超高层钢骨混凝土组合结构施工技术

无锡恒隆钢骨混凝土组合结构施工技术无锡恒隆广场综合发展项目申士杰1、工程概况无锡恒隆广场综合发展项目总建筑面积37.3万m2，包括一个大型高级购物中心，两栋高层办公大楼。

主塔楼地下4层，地上44层，建筑总高度为249.09m。

主塔楼结构形式为型钢混凝土框架+钢筋混凝土筒体结构体系，在18层和31层设置有设备层和水平伸臂桁架,屋顶设有50米高钢桁架，总用钢量约15000吨。

主塔楼型钢截面有十字形、H形及其他异性截面，钢骨组合柱、组合梁从基础底板到顶层均有设置，六层以上外框钢骨柱倾斜内收。

框架柱、梁同为钢骨混凝土组合结构，相比钢骨混凝土柱+钢梁、混凝土柱+钢骨混凝土梁、钢骨混凝土柱+混凝土梁等组合形式较复杂，具有更好的抗震性能和抗火性能，此种结构形式工程中比较少见。

2、施工难点分析钢骨混凝土（SRC）组合结构作为国家大力推广的建筑新技术，虽然现在超高层建筑中越来越多，但从总体行业发展来看，钢骨混凝土组合结构还属于新兴技术，工程经验相对较少，质量要求较高。

而框架柱、主梁同为钢骨混凝土组合结构，次梁为混凝土梁的结构形式（见标准层结构平面图1）在组合结构中更是少见，结构形式更加复杂，其施工难度更高，主要施工难点如下：⑴ 前期钢结构深化设计工作量大，对深化设计人员的经验和技术水平要求较高，要对节点的优化设计、施工、专业配合等考虑周全，否则会影响后续施工；⑵组合梁、柱内及与其他结构相交部位，钢筋设置较多，尤其是节点部位比较复杂，空间狭小，钢筋加工复杂，绑扎不便；⑶本工程主塔楼6层以上外框钢骨柱相对轴线双向倾斜内收，且组合梁、柱相交均存在夹角，为非正交，构件尺寸较大，钢结构测量定位及模板设计困难；⑷土建分包和钢结构分包交叉施工紧密，在交叉流水施工中，容易忽视对方工艺，施工冲突较多，协调配合困难；⑸组合结构目前尚未形成相应国家级的施工工艺标准及验收规范。

3、主要节点深化设计在进行深化设计前，要重点仔细审核结构图纸，充分理解设计意图，对不合理的节点和对有利于施工的修改意见提交业主和原设计综合考虑。

在进行钢结构自身的深化设计时，应与土建、机电、幕墙等单位技术人员充分沟通，根据工程合同要求和总体施工部署，充分考虑各专业施工工艺，合理选择连接节点，尤其重点要处理好钢骨梁柱钢筋和钢骨的连接节点。

3.1柱脚锚栓和钢筋节点处理钢柱或组合钢柱生根的承台或者梁作为主受力构件，钢筋排布一般较密，尤其是当支座钢梁倾斜与钢柱相交或者钢柱坐落于梁梁相交节点或者梁柱相交节点部位时，钢结构深化时必须要考虑柱脚锚栓和钢筋排布关系，否则会给后续施工带来非常不利的影响。

如发现锚栓和钢筋冲突后，则需对节点锚栓布置进行调整，满足锚栓和钢筋的合理排布，同时如柱脚板过大则需要设置二次灌浆层或开设灌浆孔等措施，确保柱脚板与混凝土接触密实。

本工程总计约有3000多根柱脚锚栓，规格较大，布置相对较密，在深化阶段对锚栓和钢筋位置关系做了一一放样核对，避免了很多影响施工的问题。

现以主塔楼屋顶50米高钢桁架柱脚节点为例说明锚栓和钢筋的位置关系对施工的影响。

见图2为结构图纸中给出的型钢混凝土梁与钢柱连接大样图，单从节点图中看不出存在的问题，但经过一一放样核对，发现柱脚锚栓位置和钢筋的排布及型钢位置均存在冲突，会造成后续无法施工。

必须对柱脚锚栓或者梁钢筋位置予以调整，经过研究，对柱脚锚栓排布形式进行了调整，同时设置了灌浆透气孔，有效的解决了冲突问题。

调整后的柱脚节点平面示意图详见图4。

图2 型钢混凝土梁与钢柱连接大样图图3 柱脚放样图图4 调整后的柱脚节点平面示意图（锚栓和钢筋、型钢冲突）3.2核心筒不连续钢骨暗柱处理本工程主塔楼在核心筒墙内每层楼板标高部位布置有30根不连续的钢骨暗柱，型钢截面为HW250*250*9*14/H200*400*8*13，型钢长度为钢骨梁截面上下各返1米/0.5米，长度为2.2~2.8米。

其中有10根型钢暗柱与外框钢骨主梁连接（见图5a），其余20根型钢暗柱间设置有钢板组合梁（见图5b），多数与外框钢筋混凝土次梁相交。

由于钢骨暗柱数量较多，型钢截面相对较小，且在核心筒墙内为不连续设置，结合土建和钢结构施工工艺，此种结构形式，非常不利于施工质量和进度的控制，施工难度非常大。

通过了解设计意图，与设计师、业主充分沟通，最终把与外框钢骨梁连接的10根不连续的钢骨暗柱改为了竖向通常设置，其余20根型钢暗柱截短与钢板梁同高设置，使钢骨结构设置更趋于合理，便于施工，对工程质量和进度也起到了积极作用，同时也减少了工作量。

a 与外框钢骨梁连接暗柱节点b 核心筒内钢板梁端部暗柱节点（优化后改为了通长设置）（优化后型钢柱改为与钢板梁同高）图5 核心筒不连续钢骨暗柱节点3.3组合柱箍筋处理在钢骨混凝土组合结构中，由于组合柱箍筋较密，型钢柱腹板厚度较厚，不便于在型钢柱腹板大量开孔；且如果采用箍筋通过型钢柱腹板开孔穿过（见图6a），开孔较多，绑扎钢筋时，不便于操作，降低效率。

通过合理选择箍筋形式，可以使箍筋不穿过型钢柱腹板（见图6b），尽可能的减少钢骨与钢筋的直接交叉。

同时组合柱环形封闭箍筋可改为开口箍筋，从侧面套绑以方便施工，提高钢筋绑扎的工作效率。

纵筋44C36 箍筋C16@100 纵筋44C36+8C16 箍筋C16@100a 原箍筋穿腹板钢筋布置b 优化后钢筋布置图6 典型钢骨混凝土组合柱截面图3.4组合柱梁节点处理（倾斜节点设计）本工程钢骨混凝土组合柱、组合梁的连接节点主要处理方式及原则如下：⑴钢骨混凝土组合柱的竖向钢筋要尽量避开钢骨梁中型钢位置，在型钢梁位置弯折后通过或完全避开型钢梁布置后在型钢梁翼缘板上下方位置设加立筋。

⑵钢骨混凝土梁主筋应尽可能避开型钢柱，钢筋可按照1:6打弯绕开钢柱，在柱外侧满足锚固长度要求；当钢筋无法通过型钢柱翼缘板的可通过钢筋连接器或者设置与钢板搭接后焊接达到锚固要求等形式与型钢柱连接，见图7A-A，具体形式根据工程需要及工人操作方便等因素综合考虑确定；通过腹板的钢筋可在型钢柱腹板上预留穿筋孔，型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积25%，若超过需加焊钢板补强。

⑶钢骨柱宜设置牛腿与钢骨梁连接，在型钢牛腿腹板位置需开设柱箍筋孔或者箍筋焊接劲板来保证柱子在牛腿部位箍筋顺利绑扎，见图71-1、2-2。

⑷变截面倾斜节点的处理，随着楼层的增高钢骨混凝土组合柱截面会逐渐缩小，组合柱内型钢截面高度宜逐步过渡，且在变截面上、下端应设置加劲肋；宜在变截面临界的楼层梁标高位置前完成变化，避免组合柱外形尺寸变小后，型钢尺寸不变造成钢筋空间变小或混凝土保护层不足等问题。

⑸钢柱倾斜节点设计时，需要考虑折点的位置，倾斜节点宜和下节型钢柱设成一体，柱顶断面宜和倾斜钢柱垂直设置以方便型钢柱的安装，见图71-1、2-2。

图7 组合柱梁典型节点3.5与核心筒连接梁节点处理本工程为型钢混凝土框架+钢筋混凝土筒体结构体系，经过优化后核心筒有10根通长的型钢骨暗柱与外框钢骨梁连接。

核心筒四周除连接10根外框钢骨梁外，还有26根钢筋混凝土梁连接核心筒。

且所有钢骨梁和大部分钢筋混凝土梁与核心筒都存在一定的夹角，节点的处理较复杂。

此部分节点的处理与整体结构施工工艺的选择相互制约影响，是采用核心筒爬模先行还是采用核心筒与外框同步施工，其节点的处理和选择不尽相同。

如选择核心筒与外框同步施工的方案，钢骨梁或者钢筋混凝土梁遇型钢柱后可弯折绕过，如图8a，如无法绕过则可在型钢翼缘板上焊接连接板，钢筋焊于连接板上，间距为1.5d，如图8b。

如选择核心筒爬模先行则型钢与核心筒连接可通过常用的预埋埋件的方式予以解决，重点是钢筋节点的处理，由于本工程钢骨所有钢骨混凝土梁和大部分钢筋混凝土梁与核心筒都成一定夹角，且核心筒外围梁较多，如采用预留钢筋接头则角度不易保证且模板分块太多，对工程质量和进度非常不利。

为了解决此问题，在钢筋位置预埋钢板埋件，钢筋连接器连接在转换钢板节点上，把转换钢板节点按照梁的倾斜角度制作后与预埋埋件焊接，最后钢筋与钢筋连接器连接（见附图8c）。

由于与核心筒连接梁数量较多，钢筋连接器数量多，埋件预埋及焊接工作量大，进度和质量不易保证。

经过综合技术、进度、质量、造价等方面对比，本工程最终选择了核心筒和外框同步，划分施工段流水作业的方式组织施工。

图a 图b 图c图8 与核心筒连接梁钢筋节点3.6其他部位组合结构节点处理⑴核心筒墙钢筋与暗柱的处理，墙水平筋遇型钢骨柱子时，可在钢柱腹板或者翼缘上开孔通过，截面损失超过25%时，开孔部位需贴板补强。

⑵组合梁主次梁相交节点及钢骨柱顶涉及多个梁相交时，其相交部位要通过两排或更多梁的纵向钢筋，其空间相对紧张，设计时即应该充分考虑，留足钢筋空间。

当次梁为悬挑梁时，在相交节点部位，次梁纵向主筋宜布置在主梁纵筋内。

⑶钢骨混凝土折梁部位型钢弯折形式及与钢筋布置关系，需注意保证钢筋的顺利布设和混凝土保护层厚度。

⑷钢筋混凝土梁和钢骨量相交节点，当混凝土梁截面尺寸较大时，钢筋可以从型钢梁上部或者下部绕开通过；当混凝土梁截面较小时，型钢梁上需开设穿筋孔或者预留节点板进行连接，也可以考虑使用钢筋连接器方式进行连接。

⑸组合梁中型钢梁上下翼缘板至混凝土边保护层厚度宜大于等于150mm，需充分考虑栓钉和梁纵筋及箍筋的绑扎空间。

⑹由于钢骨混凝土结构节点构造较为复杂，往往出现钢筋排布空难。

当钢筋确实无法合理排布时，可以考虑进行钢筋代换，以减少钢筋根数，及时与设计单位协调重新调整钢筋排布方式。

3.7模板对拉螺杆孔设计钢骨梁截面较大，经过计算支设模板时需设置对拉螺杆。

因此在钢结构深化阶段就需要提前考虑在型钢梁腹板预留对拉螺杆孔，在工厂完成加工，对拉螺杆孔需避开型钢梁连接栓焊节点及型钢组拼接头焊缝等位置。

图9 梁上对拉螺杆孔示意图4、组合结构施工阶段型钢混凝土结构施工过程中各工序工种穿插作业，相互制约。

前期施工阶段准备不足，将对后续施工进度计划控制产生不利的影响。

在施工整个过程中不断总结经验，划分施工段的流水施工，调整各工序之间的关系，并按照工程量确定劳动力数量。

4.1钢结构预埋施工钢骨组合结构中柱脚（或支座）锚栓、与核心筒连接钢梁埋件、动臂塔埋件等都需要提前预埋。

预埋件的埋设精度直接影响到后续钢结构安装的精度，所以预埋的施工质量必须严格控制，锚栓宜采用定位板控制整体尺寸精度，埋件需考虑与钢筋布置协调，埋设定位后需采取措施予以加固，确保不被后续钢筋绑扎及混凝土浇筑等工序扰动。

完成浇筑混凝土后需要对埋件定位进行复核，保证误差范围满足规范要求。

图10柱脚锚栓预埋施工照片4.2钢结构测量定位钢骨组合结构中钢结构施工目前执行标准为《钢结构施工质量验收规范》（GB50205-2001），其对钢结构的安装精度及质量要求均较高。

钢结构安装测量定位的精度，不仅对钢结构后续安装有影响，也直接影响到后续钢筋的绑扎，模板的支设等工序，对工程整体质量也会产生影响。