桁架梁—型钢混凝土组合悬挂结构施工技术

杜 月 胜

(1．湖北工业大学，湖北 武汉 430000;2．山西一建集团有限公司，山西太原 030012)

1 概述

型钢混凝土组合结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种结构形式。由于在钢筋混凝土中增加了型钢，型钢以其固有的强度和延性，以及型钢、钢筋、混凝土三位一体的工作，使型钢混凝土结构具备了比传统的钢筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能好的优点。在大同市公安局指挥中心及业务用房工程中，因建筑上的空间需求，在结构设计中采用了钢桁架梁结构、型钢混凝土组合结构和钢悬挂结构。4．5m高的钢桁架梁结构营造了净跨度为21．4 m的大跨度结构。型钢混凝土组合结构是大跨度钢桁架梁的支座。钢悬挂结构在8层，9层，10层中局部采用，营造出了高达16．2 m的结构空间(模型见图1)。

图1 组合结构模型

型钢与钢筋混凝土组合钢悬挂结构中，跨度大，高度高。施工难点是型钢与钢筋混凝土组合钢悬挂结构如何施工才能保证钢构件正常受力，混凝土构件与钢构件共同承受荷载，防止单一构件受力，其他构件超负荷受力遭到破坏。所以钢悬挂结构的施工流程、钢桁架梁与型钢柱、混凝土梁与型钢混凝土柱的节点施工控制是工程的难点，也是关键控制点。通过施工人员的反复论证、对比、模拟，重点解决了型钢混凝土组合结构的钢悬挂的施工流程、卸载顺序以及型钢结构的关键节点的施工方法。我公司的技术人员创立了一套切实可行的桁架梁、型钢柱—混凝土组合钢悬挂结构施工技术，确保了本工程圆满完成。

2 工艺原理

设计施工流程应是先施工作为支座的型钢混凝土组合剪力墙结构，再施工作为屋盖结构的10层型钢混凝土组合结构。待混凝土强度达到设计强度后，悬挂内部的8层，9层的钢结构。如果按设计流程施工，10层的屋盖已封，不能再使用塔吊进行吊装，8层，9层，10层的钢结构构件的吊装成为施工难题。经过多次讨论、论证、模拟安装，最后与设计院沟通改变了部分施工流程。先施工作为支座的型钢混凝土组合剪力墙结构，再施工作为屋盖结构的10层型钢结构，然后安装8层，9层，10层的悬挂钢结构，因屋盖结构还没有与混凝土形成受力结构，所以8层，9层，10层的悬挂钢结构下面需加临时支撑，使之变成传统的受力方式。最后待10层的型钢混凝土组合结构达到设计要求的强度后，将临时支撑拆除进行卸载，完成整体悬挂结构的施工。

3 操作要点

3．1 钢柱安装

3．1．1 钢柱吊点及吊具的设置

钢柱吊点的设置需考虑吊装简便，稳定可靠，还要避免钢构件的变形。吊装时利用钢柱定位连接板的螺栓孔，为了便于吊装和防止起吊时耳板的变形，采用专用吊具，吊具用螺栓与钢柱连接板连接。

3．1．2 同心度的调整

上下节钢柱的同心度通过千斤顶和反力架进行调整，注意调整同心度时需松开定位耳板处的安装螺栓，此工作需提前用塔吊将上节钢柱吊起方可进行。

3．1．3 标高及垂直度的调整

钢柱标高的调整通过上下节钢柱的标高控制线进行控制:首先在下节柱上端弹好距柱顶500 mm的标高控制线，参照图纸，在上节柱下端弹好距下节柱控制线为1 000 mm的标高控制线(此控制线需从上节柱的上面节点处向下返出)，在精确调整时可通过专用工具调整这两条控制线的距离来控制上节钢柱的标高。

3．1．4 钢柱的临时固定

钢柱安装好后立即在四面拉好缆风绳，缆风绳一侧与钢柱定位耳板相连接，另一侧与在混凝土板预埋的地锚相连接(如图2所示)。在钢梁安装好后相应方向上的缆风绳方可去掉。

图2 钢柱临时固定图

3．2 柱间钢桁架梁的安装

1)桁架梁在现场加工场地进行组对拼装，组对时，采用刚性拼装胎架，现场按照设计图纸进行1∶1放样，同时根据工厂组对数据进行现场组对。组对完成后，采用塔吊吊运至安装部位，桁架起吊的速度应均匀缓慢，同时将桁架上的稳绳固定在各个角度，使起吊中不致摆动。安装临时固定稳妥后，吊车方可摘去吊钩，调整好位置后再对其接缝焊接牢固。2)钢桁架梁与型钢柱节点施工。因剪力墙的混凝土施工在先，钢柱与桁架梁连接部位做成钢牛腿。钢桁架梁的净跨度为21．4 m，减去钢牛腿的预留长度，单榀桁架梁的长度变为20．4 m，桁架梁的最大重量为13 t。钢构件为异地加工，因运输条件的限制分段制作，运至现场后再将钢桁架梁拼装成整体，验收合格后进行安装。通过测量，所有钢构件均在7032塔吊的可吊范围内。桁架梁均可整榀吊装，先安装主桁架梁，后安装次梁。

3．3 型钢混凝土组合墙施工

按图纸设计，墙体中配置三排钢筋，钢桁梁正中位置有一排钢筋，绑扎钢筋时，先绑扎中间层钢筋，再绑扎两侧钢筋。当中间层钢筋遇钢柱、钢桁架梁时，采取如图3所示的方法绕过钢柱、钢梁，绑扎钢筋搭接长度满足相关规范和图集的规定。在2层～7层，局部钢桁架梁位置处为跨层的连梁，连梁高度4．18 m(如图4所示)，因其截面尺寸较大，所以箍筋的加工与安装都要注意，加工时需2人～3人配合，防止加工形成的箍筋变形。安装时应确保其标高准确。

图3 钢筋绑扎

图4 连梁示意图

3．4 钢悬挂结构安装

待钢结构两侧的包裹钢柱的10层混凝土剪力墙强度达到100%时，可开始10层桁架梁的安装，先安装主桁架梁，再安装次桁架梁，钢桁架主梁在组对时要考虑到起拱高度，确保安装完成后钢桁架梁不下挠。

待10层钢结构的节点焊接牢固，各节点检查合格后，加设临时支撑安装8层，9层，10层的悬挂结构，加临时支撑时，在8层每根吊柱的下面采用千斤顶辅助加设临时支撑，临时支撑支设在7层的钢桁架梁上。临时支撑能力需经过验算，需将8层，9层结构的荷载和施工荷载同时施加在支撑点上进行考虑，验算分为两个方面:1)支撑点能否承受临时支撑荷载的验算。2)临时支撑本身的验算。

3．5 临时支撑卸载

3．5．1 临时支撑卸荷顺序

卸荷顺序遵照由弱到强的原则，即由中间向两边依次卸荷，分五批进行卸荷，各批次卸荷杆件如图5所示。

3．5．2 卸荷条件

1)8层～11层钢结构焊接完成，并且探伤合格。2)对卸荷点的初始位置进行测定，记录数据。3)下一级卸荷在上一级卸荷完成后至少间隔2 h方可进行，以保证上一级卸荷后，完成内力重分配，使构件达到稳定状态。4)卸荷前对关键节点部位进行定期监控和检测，并记录数据。5)卸荷前对参加施工的操作人员进行专业和安全培训。6)卸荷前，应报请甲方、监理对桁架结构构件的连接位置应通过验收。7)结构安装完毕后、卸荷前应对起拱位置进行复验，需满足设计要求，并得到监理单位的认可。

图5 各批次卸荷杆件

4 质量控制

1)施工质量标准除参照规范规定外，以规范标准、设计文件为依据，对钢柱、桁架梁构件的下料、焊接、安装等主要工序随时进行质量检查，发现问题及时解决，以确保质量控制。2)桁架梁在制作和现场拼装时要严格按照规范标准要求进行起拱，保证安装完成后不下挠。3)安装质量控制标准:轴线位移:钢柱、桁架梁的安装轴线偏差不得大于±1 mm。垂直度:偏差不得大于2 mm。标高:偏差不得大于2 mm。4)安装焊接质量:一级焊缝处要求100%探伤、无夹渣、气孔、弧坑裂纹、电弧探伤、咬边、未焊满、根部收缩等缺陷，焊缝表面应均匀、光滑，焊缝与母材应平滑过渡。

5 结语

大同市公安局指挥中心用业务用房工程地下1层，地上10层，整体工程呈“U”字形。总建筑面积为78 987．02m2，其中地上为62 461．12 m2，地下为16 525．90 m2。其为钢筋混凝土框架结构及钢筋混凝土框架剪力墙结构，中间部位为型钢混凝土组合结构。型钢混凝土结构施工技术的应用以及钢悬挂结构的使用，营造了大跨度的结构空间和高空连层结构，创造了钢筋混凝土结构所不能达到的大跨度。本工程于2012年4月全部施工完毕，经设计单位、建设单位、监理单位和施工单位共同对工程进行检查验收，各项技术指标符合要求，评定为合格。经过半年多的运行使用，效果良好，用户满意。