高层建筑劲性钢骨柱施工关键技术研究与实践

1、工程概况与难点

本项目为框架-核心筒结构，总高 206m，地上 48 层。标准层框架柱采用十字形劲性钢骨柱，截面尺寸600x600mm。钢骨材质为 Q355B，由翼缘板 300x20mm 和腹板 300x16mm 组成。混凝土强度等级为 C60。主要难点与控制指标如下所示：

2、高层建筑劲性钢骨柱施工关键技术研究与实践

2.1BIM 深化设计与节点优化

针对于以上现象，可以将 BIM 深化设计与节点优化，采用BIM 技术进行三维建模和碰撞检查，重点优化了以下节点。钢骨开孔，在翼缘板上为 ϕ 22 钢筋开设 ϕ 24 的穿孔，孔边倒圆 R⩾5mm ，以减少应力集中。剪力连接件是在钢骨两侧焊接 ϕ 19x90mm 抗剪栓钉，纵向间距 150mm ，确保钢骨与混凝土协同工作。钢筋翻边与连接则是对无法贯通的钢筋，采用等强机械套筒连接，将钢筋在钢骨附近进行90 度翻边，然后与另一侧钢筋通过等强度直螺纹套筒连接，套筒长度不小于100mm，确保了钢筋传力路径的连续和可靠。

2.2 吊装与精确校正技术

当前，需要制定一吊、二校、三固定的安装流程。吊装期间，采用两点对称绑扎，吊点位于柱顶1/3 高度处，使用25t 汽车吊进行吊装。校正过程中，先初校，用两台经纬仪从两个垂直方向监测垂直度，通过调节临时支撑进行粗调。精校时，使用激光投点仪将下层轴线投射至柱顶校正板，进行毫米级微调，同时用水准仪控制标高。校正合格后，立即通过连接板和高强螺栓（10.9 级，M20）与下层钢骨固定。其遵循的质量标准为每一根钢骨柱校正完成后，必须经过专职质检员验收，验收标准为轴线偏差≤5mm，垂直度偏差≤H/1000 且≤15mm，标高偏差≤3mm。本项目共安装劲性钢骨柱480 根，抽检合格率达到 100% ，其中轴线偏差最大值为3mm，垂直度偏差最大值为H/1100。

2.3 钢筋工程与连接方案针对钢筋与钢骨的连接，项目采用了三种方案。

表1 具体方案

2.4 高性能混凝土施工

为了确保C60 混凝土施工质量，采取了以下措施。

（1）配合比优化。胶凝材料为P.O 52.5 水泥、粉煤灰以及矿渣粉。外加剂包括高性能减水剂，减水率 ≈30% 。工作性指标入模坍落度控制在 200±20mm ，混凝土扩展度要求≥600mm，以确保其具有足够的流淌和填充能力。（2）浇筑与振捣。进行分层浇筑，分 2-3 层进行，每层厚度控制在 400mm↓↓0, ，布料使用串筒将混凝土引导至柱底，防止离析。振捣期间，采用 ϕ 50 插入式振捣棒，在钢骨两侧和四角加密振捣点，振捣时间为20-30秒/点。在混凝土初凝前约4 小时进行二次振捣[2]。

2.5 轴心受压承载力计算

计算目标为验证柱在设计轴力作用下的安全性。基本参数如下所示：钢骨截面面积 As=(2×300x20)+(300x16)=16800mm² 混凝土截面面积 λc=- 600x600-16,80 1=2 343200mm2钢材强度设计值 fsy 345MPa

混凝土轴心抗压强度设计值 fc=27.5MPa 计算公式（依据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010）：

Nu=0.9x1 (fsyxAs＋fcxAc)

计算过程：

1、钢骨部分承载力： 345MPax16,800mm 5796kN

2、混凝土部分承载力： Nc=27 .5MPax343,200mm 9438kN

3、柱总承载力：Nu＝0.9x(5796kN＋9,438kN) ∣= 13710.6kN

结果分析：该柱在标准层所承受的设计轴力为 9000kN。计算所得的极限承载力为13,710.6kN。结构的安全系数 K=NuNd=13,710.6kN/ 9,000kN≈1.52 ，大于规范要求的 1.0，表明该设计具有足够的安全储备，能够可靠地承受设计荷载。

2.6 吊装稳定性校核

计算目标为校核单节钢骨柱在吊装过程中的侧向稳定性。

基本参数：

构件长度 L= 3600mm

截面惯性矩（对弱轴） I=1.05x10⁸mm⁴

构件自重 G=85kN

钢材弹性模量 E=2.06x10⁵MPa

计算公式：

Pcr=π²xExI/(μ^xL)²

其中，一端固定一端自由压杆的计算长度系数 μ=2.0

计算过程：

（1）计算临界力。

Pcr=π²x (2.06x105MPa)x(1.05x108mm4)/(2.0x3600mm)2≈411.8kN

（2）计算稳定安全系数。

K=Pcr/G=41 1.8kN/85kN≈4.84

结果分析：吊装时，由构件自重产生的轴向压力为85kN，远小于其临界失稳压力411.8kN。稳定安全系数 K≈4.84 ，远大于工程上要求的最小值3[3]。表明该吊装方案在稳定性方面是安全可靠的。

3、实施效果

通过上述技术的应用，项目取得了显著成效。

（1）质量控制精准。现场随机抽查 100 根柱，轴线偏差最大值为3mm，垂直度偏差最大值为H/1100，均优于规范标准。混凝土实体经回弹法检测，强度推定值均大于 60MPa。

（2）施工效率提升。标准层劲性钢骨柱施工周期稳定控制在3 天/层，较项目初期计划的 3.75 天/层，效率提升约 20% 。

（3）经济效益显著。通过优化钢筋连接方案，减少了约15%的钢筋和模板用量，直接材料成本降低约 6% ，综合考虑工期缩短等因素，总成本降低约 8% 。

4、结语：

综上所述，本文结合工程案例提出了相应的技术和实践数据，在落实完善方案的基础上，将进行钢骨柱施工中存在的问题彻底解决，从而促使该项工作业得到安全开展。

参考文献：

[1]张振华.大空间外倾变截面 V 形劲性柱施工关键技术[J].河南建材, 2025(3):135-137.

[2]张强.高层建筑劲性钢骨柱施工技术分析[J].工程质量, 2024, 42(4):94-97.

[3]薛韧,张炳宏.劲性结构钢骨与钢筋连接节点施工技术[J].山西建筑, 2024, 50(8):100-104.