型钢混凝土组合结构施工方法

于 强

型钢混凝土组合结构又称劲性混凝土结构或包钢混凝土结构,是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构体系,在型钢结构外面包裹一层钢筋混凝土外壳形成的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、框架核心筒结构等结构体系,可以应用于全部构件,也可以用于部分构件。

1 工艺流程及操作要点

1.1 工艺流程

绑扎承台及筏板钢筋→预埋地脚埋件→浇筑底板混凝土→安装第一节型钢柱→绑扎柱子钢筋→柱脚灌浆→安装型钢梁→安装柱模板→浇筑柱子混凝土至梁底→拆除柱模→安装水平结构模板→绑扎梁、板钢筋→浇筑梁、板混凝土→安装第二节型钢柱→……

1.2 操作要点

1.2.1 预埋地脚螺栓

安装地脚螺栓需专人在纵横两个方向用经纬仪和水准仪控制预埋件轴线及标高,并在四个方向加固,安放调节螺母利用水准仪调节螺杆的高度,保证埋件标高。校正并加固牢固,检查合格后,请监理工程师验收。预埋验收合格后,在螺栓丝头部位上涂黄油并包上油纸保护。在浇筑混凝土前再次复核,确认其位置及标高准确、固定牢固后方可进行浇灌工序。浇筑混凝土时,拉通线控制以避免预埋件发生位移。

1.2.2 浇筑承台基础混凝土

浇筑承台基础混凝土时注意留出后浇的微膨胀无收缩灌浆料的高度。浇筑完成后重新复核预埋件的标高及轴线位置,确保混凝土浇筑过程中埋件无位移。

1.2.3 安装第一节钢柱

在钢柱安装前取掉辅助用的钢垫板将螺纹清理干净,对已损伤的螺牙要进行修复。

型钢柱的垂直度用经纬仪或吊线检查,当有偏差时用液压千斤顶顶起调节柱脚的上下螺母进行校正,柱脚校正后立即紧固地脚螺栓,并将承重钢垫板上下点焊固定防止走动。

1.2.4 安装柱子钢筋

1)柱主筋的施工。型钢混凝土组合结构竖向结构钢筋的施工。柱主筋φ 20～φ 32的钢筋,采用直螺纹连接。水平方向设有多肢箍筋组成的箍筋组及拉钩。主筋的安装与普通钢筋工程基本相同,但在上部或下部遇有钢梁时,需要提前进行深化设计,柱主筋尽可能躲开钢梁,躲不开的应从钢梁预留孔中穿过。2)柱箍筋的施工。箍筋是型钢混凝土组合结构中对混凝土起约束作用的重要钢筋构件,必须保证其完全闭合,并与主筋牢固连接。柱箍筋由矩形箍筋、八边形箍筋和拉筋组成,大部分箍筋均设计为φ 12的钢筋,硬度大,可调性差。钢筋加工时严格控制下料长度和弯折角度,保证成品箍筋安装顺利。且安装时不能像普通混凝土结构柱子一样从顶部顺序下放,必须将箍筋加工成开口箍,然后将其焊接起来。注意保护主筋连接丝头,一旦破坏将无法修复。

1.2.5 柱脚灌浆料的施工

钢柱锚板与混凝土底板上平之间预留的50 mm缝隙用无收缩灌浆料填充。浇筑无收缩灌浆料时,从一侧灌浆,至另一侧溢出并明显高于锚板下表面为止,严禁从两个以上方向轮流浇筑。灌浆料无须振捣,且开始灌浆后必须连续进行,不能间断,并尽可能的缩短灌浆时间。

1.2.6 型钢梁的吊装

1)钢梁的施工。型钢柱吊装完成后经最后固定方可吊装型钢梁,钢梁吊装前应在柱子的牛腿处检查标高和柱子的间距,主梁吊装前应在梁上装好轻便走道,以保证施工人员的安全。一般在钢梁上翼缘焊接耳板,作为吊点。吊点位置取决于钢梁的跨度。为加快吊装速度,型钢梁吊装后进行总体的一次性校正。校正内容包括标高、垂直度、轴线及净跨。钢梁的连接方式一般有焊接和高强螺栓连接两种。采用半自动CO2气体保护焊的单V形坡口焊道与柱牛腿焊接,并对焊缝进行探伤。高强螺栓要经过初拧(当天初拧的螺栓当天终拧)并用扭矩扳手验收合格,钢梁焊接并探伤合格后,方可穿主梁钢筋;由于梁底模已经安装,必须先将梁筋连接好后方可施工,且箍筋必须做开口箍,梁的主筋套好后将箍筋焊接封闭并绑扎牢固。2)普通钢筋混凝土梁主筋与型钢柱牛腿的连接。若普通钢筋混凝土梁的主筋能穿过型钢柱的腹板则可提前进行深化设计在型钢柱上主筋标高处打眼,若主筋无法穿过腹板则可根据普通钢筋混凝土的规范要求看柱边到腹板的长度能否满足锚固长度,若满足要求则按锚固要求施工,若无法满足要求则可采用搭接焊,将梁的主筋焊接在型钢牛腿上,焊缝长度必须满足规范要求。3)梁柱节点箍筋的安装。钢梁的梁柱节点施工需要提前进行深化设计,柱箍筋采用开口箍,焊接在型钢梁的腹板上。

1.2.7 柱模板施工

本工程方柱全部配制木模板,圆柱采用定型钢模。在钢筋安装完毕,安装专业预留预埋完成,并经监理单位验收合格同意隐蔽后安装竖向结构模板,型钢混凝土结构模板施工与普通钢筋混凝土结构模板施工基本相同,但要注意以下几点:1)配板尺寸:竖向结构模板安装前,上部的型钢梁已经安装完毕。本工程方柱采用四片木模板组拼,方便快捷,圆柱采用定型钢模提前浇筑柱子混凝土至梁底。2)对拉螺栓:柱箍采用槽钢加固,若柱截面小于800 mm时不需要对拉螺栓,若柱截面大于800 mm时采用对拉螺栓,对拉螺栓按焊接长度焊接在型钢柱上。3)模板配制高度以能够满足层高要求即可,不要过高,否则将与柱顶部的型钢梁发生冲突;配制木模板,可拆改,增强模板施工的可调节性。

1.2.8 柱混凝土施工

1)普通型钢柱(十字柱)。工艺流程:浇筑部位施工缝的清理→有关专业的验收(土建、水电)→施工缝提前浇水湿润→混凝土输送泵试运行→铺设50 mm的水泥砂浆(其配合比与混凝土的砂浆成分相同)→分层浇筑混凝土→分层振捣→柱上口混凝土标高检查→清除混凝土表面浮浆→拆模→养护→成品保护。

2)浇筑方法。柱混凝土浇筑前,先浇筑50 mm厚的水泥砂浆,其配合比与混凝土的砂浆成分相同,并用铁锹入模,以避免烂根现象。柱混凝土浇筑时应分层浇筑,分层厚度不大于400 mm。

由于地下一层柱的高度为8.4 m,柱混凝土采用分段浇筑法施工,同时在混凝土浇筑过程中,要加溜槽,混凝土下落高度控制在2 m以下,保证混凝土在浇筑过程中不出现离析现象。

软管出口混凝土离模板内侧面不应小于50 mm,且不得向模板内侧面直冲布料,也不得直冲钢筋骨架;混凝土下料点分散布置,间距控制在2 m左右。

混凝土的振捣间距为450 mm,振捣时间以混凝土表面出现浮浆,不再下沉为止,时间宜在20 s左右。

振捣棒不得触及模板钢筋预埋管件;浇筑时,应设专人看护模板、钢筋有无位移、变形,发现问题及时处理。振捣棒应快插慢拔,插点要均匀排列,逐点移动,点的间距控制在450 mm为宜,十字形钢柱应在柱四角进行插棒振捣。振捣棒插入混凝土的深度以进入下一层混凝土50 mm为宜,做到快插慢拔,振捣密实。

型钢梁混凝土的施工同普通梁板混凝土的施工,但由于核心区的钢筋比较密集,必须加强核心区混凝土的振捣,可以采用30棒加强振捣。

2 质量要求

型钢混凝土组合结构的施工质量要求应遵循GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范、GB 50300-2001建筑工程施工质量验收统一标准、GB 50205-2001钢结构工程施工质量验收规范、JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构技术规程等相关规定的有关要求。

3 应用实例及效益分析

本工法在中铁十七局集团建筑工程有限公司承建的山西省图书馆工程中得到了应用,该工程地下1层,地上5层,建筑面积49 900 m2,结构形式为框架结构,在走廊、门厅等公共部位梁柱设计为型钢混凝土组合结构,型钢柱48根,其中十字柱32根,圆形柱16根,型钢梁若干根,总重930 t,造价715万元,占主体结构造价的12%。该工程在施工过程中执行该工法精心策划、道道程序严格把关,认真施工并得到了预期效果。

型钢混凝土组合结构的型钢可以不受含钢率的限制,其承载力可以高于同样外形尺寸的钢筋混凝土构件承载力的1倍以上,因而可以减小构件的截面,增加使用面积和净高,其经济效益是可观的。

型钢混凝土组合结构在我国工程领域已广泛应用,其施工工艺标准和规程也在进一步完善中,本工程型钢混凝土组合结构的施工技术给类似工程的施工提供了宝贵的经验,并且培养了一批优秀的专业施工人员,进一步促进了型钢混凝土组合结构在我国建筑行业中的发展与应用。

[1] JGJ 138-2001,型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[2] 王连广,刘之洋.型钢混凝土结构在国内外应用和研究的进展[J].东北大学学报(自然科学版),1995(3):238-240.

[3] 范 涛.浅述型钢混凝土结构的特点及应用[J].四川建筑科学研究,2004(12):38-40.