高层建筑大跨度型钢混凝土连接体施工技术分析

张越

（山西建设投资集团有限公司，山西太原 030000）

0 引言

型钢混凝土连接体是一种新型的建筑工程结构体系，和传统钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土连接体具有更大刚度、更高的强度，以及整体稳定性，被广泛应用在大跨度高层建筑施工建设中，可很好地减小构件截面，增大施工空间，节约模板和支撑，非常契合现代化高层建筑施工的要求。但同时对施工质量以及工艺标准提出了更高的要求，在具体施工中需要立足大跨度高层建筑的特点，对整个施工过程进行严格控制，才能最大限度上保证总体施工质量。因此，有必要对高层建筑大跨度型钢混凝土连接体施工技术进行探讨[1]。

1 工程概述

某高层建筑工程项目，连接体结构为4 层，南北塔楼之间的距离达到40m，并在100m 的高度通过大跨度型钢混凝土连接体将两座塔楼连接成一个空中连廊。在规划设计阶段，设计单位结合业主的需求以及类似工程成功的经验，对不同的结构形式从受力情况、安全性、经济性、施工难易程度等方面进行综合论证对比，确定采用型钢混凝土连接体，经当地建筑抗震超限专家组审核后通过[2]。

2 型钢混凝土连接体的优势

型钢混凝土连接体是一种伴随着时代发展而兴起的新型高层建筑结构体系，具有较多优势，主要体现在以下3 个方面。

（1）型钢混凝土连接体中型钢不会受到钢率的限制，其具有的承载力高于同类型钢筋混凝土构件承载力的2 倍以上，这种特性使得型钢混凝土建筑能够在更小的构件截面下，提升承载力，减少建筑自身体积和自重，得以增加建筑内部使用面积，并构筑更高的建筑物。

（2）在型钢混凝土连接体浇筑之前，本身就有了稳固的钢构体系，并非完全靠混凝土形成固定结构，因此这类建筑的同时具备外部混凝土以及内部钢构体系两个支撑，进一步提升承载力，有效承受来自构件上部的各类荷载。在施工时模板可以采用悬挂的方式挂在型钢上，这种简化式的支模方式，无须模板搭设，有效提升了施工速率，简化了施工流程。对于高层建筑的转换层中，型钢体系因为本身就具备一定承载力，因此混凝土无须完全达到设计强度就可以继续上一层部分的施工，能够有效提高速度，缩短工期。而且因为这种承载特性，不需要搭设大量的临时支撑结构，这就有效增大了施工作业空间，可以摆放更多的施工设施，为项目施工，以及电气、水电、管道等其他工序施工也预留了足够空间，避免不同工序之间的冲突。

（3）型钢混凝土连接体的延性比要远远大于钢筋混凝土结构的延性比，因此，此种结构形式还具有良好的抗震性[3]。

3 型钢混凝土连接体施工技术的应用要点

3.1 选择合适的连接体结构形式

在高层建筑大跨度型钢混凝土连接体施工中，常用的连接体结构形式包括一般钢筋混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢结构、空腹桁架结构等，每种结构形式都有独特的优缺点和适用范围。案例工程跨度比较大，达到25m，高度大。为同时满足稳定性、高质量、高安全等指标的全部需求，通过对多个方案的对比分析，采取了型钢混凝土连接体结构。同时考虑到连接体两端塔楼层数不同，在平面上不具有对称性，为提升整体结构的抗震性，采取了刚性连接形式，型钢梁延伸到两塔楼核心筒位置，并和核心筒同方向的剪力墙进行刚性连接。此种型钢混凝土连接体结构形式具有很多优势，包括：连接安全可靠、自动化施工程度高、增加结构的整体刚度、协调结构竖向沉降变形差和水平方向的变位、减轻结构自重、降低混凝土收缩和温度变化引起结构开裂的可能性等[3]。

3.2 注重型钢主梁安装质量控制

本工程在施工中采取了型钢混凝土连接体施工技术，但吊装高度高，常规汽车吊也无法满足施工要求。为解决这一问题，需要提前制定出科学的型钢吊装方案，可选择的型钢吊装方案有两种：方案一，如果两个塔楼的主体高度在转换层高度之上，那么可于型钢吊装的工作面位置架设一个桅杆式的起重设备，按照双击抬吊的施工办法，将型钢构件吊装到施工设计的位置。这种操作方式虽然操作难度不大，但需要将两个桅杆设备放到作业面上，这难免会影响塔楼主体的施工作业进度。且案例工程的转换层位置又布置的钢主梁一共有4 根，那么也就是说需要进行4 次的桅杆移动、拆装等工作，如果按照每次吊装和移动拆装5d 时间计算，主体结构封顶施工将会推迟至少20d。方案二，在案例工程中8 层的连体结构均采用型钢混凝土建筑形式，采用这种技术的施工部分比较多，那么可提前在两个塔楼施工前，预留出和结构体相连接的牛腿支架，可将滑车组挂在转换层上的牛腿上，借助滑车组将型钢构件送到施工设计的点位。对以上两种吊装施工办法进行比较，显然方案二没有用到任何大型设备，只是利用型钢自身结构，借助牛腿支架以及小型滑车组就能够开展钢主梁的施工作业，操作方便、成本低，也不会影响施工速度和工期进程，并保证施工的安全性，因此，本工程采取了方案二[4]。

3.3 保证混凝土施工质量

混凝土施工是整个高层建筑大跨度型钢混凝土连接体施工的关键环节，混凝土施工质量直接关系到整个工程项目的总体质量。而混凝土施工最关键的是如何有效控制裂缝，因为裂缝对整个型钢混凝土连接体有致命影响、基于此，为保证混凝土施工质量，本工程在具体施工中采取了相应的措施来防止新浇筑的混凝土发生裂缝，具体如下：①严格按照试验室确定的配合比来配制混凝土，并对施工温度进行模拟计算，以便及时掌控混凝土在浇筑中以及浇筑后1 个月各部位的温度变化，为制定降温养护方案提供有效的数据参考。②本工程型钢混凝土连接体规模比较大，需要采取大体积混凝土施工技术，为降低温度裂缝发生的概率，需要将混凝土内外温差控制在25℃以内。为达到这一控制目标，可采取以下3 种方法。a.蓄热保温法，混凝土浇筑完成后在其升温时主要做好保湿处理，降温时采用保温手段减少温度散热。b.内降外保法，在大体积混凝土浇筑前布设好冷却水通水管道，当混凝土内外温度超过25℃时，及时通循环水进行降温处理，通过冷却水带走混凝土内部热量，以降低混凝土内外温度差。并在型钢混凝土连接体上表面和底部用土工布覆盖进行保温处理。c.这种方式是在初凝之后，立即洒水进行大约2h 的养护，随后再蓄水大约10cm 进一步开展蓄水养护操作。③在进行厚度比较大的型钢混凝土连接体混凝土施工中，为避免混凝土内外温差过大，引起温度裂缝，提升混凝土的抗拉强度，需要先进行转换层墙体方面的施工作业，随后才进行连接体的混凝土作业，能够防止散热过快等问题，以免引起温度裂缝，影响施工质量。如果在炎热的夏季施工，混凝土需要用冷水拌和，以降低入模混凝土的温度。并采取分层浇筑的方法，控制每层混凝土浇筑厚度在30～50cm，并尽量进行连续浇筑。或者是采取预应力施工技术，对梁结构、板结构等，提前施加预应力来减少混凝土裂缝的产生和发展，而且通过预应力施工技术还能有效提升混凝土的抗拉强度。

3.4 加强对钢筋施工质量的控制

型钢混凝土连接体的含钢量比较大，且主筋长度达，布筋密度大，存在梁柱钢筋相互交叉碰撞的问题，会对施工质量和进度造成不良影响，因此，安排好钢筋就位次序是型钢混凝土连接体钢筋施工的关键。钢筋在进行翻样中需要先了解设计图纸和相关规范，在翻样施工阶段务必要考虑钢筋的配合问题，要避免冲突，做好穿插，仔细确定尺寸以及捆扎的先后顺序等。一般来说在组装完成后需要进行焊接，通过可调螺纹接头来处理两端均为弯头形式的钢筋，以保证钢筋施工的质量符合工程设计和规范的相关要求[5]。

3.5 加强对连体结构施工质量的控制

本工程型钢混凝土连接体梁截面高度大，梁体内钢骨的尺寸也比较大，纵向受力钢筋的直径为32mm，型钢混凝土连接体内部钢梁、钢柱、钢筋相互之间交错布置，节点复杂，任何一个细节控制不当，都会影响型钢混凝土连接体施工的总体质量。本工程转换层楼板钢筋为双层双向配置，为最大限度上提升型钢混凝土连接体的性能，楼板采用无黏结预应力技术，预应力筋的公称直径为15.2mm，抗拉强度达到1860MPa，在预应力筋布设中横向间距控制在60cm 左右。在塔楼主体工序里为了将预应力应用在建筑楼板中，可把搭接的位置都蜷曲成捆状，在进行此层钢筋绑扎中，需要将预应力筋平铺在板底钢筋之上，尤其是接头为主需要布设在型钢混凝土连接体的中部。为控制混凝土裂缝，在配制混凝土中需要加入适量的外加剂、粉煤灰等，尤其是FDN-800 复合高效外加剂和水泥具有良好的相容性，可降低水化热，更好的控制裂缝。本工程型钢混凝土连接体的混凝土强度为C40，总量为600m3，但由于钢构件的布置密度比较大，会增加混凝土环节的难度，对此可通过内外结合的办法进行联合振捣，内部采用小型振捣设备，外部采取“挂振”法进行振捣，以便把气泡充分排除，并洒水养护，养护时间不能低于14d。由于在本工程施工中注重每道工序的施工质量，在工程完工后进行拆模，全面检查是否存在裂缝、质量缺陷等问题，验收实际完工尺寸和设计尺寸是否相符[6]。

3.6 养护和拆模

混凝土浇筑完成后，为了确保其强度和稳定性，需要进行养护工作。养护的目的是使混凝土在早期阶段获得足够的强度和稳定性，从而避免裂缝和变形等问题。养护时间的长短取决于混凝土的强度等级、环境温度和湿度等因素。一般情况下，混凝土的养护时间为7～28d。养护期间需要保持混凝土的湿润状态，可以采用覆盖湿布、喷水等方式进行。

在养护期间，需要注意以下事项：①不允许在混凝土表面行走或施工；不允许在混凝土表面撞击或敲打；不允许在混凝土表面喷涂或覆盖不透气的材料，如油漆、塑料布等。②养护期间应避免剧烈的气温变化。③在养护期满后，需要进行拆模和清理工作。拆模需要根据设计要求进行，同时需要注意保护混凝土表面不受损伤。清理工作包括清除模板残留物、混凝土表面的浮灰和杂物等。清理后的混凝土表面应平整光滑，不得有砂眼、毛细孔等缺陷。

4 常见问题和解决措施

在本工程型钢混凝土连接体施工中遇到两个问题分别是型钢柱栓钉影响箍筋安装问题以及型钢柱间框架梁的钢筋施工问题。具体如下：①型钢柱栓钉影响箍筋安装问题。本工程型钢混凝土连接体施工中为提升型钢和混凝土之间的应力传递能力，在型钢混凝土连接体范围内的翼缘板上焊接了栓钉，但在具体施工中，栓钉位置箍筋安装的难度比较大，影响混凝土对钢筋的握裹效果。解决措施为可将栓钉位置重叠的封闭箍筋替换成U 形开口箍筋，以免箍筋和栓钉相互影响。②型钢柱间框架梁的钢筋施工问题。本工程框架柱梁端都是型钢混凝土柱的梁柱节点，但纵向受力钢筋无法两头同时和型钢柱上的直螺纹套筒连接。解决措施为可将梁钢筋断开，上部钢筋在梁中约1/3 的跨内搭接，搭接区域进行箍筋加密处理。此种处理方法满足“强柱弱梁，节点更强”抗震设计原则，提升整体结构的稳定性。

另外，需特别注意焊接和热处理。焊接和热处理是钢结构施工中非常重要的工艺环节，对于连接体中的钢板和钢筋等部分的质量和可靠性具有决定性作用。①焊接工艺。焊接是将两个或多个金属部件连接在一起的方法，通过加热、熔化和冷却来实现。焊接工艺的选择取决于材料的种类、厚度和要求的强度等级。在焊接过程中，需要控制好焊接温度和焊接速度，以保证焊接强度和焊缝质量。同时还需要对焊接接头进行检验和评定，如X 射线、超声波等无损检测方法，以确保焊接接头质量符合设计要求。②热处理工艺。热处理是钢材中的一种工艺，通过加热、保温和冷却等过程，改变材料的物理和化学性质，以提高其机械性能和耐用性。常用的热处理方法包括正火、淬火、回火等。在钢结构的制造过程中，常常需要对焊接接头和薄板进行热处理，以提高其强度和硬度。

5 结语

综上所述，结合工程实例，探讨了高层建筑大跨度型钢混凝土连接体施工技术。探讨结果表明，型钢混凝土连接体是大跨度高层建筑工程施工中常用的结构形式，但同时施工难度也比较大。为保证型钢混凝土连接体施工质量，需要对每个施工细节的质量进行严格把控，并针对施工中出现的问题，通过多方论证，找到最佳的解决措施，才能最大限度上保证型钢混凝土连接体的质量，可为类似工程施工提供一定的参考。