施工及注意事项,打造优质型钢组合结构

施工及注意事项，打造优质型钢组合结构

目前国内的型钢结构大多运用于建筑物核心筒等主要受力区域，作用相对较小。型钢混凝土组合结构技术应用还处于探索阶段，从设计到施工的经验不足，造成设计与施工脱节，许多结构设计时仅仅考虑到结构安全和使用功能上，很少全面考虑在施工时的可行性。

一、型钢混凝土组合结构的特点

型钢混凝土结构是在型钢结构的外面包裹有一层钢筋混凝土的外壳，这种结构现已广泛应用于高层建筑和大跨度建筑工程转换层中，随着科学技术的不断进步，以及我国经济的发展，型钢混凝土结构将作为一种新型的结构不断得到推广和应用。

二、型钢混凝土组合结构相对混凝土结构的优势

由于在钢筋混凝土中增加了型钢骨架，使得这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点。

（1）型钢混凝土设计上不受含钢率限制，刚度，承载力高。型钢混凝土结构的构件的承载能力可以高于同样尺寸的钢筋混凝土构件的一倍以上，因此，对于高层建筑，可以减小构件截面，即可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。

（2）型钢构件截面积小，对于建筑物而言，可以增大跨度，增加使用面积和层高，其经济效益可观。

（3）型钢混凝土梁结构的延展性远高钢筋混凝土结构，因此，具有优良的抗震性能，刚度加强，抗屈服能力增强。

（4）型钢混凝土梁柱高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继

续施工上层，有效地缩短了建设工程的工期，即节约了施工成本。

三、型钢混凝土组合结构相对钢结构的优势

（1）与钢结构比较，型钢外包混凝土参与承受荷载，同型钢结构共同受力；同时由于型钢包裹混凝土后，能够抵抗有害物质，从而防治钢材锈蚀。

（2）受力性能好，型钢混凝土结构构件内部的型钢由于受到外部钢筋混凝土的约束，克服了普通的钢结构构件的受压失稳的弱点，同时也克服了钢结构的耐火性能差的弱点，型钢混凝土组合结构耐火性和耐久性优良。

（3）由于钢筋混凝土和型钢共同受荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一种有效手段。型钢混凝土组合结构较钢结构可节省钢材50%以上。

四、适用范围

型钢混凝土组合结构适用于框架结构、框架-剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框架-核心筒结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构等。目前广泛应用于多层、高层建筑、桥梁等构筑物中。

五、工艺原理

由钢筋混凝土包裹型钢所形成的结构被称为型钢混凝土组合结构，它的核心部分为型钢构件，即在型钢外侧配置适当的纵向受力筋并配以合适的箍筋加以约束的混凝土结构。在施工时，宜先在专业的钢结构加工厂根据设计要求事先将型钢加工好，并专业的钢结构吊装队伍进行吊装，完成后再交由专业的土建施工队伍进行外包的钢筋混凝土施工。

（1）根据国家标准：GB50205—2012《钢结构工程施工验收规范》、J GJ81—2002《建筑钢结构焊接技术规程》、J GJ138—2001《型钢混凝土组合技术规程》来指导整个型钢梁、柱的吊装、安装施工全过程。采用的施工工艺依据国家现行，以及图纸设计要求的基础上产生的切实可行的施工工艺。

（2）采用可靠、合理的吊装方法一次性将型钢柱、梁起吊到设计的标高和轴线位置。

（3）型钢梁与柱对接焊接前，校核柱轴线位置、型钢柱翼缘的垂直度、平整度以及钢柱上临时搁置型钢梁用（类似托座）支撑钢板顶面标高。

（4）用设置在型钢柱上的绳子配合吊车来调整柱的垂直度，将误差严格控制在规范允许的范围内。

（5）选用科学、合理的运输和吊装方法、安装工艺和焊接方法来控制施工中型钢梁的变形。

（6）型钢梁、柱受气温影响，有一定的热胀冷缩，应制订合理的测量方法和选择适当的吊装和焊接时间，来保证型钢梁、柱施工中的精确度。

（7）合理设置抗剪连接件的位置，抗剪连接件与型钢梁翼缘要焊接牢固可靠。

六、施工工艺流程及制作要点

型钢柱：型钢柱加工制作、运输型钢柱测量定位地脚螺栓与底板预埋底板下细石混凝土浇筑底板无收缩混凝土灌缝吊装临时固定型钢柱安装、轴线及垂直度校正预埋底板与型钢钢柱焊接连接（非对称施焊）

焊缝处理焊接外观检验超声波探伤检测合格后型钢柱钢筋绑扎柱支模、浇筑混凝土（只能浇筑到梁底）。

型钢梁：起重吊装就位→临时固定调节水平、竖向位置校正轴线垂直度、标高→焊接外观检测→超声波探伤检测→合格后交给土建施工。

型钢梁、柱制作要点

（1）型钢加工应严格按设计图及规范要求选材，所选材料质量证明书应与实物相符，并应符合现行国家有关规定，未经设计许可严禁擅自代用。

（2）放样和下料应本着有效利用的原则进行，先下大料，后下小料。应先核对施工图，熟悉工艺要求、钢材规格、材质、批号等，根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割、刨边和铣平等的加工余量。

（3）板材下料必须在专用的龙门割机下料平台上进行，柱、梁有腹板及翼缘板下料时，应使其受力方向（即长度方向）一致。钢板切割后，应进行外观检查，对边缘的棱边、缺口及时补焊和打磨平整。

（4）为保证钢结构焊接质量，板材对接焊缝处需用坡口焊接，坡口加工采用半自动气割机进行。焊接坡口尺寸的允许偏差应符合国家标准，GB985—80《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》和GB986—80中的《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》有关规定。

（5）翼缘板和腹板的拼接是在钢平台上进行，部件可以翻转组对和焊接；翼缘板允许横向拼接一处，拼接焊接处距梁端大于200mm；腹板允许纵向拼接一处，腹板拼接窄板宽度大于200mm。

（6）型钢加工一般在工厂内制作，焊接采用埋弧自动焊接，焊接前必须将各焊口清理干净，焊剂要充分干燥，焊接电流要调整适当，避免焊接咬边，未焊接夹渣、气孔等缺陷。焊接前应作同类材料焊接工艺评定确定其焊接工艺参数。

（7）钢梁、柱翼缘边焊接后，若有变形现象时，须在钢翼缘矫正机上进行矫正，矫正后的钢材表面不得有明显的凹面损伤，表面划痕深度不宜大于0.5mm。普通碳素钢和低合金钢，因部分梁超高，现有设备无法对其钢翼缘矫正，允许加热矫正，加热矫正后的低合金钢必须缓慢冷却。

（8）钢梁、柱及连接板上制孔应采用磁力钻孔，加工后的孔周边用砂轮打磨机打磨毛刺，严禁使用氧割割孔。制孔前考虑焊接收缩余量及焊接变形的因素，焊接变形均匀分布在构件上。

（9）构件的运输应根据构件制作尺寸、重量，选择相应原平板拖车进行运输，装车高度应作控制，运输过程中，须用手拉葫芦固定好，确保运输路途中的安全。

技术关键点和难点

劲性结构在梁柱节点位置形成大量劲性节点，其施工难度体现在以下方面。

（1）部分结构柱上下变化大，存在“方柱变圆柱，小柱变大柱”的现象。

（2）型钢柱底落在底板不同标高段上，核心筒部位底板底面和顶面存在高差，临时固定要求精准、牢靠。

（3）型钢柱翼缘与翼缘之间均采用熔透坡口焊缝，腹板与腹板之间采用高强度螺栓摩擦型连接。连接节点数量多，质量要求高。

（4）核心筒外筒墙与型钢间距，扣除保护层厚度余下空间狭小，尤其在门洞上方连梁钢筋布置区域。不仅需要克服钢筋密度大，现场操作难度高的问题，还需考虑浇筑混凝土过程中如何确保骨料振捣密实等问题。

（5）型钢柱安装、梁钢筋焊接施工周期长，施工难度大。

（6）型钢柱截面尺寸大，自重大，给成品保护及现场吊装带来不便。

（7）由于型钢柱与各主梁之间的轴线关系，截面尺寸，配筋规格及数量不同，导致节点众多，如未进行详尽交底极易造成错漏。

七、二次深化设计

（1）设计初期，安排人员熟悉图纸，绘制型钢柱平面布置图并对其逐一进行独立编号。

（2）制表统计不用编号型钢柱在各楼层标高段内，x,y两个方向上所需穿孔钢筋的规格及数量。需注意，设计时往往仅专注于梁柱核心区穿孔钢筋的统计而忽略连梁、暗梁、剪力墙水平分布筋穿孔钢筋的统计。

（3）通过数据统计，将孔位在型钢柱全长立面图中体现（分为x,y 两个方向），并将楼层标高引入，再根据楼层层数，将型钢柱分切成相应数量的柱节，并绘制以详图。

（4）通过C A D模拟钢筋孔位进行排版，找出钢筋密度过大区域，将信息反馈至设计院进行配筋改良并重新排布孔位，期间如遇配筋无法改良的部位，则商定可否采取并孔处理方法。

（5）分切型钢柱节时，应考虑其焊接接缝标高与钢筋机械连接节点错位，宜控制在楼层结构标高+1200.000mm处，方便施焊人员操作。

（6）应核算型钢柱节自重，选择匹配类型塔式起重机。如不满足要求，则继续对型钢柱节进行拆分或选择载重能力符合要求的塔吊。

（7）应充分考虑柱箍与托座腹板间交叉位置孔洞的预留；同时规避平面位置上栓钉与柱箍布置上的重合。因为施工过程中往往会由此产生箍筋无法下套的情况。

八、节点贯通施工技术

由于设计总则中要求，所有孔洞均需在厂家进行加工，不得在现场进行氧气吹割；并且根据相关图集要求，孔洞的最大公称直径不能比所穿钢筋大8mm以上，孔洞边距型钢焊缝须不小于500mm，孔洞与孔洞间距应不小于250mm；此外，翼缘板不允许开孔，仅允许在满足上述条件下对腹板进行取孔。为此我方采取如下措施。

1、强化深化设计

（1）与设计密切配合，将钢筋过于密集区域进行统计，对部分梁柱主筋直径加大，从而增大主筋间的间距，有利于钢筋排布及截面尺寸的确定。

（2）对钢筋过密且主筋不允许调整部分，经原设计许可采取并孔处理。

（3）为更好的使混凝土振捣密实，经设计许可，对梁柱结构节点处，水平加劲板的标高进行抬高10c m，并按原图留设排气孔。

2、筏板钢筋处理

（1）若设计底板底部落在不同标高断面上，致使部分型钢柱无法按原设计要求埋入筏板。可采取临时固定措施，钢管Φ89，T3mm，上下制作500mm×500mm，2.5mm钢板与钢管连接，并加固以8mm加劲板，支撑起临时固定后采用缆风绳对支撑垂直度进行调整复合。

（2）若遇到面筋或底筋与腹板相交，则对应采取开孔；若与翼缘板相交，则采用15d弯头弯锚且要满足L a E锚固长度。

3、梁筋处理方式

（1）为确保梁筋能一次性穿孔，所有型钢柱节标高及偏移数据均在现场实测实量，并将数据反馈至厂家，厂家根据要求进行微调，并在出场前进行预拼装。

（2）由于型钢柱与交接处梁的轴线关系、截面尺寸以及钢筋的规格数量均不同，因此加工过程中需对每个型钢柱节进行独立编号，并在柱身注明方向，避免现场吊装过程中由于方向不正确导致钢筋不能穿过。

九、吊装施工要点

1、吊装过程成品保护

型钢柱节均由厂家直接运送至现场进行复查，符合规范要求后允许进场进行吊装。吊装过程中，吊绳与耳板连接稳定后起吊，并在柱脚处需加设垫木。

2、安装过程误差控制

在吊装完成后，在纵横2个方向上架设经纬仪实时监测上部型钢柱垂直度变化情况，通过千斤顶或缆风绳进行调整至垂直度偏差小于3.6′，

并且在焊缝施焊完成后温度趋于稳定，卸除临时固定装置前进行二次垂直度测放，符合要求时卸除临时固定装置。

3、型钢柱混凝土浇筑

本工程圆柱位于门厅部位，支撑高度高达18.95m，操作架体布设需考虑钢筋绑扎、钢模支撑、混凝土浇捣3道工序平台处理。由于型钢混凝土柱内有十字型型钢架，且周围6道不同形式箍筋环绕，混凝土浇筑及振捣的死角较多，易出现混凝土不密实现象。为此，浇筑时混凝土从型钢柱四侧均匀下料。每根柱采用四根振捣棒进行振捣，浇筑至顶。

尤其在梁柱接头部位，混凝土浇筑有部分空气不易排出，在型钢柱的腹板上预留排出空气的孔洞。

考虑到梁柱节点部位有十字形、钢筋间隙小，普通混凝土振捣棒不易插入，故采用Φ30振捣棒和附着式振捣器进行振捣，确保该部位混凝土振捣密实。