谈型钢混凝土在大跨度复杂结构中的应用

张铁军（大秦铁路股份有限公司太原车辆段，山西　太原　030045）



谈型钢混凝土在大跨度复杂结构中的应用

张铁军
（大秦铁路股份有限公司太原车辆段，山西太原030045）

摘要：简述了型钢混凝土组合结构具有的优势，以某新建多层车库工程为例，通过方案比选，采用型钢混凝土结构进行施工，从地脚螺栓的预埋、型钢柱的安装、混凝土的浇筑等方面，对其施工技术要点进行了总结，确保建筑结构的稳定性及施工质量。

关键词：型钢混凝土结构，型钢柱，钢筋，施工要点

0　引言

型钢混凝土组合结构是一种新型的组合结构形式，其主要理念就是把型钢埋入钢筋混凝土中。由于在钢筋混凝土中增加了具有其特有强度和延性的型钢，发挥型钢、钢筋、混凝土三位一体的作用，这一组合结构形式具备一定的优势：与传统钢筋混凝土结构相比，其具有承载力大、刚度大、抗震性能好等优点；与钢结构相比，其则具备防火性能好、结构局部和整体稳定性好、节省钢材等优点［1］。接下来，笔者就以大秦铁路股份有限公司太原车辆段多层车库为例，对型钢混凝土组合结构的选型和施工要点进行探讨。

1　工程概况

本工程为一座新建多层地上停车库，建设规模为占地面积约4 200 m2，新建建筑面积14 534.75 m2，层数为地上5层，建筑高度16.3 m。因场地面积有限，需在原有场地上进行改造扩建，但其部分原有建筑如：风泵房、储风缸、污水处理站设施（如图1中阴影区域所示）等无法拆除，故只能在保留原有建筑的基础上修建该多层车库。其中车库1层设计层高为3.9 m，功能主要分为两部分：一部分为原有风泵房、储风缸、污水处理站设施和新建配电室的功能区；另一部分则为汽车库。2层～5层层高为3.1 m，功能为汽车库。

图1　车库1层局部平面

2　结构模式选型

由于本工程结构中部分区域为原有建筑，且在原有建筑区域中不允许加设框架柱，造成该区域框架梁的最大跨度将达到16.8 m。同时由于本工程的各层层高和通车限高均已确定，从而导致大跨框梁的截面高度最大只能设计为0.8 m。经计算发现，该区域若采用0.8 m高的钢筋混凝土框梁，则结构的强度和挠度无法满足设计及规范要求。经过方案比选，反复计算核对后，本工程决定采用型钢混凝土结构。

经过计算该区域的跨度及承载情况发现，采用型钢混凝土结构，框架柱为钢筋混凝土结构配合框架梁采用型钢混凝土结构的形式，JGJ 138—2001型钢混凝土组合结构技术规程中有明确要求：型钢混凝土框架结构在框架节点处需要保证弯矩在梁柱间良好传递，所以该区域的框架柱也同样选用型钢混凝土结构。700 mm×700 mm型钢混凝土框架柱和750 mm高的型钢混凝土框架梁。

选用型钢混凝土结构的优点：

1）可以保证建筑物的层高要求；

2）可以保证该区域结构的稳定性。

因此，该区域的结构形式确定为型钢混凝土框架结构。

3　型钢混凝土的结构形式

本工程型钢混凝土框架柱的总截面尺寸为700 mm× 700 mm，框架柱的H型钢截面尺寸为350 mm×250 mm×16 mm× 20 mm（见图2）；型钢混凝土框架梁的总截面尺寸为450 mm× 750 mm（宽×高），框架梁的H型钢尺寸为500 mm×250 mm× 14 mm×30 mm（高×宽×腹板厚×翼缘厚）（见图3）。

图3　型钢混凝土框柱剖面（二）

图2　型钢混凝土框柱剖面（一）

4　施工技术要点

4.1地脚螺栓的预埋

在整个型钢混凝土施工过程中，首先要做的是地脚螺栓的预埋工作，这一工序在整个结构形式中起着至关重要的作用。其预埋工作的好坏将会影响到整个结构形式的安全稳定。因此必须做好地脚螺栓的预埋工作。在预埋件安装过程中，首先需要从纵向和横向分别采用经纬仪反复校正轴线的准确性，安装高度则由水准仪来进行校正。随后对其进行加固，这一过程中需在四个方向同时进行，且在该过程中可通过水准仪矫正预埋件安装标高［2］。上述每一步工序必须经过认真检查，并由现场监理验收合格后方可进行下一步骤。为防止预埋件腐蚀，应采取防腐措施，常用的方法为在螺栓头部涂黄油并外包油纸。螺栓预埋件的浇筑工作，必须在确定其位置及标高的准确性和精确性的前提下才可以进行。同时，浇筑过程中还需通过拉通线来保证预埋件的位置准确。

4.2型钢柱的安装

由于型钢柱的结构形式多H型截面，同时为了充分发挥塔吊及起重机的能力，一般将钢柱分段制作，原则上为2层或3层一段，但必须保证分段点应在梁肩以上1.3 m处。段与段之间采用坡口焊接。在型钢柱就位后，应当立即对其进行初校，主要校核指标为垂直度、轴线、牛腿标高等。校核过程中，需首先采用螺栓将型钢柱固定，然后采用缆风绳与经纬仪相配合校正检查其垂直度。

在型钢柱吊装时需要注意几点：

1）进行吊装之前，必须分析构件受力情况，结合构件本身的强度和稳定性进行验算，在确保构件不会因此发生变形的前提下，确定吊点的具体位置。

2）为防止型钢柱在吊装过程中有异物进入杯口，吊装前须将其上口严密包裹。

3）吊装工作完成后，应当立即开展校正和临时固定工作，以保证型钢柱具有较强的稳定性［3］。

完成上述工作后，即可实施焊接工作。焊接过程中应保证整体性和一次性，切忌间歇性施工。型钢柱节点焊接部位的上、下接触面的间歇一般不应大于1.5 mm。当其处于1.6 mm～6.0 mm之间时，可选用低碳钢材质垫板填补空隙。在焊接口的预热准备工作完成后才能够进行坡口焊接。厚板的坡口焊接，一般可采用φ5 mm焊条。但也应当根据具体位置来确定，如φ4 mm焊条适用于底层焊接，而φ5 mm的则适用于中间层和盖面层。在上述三层的施焊过程中需保证连续性。除此之外，为避免焊接变形和减少残余应力，在柱与柱的对接焊接时可以采用二人同时对称焊接的方式［4］。

待型钢柱安装成功后，应当及时采用混凝土浇筑底板与承台处的空隙。浇筑前应当先对原有基础混凝土表面进行清理，使其保持清洁无积水，以方便进行混凝土浇筑。此类浇筑应采用无收缩混凝土。浇筑过程中需要注意的是，应当从一侧开始持续浇筑，切不可从多个方向同时或轮流浇灌。待相对应一侧有混凝土溢出，且其淹没锚板下表面时才能停止浇灌。上述工艺过程中有两点必须注意：

1）必须严格执行上述浇筑工序，且为保证混凝土浇灌质量，浇灌过程中必须保证不断振捣。

2）必须保证浇筑工作的连续性，切不可间断施工，同时还应当尽可能提高浇灌效率。

4.3型钢梁的安装

在型钢梁的安装过程中，不同部位的连接方式有所不同。其中，型钢梁与型钢柱、次梁与主梁、主梁与主梁连接时，上、下翼缘一般采用坡口焊接，而腹板则采用高强螺栓连接［4］。安装过程中需要注意的是：

1）每完成一节型钢梁的安装，就要及时进行检查，查看其在轴线、高度等方面是否存在误差，若存在及时进行修正，确保安装的准确性和精确性。

2）在高强螺栓安装过程中，为使螺栓可以自由插入螺孔内，一般多采用尖头撬棒和冲钉来确保螺孔对正。实际施工中难免会出现不重合的孔洞，这种情况下可选用钻头修孔以保证螺孔符合要求。

3）为减少焊接变形和残余应力，柱与梁焊接、梁与梁的对接时一般可采用两侧对称同时焊接。

4.4钢筋的安装

在型钢混凝土施工过程中，钢筋安装是主要难点，特别是当钢筋需穿过型钢柱的时候。当上述情况发生时，在选取穿孔位置和确定穿孔直径时需要注意以下几点：

1）除特殊情况以外，穿孔位置须躲避型钢翼缘。

2）某些情况下，预留孔洞位置可能会位于柱内型钢腹板上。当遇到此类情况的时候，必须保证腹板截面损失率小于其面积的1/4。

3）预留孔洞直径的大小根据预穿钢筋确定，在其直径基础上放大（5±1）mm即可，某些情况下也可放宽为增加8 mm。

4）当2）条中提及的型钢截面损失率无法保证时，就需要对其进行加固。一般常用的方法就是局部加厚型钢截面。但是采用这种补强措施时，需要注意其必须在确保混凝土浇筑质量的前提下实施，同时也不能造成结构体刚度的过度突变［5］。

4.5混凝土的浇筑

在整个结构形式施工过程中，混凝土施工主要分为两种，一种是钢管柱混凝土浇筑，另一种是型钢梁柱混凝土浇筑。

1）钢管柱混凝土浇筑。

钢管柱混凝土的浇筑过程通常分为三个步骤来完成：第一步为完成钢管内混凝土的浇筑工作。第二步则是在钢管外捆绑箍筋、柱纵向主筋，并架设外侧模板。第三步是在上述工作均完成的情况下，在钢管外进行混凝土浇筑。除了施工次序不同外，管内外的混凝土也有所不同。管内混凝土需要添加外加剂，而管外混凝土则采用普通混凝土即可。

2）型钢梁柱混凝土浇筑。

与钢管柱混凝土施工不同，型钢梁柱混凝土浇筑需要保证一次性施工。为避免内部钢柱因素造成流动性降低，此类浇筑采用四周同时下料方式。当遇到拉固钢梁时，则须从工字钢的一侧到相对应一侧实施浇筑。为保证浇筑质量，浇筑过程中需不断振捣。振捣过程须要注意确保混凝土厚度一直满足要求。实际施工中会出现部分部位较难浇捣密实，如梁柱接头处等，对于此类部位必须在设置排气孔和浇筑孔的前提下，增大振捣幅度和频率，确保浇筑质量［6］。

5　结语

当建筑中存在因跨度较大无法满足结构稳定性要求或建筑功能要求时，可以采用型钢混凝土结构。这一类新型施工技术相对于传统工艺而言，具有较高的经济意义，相信在不久的将来会得到广泛的推广。

参考文献：

［1］白雪.型钢混凝土结构施工技术要点分析［J］.建筑工程技术与设计，2015（11）：70-71.

［2］荆秀丽.谈型钢混凝土施工方法［J］.山西建筑，2015，41 （8）：121-122.

［3］杨维龙.关于型钢混凝土组合结构施工技术的探究［J］.低碳世界，2015（13）：55-56.

［4］林媛媛，万祥.浅议型钢混凝土施工质量控制要点［J］.城市建设理论研究（电子版），2015（10）：31-33.

［5］张胜全，胡宝国.谈型钢混凝土的施工技术［J］.山西建筑，2015，41（27）：110-111.

［6］白瑞玉.超大直径储煤仓型钢混凝土结构施工技术研究［J］.现代国企研究，2015（12）：28-30.

Discussion on the application of steel
reinforced concrete in large span complicated structure

Zhang Tiejun
（Taiyuan Car Depot，Daqin Railway Limited Company by Share，Taiyuan 030045，China）

Abstract：This paper briefly described the advantages of steel reinforced concrete composite structures，taking a new multi-layer garage engineering as an example，through the scheme comparison，using the steel reinforced concrete structure to construction，from the anchor bolts embedded，steel column installation，concrete pouring and other aspects，summarized its construction technology key points，ensured the stability and construction quality of building structure.

Key words：steel reinforced concrete structure，steel column，steel，construction key point

中图分类号：TU755

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0051-03

收稿日期：2015-12-11

作者简介：张铁军（1965-），男，工程师