位基点和各钢管混凝土斜柱上的控制基点的三维坐标值。　　将进场的钢管焊缝进行四方见证检测和验收，焊口除锈处理，准备测量仪器（徕卡全站仪一台）、焊机（CO2气体保护焊直流焊机）、倒链等设备。
4.2.2 钢管柱就位安装 ①利用塔吊将钢管柱吊运至安装部位，起吊时要保证长向控制线向下，施工人员扶助钢柱缓缓送入下层已安装完成的钢柱临时连接板内，将待安装钢柱长向控制线与下层钢柱的控制线对准，用螺栓将上下两柱的连接片连接牢固。当斜柱高度较大或倾角较大时需作临时支撑架，以便于钢柱位置调整和避免产生过大次应力。②运用全站仪三维坐标法，在斜柱的控制点粘贴反光贴片并画十字线。全站仪在便于观测的已知坐标的控制点上设站，输入测站数据（三维坐标、仪器高、目标高和后视方位角）和钢柱上的控制点的三维坐标，全站仪会自动计算出目标点的放样数据（方位角、斜距和天顶距），全站仪观测员指挥斜柱上下左右移动，让反光贴片十字线中心逐渐接近全站仪目镜中心，直至观测数据与放样数据差值为0，即可确定斜柱定位点的实际空间位置，同时将连接板螺栓拧紧。③安装校验。预先用全站仪或经纬仪放出钢管斜柱控制点的水平投影点位，用十字墨线标识，在该点假设激光铅垂仪，向上投射激光，测量人员测量控制点与激光垂线之间的水平距离，误差控制在允许范围之内。用水准仪将本施工层的结构500mm线抄测至钢管斜柱上，用钢尺测量500线至斜柱径向控制线的距离，误差控制在允许范围内。

5 空间测量定位技术的注意事项

5.1 层高较大或倾角较大时斜柱自重影响 层高较大部位或倾角较大部位钢管柱受自身重量影响，常会造成钢管柱挠度超出规范允许范围且容易在钢管柱根部产生次应力，要求在安装就位时设置的临时支撑具有足够的刚度，临时支撑应在上部梁板混凝土结构浇筑完成，且具备一定强度后方可移除。
5.2 温度、日照影响 山东地区夏季10：00-12：00和14：00-15：00时，受日光照射在钢管柱一侧，钢柱将会向背光的一侧发生附加的倾斜位移，这时可考虑对钢柱按如下理论公式进行预偏，预偏方向与太阳光照方向相反。Δ=a×Δt×L2/（2h）。式中：Δ—柱顶因温差影响产生的位移值；a—钢材的线膨胀系数；Δt—柱两面的温差；L—钢柱长度；h—温差方向柱截面厚度。

6 结语
省会艺术中心主体结构工程及幕墙工程已全部完成，通过采用以上技术，钢管柱空间定位坐标偏差在5mm以内，确保了工程创优。同时，通过钢管柱空间定位技术，加快了整个工程的施工进度，节约了成本，保证了工程质量和施工安全，取得了良好的经济效益和社会效益。

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