浅谈型钢混凝土结构施工技术

关键词： 型钢混凝土， 节点，施工技术 

　　绪 论 

　　型钢混凝土结构作为现代高层复杂建筑经常采用的工程结构，其具有承载力大、刚度强、抗震性能好等优点，是钢- 混凝土组合结构的一种主要形式。因本公司曾计划在昆明承接昆明市医院工程，该工程为型钢混凝土结构，为充分了解和掌握型钢混凝土结构的特性和施工要点，于是就拿曾经接触过的类似项目（即万达广场项目）为参考，查阅相关资料，并向专业人士请教而得到一点心得，形成此篇文章。 

　　一、 工程概况 

　　北京万达广场二期工程建筑面积20万平方米，建筑高度达100米，是集休闲、娱乐、百货、酒店、公寓、写字间于一体的智能化建筑。大厦总共25层，地下3层，地上22层，楼面建筑层高为4.05米， 纵向距离为 28.6m。混凝土强度设计等级为40型（型钢梁柱部分为 C50）。主体结构部分受力筋HRB400 及HRB335 为主，型钢框架结构是楼体整体系统的主要受力构件，纵向跨度为27.963米，横向由连续三跨连续梁组成， 单跨跨度 23.122 m， 为目前跨度较大的型钢混凝土框架结构。框架体系中线尺寸 24.906 m×67.884 m， 型钢梁顶标高7.2 m； 型钢柱为双 H 型焊接型钢断面， 型钢梁为 H型焊接型钢断面。 

　　二、 型钢混凝土施工重点及要点 

　　1、型钢混凝土柱施工重点设计 

　　梁柱节点、模板支护及混凝土施工是整个型钢混凝土结构施工质量和整个工程结构安全的关键。①型钢混凝土柱梁节点处理。型钢混凝土柱钢骨呈双 H 型， 纵向及横向的型钢梁钢筋需贯穿型钢柱翼缘及腹板， 型钢柱钢筋需贯穿型钢梁翼缘。此外还有诸多的斜向普通混凝土次梁钢筋。贯穿孔的数量多， 孔型多， 所有这些贯穿孔的标高和轴线定位要准确， 制孔精度要求高， 如何保证转换大梁处梁柱节点施工质量是施工重点之一。②型钢混凝土梁柱模板及支撑系统设计。梁柱截面尺寸大， 跨度大， 属大跨度梁， 支撑体系设计需重视。③型钢混凝土结构混凝土（ 强度 C50） 施工、混凝土浇捣的密实度及其养护也是型钢混凝土设计重点。 

　　2、型钢混凝土模板、钢筋及砼施工要点 

　　在型钢混凝土的模板、钢筋及混凝土施工过程中要注意以下一些施工要点：①型钢梁安装就位后， 型钢以及型钢梁拉筋均需要焊接。因此， 模板只需要先铺底模。②型钢混凝土钢筋安装原则： 钢筋能绕过型钢的尽量绕过型钢， 尽量避免穿翼缘， 穿钢筋孔必须进行塞焊。③采用封闭箍筋， 其末端应有 135°弯钩， 弯钩端头平直段长度不应小于 10 倍箍筋直径。若箍筋末端不能制作成 135°弯钩， 则进行焊接。④垂直于翼缘的梁筋， 通过翼缘板上的预留孔穿入柱内， 垂直于腹板梁筋遇腹板时， 弯折锚固入柱，锚固长度不小于 40d， 弯钩直段长度不小于 10 d。⑤板筋按原设计要求布置， 遇到劲钢柱的翼缘和腹板而无法穿过时弯折锚入柱内 30 d， 并按设计图要求增设附加钢筋。⑥型钢混凝土框架梁的截面高度不小于 500 mm时， 在梁的两侧沿高度方向每隔 200 mm， 应设置 1根纵向腰筋， 且腰筋与型钢间宜配置拉结钢筋。⑦型钢混凝土钢筋接头必须采用焊接。⑧在梁柱接头处和型钢翼缘下部， 要预留排除空气的孔洞和混凝土浇筑孔。⑨混凝土浇筑时， 必须使用小直径振动器。而且型钢梁下部梁外模， 也必须使用振动器进行体外振动纵向腰筋， 且腰筋与型钢间宜配置拉结钢筋。⑩型钢混凝土钢筋接头必须采用焊接。在梁柱接头处和型钢翼缘下部， 要预留排除空气的孔洞和混凝土浇筑孔。 

　　三、型钢混凝土施工工艺 

　　1、 型钢混凝土柱梁节点施工图深化设计 

　　根据以上特点及要求， 结合柱梁节点内各种钢筋的相对空间位置， 运用 CAD 进行施工图深化设计， 将柱梁节点交汇处所有柱筋、梁筋与钢骨的相对位置准确地放在图纸上， 以保证钢骨上贯穿制孔标高、轴线的准确性。在此阶段， 主要考虑如下因素：①尽量将钢筋避开型钢， 减少钢筋穿孔数量（ 虽然与钢筋尽量分布均匀有力构件受力相矛盾，但从减少型钢截面损失率、降低施工难度考虑， 宜反复比较寻找最佳方案） 。②综合考虑节点位置钢筋的三维空间定位， 尤其是注意主次梁钢筋的平面冲突及梁柱钢筋的立面冲突。③深化设计首先需确定好柱箍筋的穿孔定位，并确保所有主筋 （ 包括为避开型钢而弯折的主筋）均在箍筋范围内。④形成型钢钢筋定位制孔图后要经多次复核，确保无误， 避免现场成孔影响施工质量， 耽误工期。 

　　2、型钢混凝土钢骨制作、运输、吊装、就位处理 

　　根据钢骨柱钢筋定位穿孔图确定钢结构各节点、构件分段细节， 做好钢骨细部加工详图设计工作； 构件在加工厂制作， 制孔皆采用钻床制孔， 严禁现场制孔； 对需开的孔进行编号、核查， 再制孔， 制孔过程中孔壁保持与构件表面垂直； 制孔完毕后孔周围的毛刺、飞边用砂轮打磨平整。采用公路法进行运输。由专人全面负责钢结构的运输及协调指挥， 并负责运输途中相关事宜的联系与处理， 保障落实运输技术及安全防护措施。 　　构件吊装前对土建纵横轴线、标高、预埋件水平度等进行检查、复测、验收， 并用红油漆标出明显、准确的标志。吊装型钢柱时必须进行检查，截面尺寸是否一致，安装连接件、栓钉和预留的穿筋孔洞的数量及位置是否与设计文件一致。吊装就位应注意型钢柱的轴线方向与预留孔洞的朝向，其垂直度由两台正交放置的经纬仪进行校正，保证其偏差在允许的范围内。本工程构件采用摩擦型高强螺栓连接， 用扭矩法施拧高强螺栓， 分初拧和终拧两次完成， 初拧扭矩根据试验确定为终拧扭矩的 50%。施拧次序从节点板的中央， 辐射形式向四周边缘对称地进行， 最后拧紧终端螺栓。 

　　3、 钢筋制作与绑扎工艺 

　　（1）柱主筋的施工 

　　柱主筋的安装与普通钢筋工程相同，但在上部或下部遇有型钢柱焊钢托座时，钢筋要与型钢柱焊钢托座进行5d双面焊接，为了保证箍筋的安装，在此部位的钢筋采用直螺纹连接，其接头位置一般位于钢筋净高的1/3高度处，以使两节钢筋适当弯曲，用正反丝直螺纹套筒进行连接，接头的高低均会影响其中一节钢筋的顺利就位。 

　　（2）柱箍筋的施工 

　　a.箱形柱箍筋由矩形箍筋、八边形箍筋和拉钩组成，箍筋的直径比较大，加工时必须控制好下料长度和弯折角度，以保证其顺利安装；b.箍筋安装时不能象普通的钢筋混凝土柱一样从顶部下放，须将箍筋开口部位打开，在连接主筋前将箍筋沿型钢柱柱身向下套；c.向下套箍筋时应注意箍筋开口不要过大，严禁将箍筋弯成死角，以免影响就位后恢复原状，同时注意做好主筋丝口的保护；d.原设计在梁柱节点部位箍筋在牛腿腹板上穿孔进行闭合，由于箍筋间距小，穿孔数量多，这样做不仅会增加工作难度，而且会严重影响结构的承载力，经设计同意，在梁柱节点部位的柱箍筋与牛腿腹板采用焊接封闭技术，保证了结构的完整性和质量。 

　　（3）钢筋绑扎工艺流程 

　　钢筋绑扎工艺流程为： 布置钢筋马凳→梁下部钢筋上层筋连接就位→利用钢筋短头将下部筋分排（ 直径与钢筋排距同） →梁上部钢筋连接就位→布置梁箍筋→钢筋绑扎、定位。 

　　因构件内含型钢， 型钢混凝土钢筋施工在型钢安装完毕后进行， 受型钢的约束， 钢筋的施工与普通梁相比难度加大， 本工程采取了如下措施：钢筋连接方式采用直螺纹套筒连接。本工程钢筋主要为 HRB400 级螺纹钢， 直径从 Φ32～Φ40 不等， 异形钢筋多， 且还要穿过型钢预留孔， 只能采用机械连接， 本工程采用直螺纹套筒连接， 在部分中间跨钢筋连接时， 由于施工需要还采用了反套筒连接。施工前做好钢筋接头位置设计， 既满足了规范要求， 还最大限度地减少了钢筋废头。在今后施工中如果条件具备， 采用挤压套筒连接效果会更好。 

　　梁底模与底筋采取“逆作法”施工。钢梁内 H型钢上下翼缘板与梁上下钢筋间的距离均较小， 为保证梁下部钢筋连接及绑扎的操作空间， 梁钢筋骨架在梁底模支护前绑扎好。具体措施为先利用脚手架搭设梁底模支撑架，两侧满铺脚手板， 挂好安全网， 以此作为钢筋作业平台， 之后在型钢下翼缘焊接倒 T 形钢筋马凳， 马凳采用 Φ20@2000， T 脚与翼缘中线位置满焊， T 脚高度根据主筋保护层厚度计算得出。随后开始梁钢筋绑扎， 这样在型钢混凝土梁成型前完全利用 T 形马凳及钢筋两端的节点穿孔完成了钢筋的定位与承载， 钢筋施工全过程利用型钢结构自承重， 既保证了施工条件， 还减轻了底部模板支撑荷载。钢筋骨架形成后铺设梁底木方， 再将模板从骨架与木方间间隙平推就位， 随后拉线调整固定。 

　　4、模板及支撑体系施工工艺 

　　本工程在进行模板及支撑体系设计时， 着重考虑如下几方面：由于本工程考虑混凝土应力原因， 设计考虑了2 条 1 m 宽后浇带， 将整个楼面分成 3 块， 考虑自重及其它荷载， 由于后浇带而断开的梁底模均不能拆除， 故在搭设脚手架时该部分要独立考虑。由于构造的特殊原因， 为了保证构件混凝土密实度， 型钢混凝土构件所采用的混凝土坍落度比一般泵送混凝土要大， 一般为 160 mm 以上， 因此模板所承受的来自流态混凝土的压力也比一般混凝土构件大。 

　　本工程梁模板均采用 15 mm 厚九层板配制，支撑体系均用 Φ48×3.5 钢管和可调撑托。经计算，梁底模板背方采用 100×100 木方 @200，侧模用，50×100 木方 @300， 两侧用 Φ48×3.5 钢管 @500 夹紧， 并用 Φ48×3.5 短钢管 @300 横向设置于梁底板模板木方底部， 并在梁底板和梁两侧处与竖向立杆（ Φ48×3.5 钢管） 通过扣件拧紧固定。立杆间距为 0.8 m×0.8 m， 横杆步距 1.0 m， 每 4 m 设置一道剪力撑，大梁的支撑通过横杆与满堂脚手架相连， 底部设置扫地杆。此外由于梁的跨度大于 4.0 m， 根据设计要求起拱1‰L， 又因为梁高为 1.6 m， 沿梁高方向对拉螺杆， 螺杆直接焊接在型钢腹板上。模板拼缝处用双面的海绵胶粘贴密实。 

　　5、型钢柱与型钢梁的连接 

　　柱内型钢与梁内型钢的连接焊缝等级为一级焊缝，在工地施焊必须采用全熔透坡口焊缝，焊条等级应与设计和相应钢材的等级相匹配。在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋，水平加劲肋应与梁翼缘等厚，采用坡口全熔透焊缝焊接。焊接时必须保证施焊点的干燥与清洁，严禁在雨雪天进行任何焊接活动。对于全部焊缝，必须进行100%无损探伤，对于有问题处，必须采取相应措施彻底处理。 

　　6、特殊部位的节点处理 

　　型钢梁抗扭钢筋拉结筋与型钢腹板的连接：抗扭钢筋的拉结筋若通过在型钢腹板上开孔的方式与抗扭钢筋或构造筋拉结，由于数量较多且工厂内开孔定位与现场施工情况不能很好的相符合，大大增加了型钢制作和现场施工的难度，此时可将拉结筋改为拉钩施工，做法是：将拉结筋的一端弯折成135°弯钩，另一端弯折成90°弯钩，平直端长度10d，施工时，135°弯钩段紧紧钩住抗扭钢筋，另一端平直段与型钢腹板满焊连接，焊接长度10d，支设模板前需将焊接部位焊渣全部清理干净。型钢梁的搭接连接，应在距离支座满足大于1/3净跨区域，采用全熔透焊缝焊接，焊缝等级一级，并应对所有此类焊缝进行无损探伤。 　　7、混凝土浇筑工艺 

　　（1）混凝土配制要求 

　　型钢混凝土构件对混凝土要求较高， 采用 C50高流态混凝土， 骨料粒径为 5～20 mm， 级配良好，现场出料坍落度控制为 180±20 mm， 初凝时间 12～13 h， 终凝时间 15～16 h。 

　　（2）混凝土浇筑时的关键技术 

　　①主梁底部钢筋密集且有型钢梁的影响， 故浇筑混凝土时在型钢梁一侧下料， 用振捣器向另一侧赶， 直至另一侧出现混凝土再在两侧同时振捣， 从大梁的中间向两端平行推进。②由于型钢构件的特殊性， 尤其是本工程采用双 H 形型钢柱， 在加劲板及节点处上下翼缘的内侧与型钢柱腹板形成“死角”部位， 施工规范常规做法是在该处开一直径约 50 mm 排气孔， 施工时利用混凝土的良好自流性与和易性挤出“死角”部位空气， 以保证混凝土密实。然而我项目部技术人员分析认为： 混凝土自上而下浇筑， 排气孔往往未来得及排气便被堆积在加劲板及翼缘上部的混凝土堵塞， 这样排气孔便失去了其本来的作用， 加之“死角”部位为振捣盲区， 空气无法排出， 便必然会在该部位形成气囊， 造成构件内部空洞， 影响构件质量。经仔细研究， 我们采用了利用排气管改进排气孔的施工工艺， 利用 Φ32 硬质 PVC 套管预埋， 将“死角”部位与外界贯通， 待混凝土浇筑高度超过该部位后及可将套管抽出， 再对混凝土进行补振。 

　　四、施工方法的改进 

　　1、改变焊缝的坡口形式 

　　翼缘板接长用的对接焊缝设计一般为“X”型焊缝，在现场焊接时须进行仰焊作业，而且梁下部翼缘板工作面相当狭窄，对焊接质量影响相当大，又增加了现场焊接时间。经与设计联系后，将“X”型焊缝改为“V”型焊缝，大大加快了焊接速度，同时也消除了仰焊可能引起的质量隐患。 

　　2、改进校正方法加快安装速度 

　　安装型钢柱时，在柱身四面临时固定用缆绳上加上花篮螺栓，如图8所示。在柱身焊接时用线锤和经纬仪观测柱身垂直度变化，用缆绳上的花篮螺栓校正柱身，大大加快了型钢柱安装校正速度。 

　　结 论 

　　北京万达广场二期工程型钢混凝土结构通过采用上述技术措施， 保证了结构施工顺利进行， 型钢混凝土成型后未发现一处孔洞、露筋、蜂窝麻面、跑模等质量缺陷， 混凝土的密实度通过了相关检测单位的无损检测，达到了内坚外美的工程效果。 

　　参考文献 

　　[1] 翁华为， 华锦耀.型钢混凝土梁柱的施工技术[J]. 工程设计与建筑， 2004， 36（3）： 26- 30. 

　　[2] 张峰， 何凯锋.贵阳市行政中心大楼型钢混凝土施工工艺 

　　[3]周明杰.钢筋混凝土组合结构设计与工程应用[M].北京：中国建材工业出版社， 2005.