浅谈超高层型钢混凝土结构的施工

浅谈超高层型钢混凝土结构的施工

摘要:文章结合通过对工程实例对型钢混凝土组合结构施工进行了阐述，并提出了该类工程的特点、难点以及相应对策,为型钢混凝土结构的施工提供了借鉴。

关键词：型钢混凝土结构；空间桁架；钢斜撑；精密螺栓连接；厚板焊接

目前，我国高层建筑多采用钢筋混凝土框架、框架剪力墙、框架简体等结构形式。随着建筑物高度、跨度的不断加大，传统的建筑结构已不能完全适应这种发展的需要。同时，传统建筑为了满足轴压比限值和抗震承载能力要求，底部楼层经常采用截面尺寸较大的“胖柱”导致建筑使用空间明显减少，影响室内观瞻，并容易形成短柱。而型钢具有高强度和大变形的特点，将型钢埋入高强混凝土的型钢混凝土结构中，型钢与混凝土之间通过粘结力和剪切粘结件使他们紧密地结合在一起，充分发挥型钢的特点，避免其缺点，型钢混凝土结构能极大的减小截面面积和自重。为了有效改善和优化钢筋混凝土结构抗震性能，高层建筑采用型钢混凝土结构，还可以较好的实现建筑使用功能、结构抗震性能和结构经济指标三者之间的协调统一。随着型钢混凝土组合结构在高层建筑结构中的广泛应用，型钢结构的造型对建筑效果的影响越来越大，对型钢混凝土结构的施工质量要求越来越高。

1工程概况

某工程，2层地下室、东西两栋4层裙房和南北2栋35层塔楼。裙房层高5.2 m 。塔楼首层高5.2m，首层以上及标准层高4.1m，屋顶机房高3.7m，总建筑面积196466 m2。采用了大截面的型钢混凝土柱加外露的“×”形柱间钢斜撑的型钢混凝土组合结构形成的竖向空间桁架承重结构，如图1所示，型钢混凝土组合结构既作为承重结构,亦同时构成建筑物的局部外形。

本工程的施工难点及结构特点在于钢板较厚，焊接难度大；单根构件较重，吊装难度大；钢斜撑一端采用精密高强螺栓连接，安装精度要求高，要求满足“结构就是建筑，建筑就是结构”的外形设计特点。

2施工措施

2.1钢结构施工

2.1.1柱脚的安装

空间桁架对各空间节点的定位提出了严格的要求，所以型钢柱脚的定位也必须十分精确。为了保证型钢柱脚的定位精确，柱脚采用二次灌浆法固定，如图2所示。将承台混凝土分两层浇注，第一次浇注时预埋定位螺栓，将钢柱脚定位后

再浇灌第二层承台混凝土，最后通过柱脚上的预留灌浆孔进行压力灌浆，填满型钢柱脚钢板与承台混凝土间的空隙，达到精确定位的效果。

2.1.2柱的吊装

钢柱的吊装选用4台QTZ7030塔吊，半径控制在25 m内，起重量12 t，钢柱最重12 t，可以满足钢梁在构件堆场的安装。由于钢支撑单根重量超过12 t，因此把单根钢斜撑一截为二，使其满足塔吊的起重能力。钢柱就位后，先调整标高，再调整位移，最后调整垂直度。 选择标准柱，采用经纬仪、钢丝绳缆索、千斤顶、钢楔和手拉葫芦进行标准柱的垂直度的校正，标准柱的垂直度偏差应校正到零。待标准柱校正完毕后，对其他柱采用丈量法进行校正，用钢尺丈量距离，超过允许偏差的进行调整。选择要进行预纠偏的柱进行预纠偏处理，纠偏方向是型钢温度变形的反方向。钢柱标高的校正：每安装一节钢柱后，应对钢柱顶面进行一次标高测定，其标高误差值应控制在允许值范围之内，若超过6 mm时，则必须对钢柱进行调整，采用填塞一定厚度的低碳钢钢板。钢柱轴线位移校正和底层框架钢柱的位移校正：其允许偏差≤1.0 mm，上节钢柱以下节钢柱顶部的实际柱中心线为准，安装钢柱的底部要对准下节钢柱的中心线，校正位移时注意钢柱的扭转。

2.1.3钢结构构件的焊接连接

本工程钢结构部分大多为厚板的焊接安装，钢柱钢板最厚达100 mm，材质为Q345B低合金钢。由于构件的截面和板厚大，焊缝的填充量大，多层要多道手工焊现场焊接，容易产生焊道和层间未熔合、夹渣等缺陷的原因。在以焊接工艺评定为基础的前提下，选择合理的焊接参数、预热温度、层间温度、后热要求，在焊接过程中从焊接顺序、对称焊接、预变形、焊接线能量控制等方面采取措施，克服了厚板现场焊接难的问题。厚板焊接主要采取以下措施：

①优先采用CO2气体保护焊热这种输入较小的焊接方法；②采取合理的焊接顺序控制焊接变形；③厚板焊接尽可能采用多层焊接替代单层焊接；④采用焊前反变形方法控制焊后的角变形；⑤对一般构件可用定位焊固定同时限制变形，对大型、厚板构件可采用刚性夹具固定法增加结构焊接时的刚性，以控制焊后变形；⑥采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形；⑦对大型结构宜先部分组装焊接，分别矫正变形后再进行总装焊接或连接。

2.1.4钢斜撑安装

待钢柱安装完成后，再进行斜撑的吊装，钢斜撑每三层设置一道，单根长度约为13.7 m。

钢斜撑下端与钢骨连接的节点用高强精密螺栓连接，上端与钢骨连接的节点用电焊焊接，在连接板上开好长圆孔。斜撑安装好后，下端与钢骨连接的节点先用临时螺栓固定到1/3，然后焊接上端与钢骨连接的节点。

钢斜撑就位后，临时安装螺栓应插入螺栓孔并初拧，上端与钢骨连接的节点焊接完成后才进行复拧、终拧。初拧扭距为施工扭距的50％，复拧扭距等于初拧扭距，终拧应在复拧结束1 h后，24 h时内进行，型钢节点连接如图3所示。

2.2混凝土结构施工

①为了使梁柱接头处的交叉钢筋贯通且互不干扰，加工柱的型钢骨架时，在型钢腹板上要预留穿钢筋的孔洞，而且要相互错开。预留孔洞的孔径，既要便于穿钢筋，又不能过多削弱型钢腹板，一般预留孔洞的孔径较钢筋直径大4～6 mm为宜。

②型钢混凝土结构的钢筋绑扎与钢筋混凝土结构中的钢筋绑扎基本相同，但也有其特点。由于柱的纵向钢筋不能穿过梁的翼缘，因此柱的纵向钢筋只能设在柱截面的四角或无梁的部位。

③在梁柱节点部位，柱的箍筋要在型钢梁腹板上已留好的孔中穿过，由于整根箍筋无法穿过，只能将箍筋分段，再用电弧焊焊接。不宜将箍筋焊在梁的腹板上，因为节点处受力较复杂。

④在梁柱接头处和梁的型钢翼缘下部，由于浇筑混凝土时有部分空气不易排出或因梁的型钢翼缘过宽妨碍浇筑混凝土，为此要在一些部位预留排除空气的孔洞和混凝土浇筑孔。

⑤浇筑混凝土时，采取对称浇筑的方式，避免侧压力对钢柱产生影响，导致钢柱产生弯曲变形。由于混凝土柱截面尺寸大，混凝土中心的温度比外部的温度高，钢柱受不对称的温度差影响，产生变形。为减少水化热对钢柱的影响，对混凝土延期拆模，同时计算水化热对钢柱的影响产生的柱顶位移量，采取预纠偏措施，使混凝土浇筑完毕后型钢柱顶的偏移量满足规范要求。

3结语

型钢混凝土组合结构作为一种新型的结构形式，因具有承载力大、刚度大、抗震及防火性能好、结构的局部及整体稳定性好、节约钢材等优点，在高层建筑中的应用越来越广泛，而且开始重视结构与建筑的和谐统一。该工程在钢斜撑型钢混凝土结构施工中，通过精确定位，解决厚板焊接，及进行型钢纠偏，控制型钢变形等措施，保证了型钢混凝土空间桁架结构的施工质量，并评为结构优良样板工程。

参考文献：

[1] 田占岭.型钢混凝土组合结构施工技术[D].西安:西安建筑 科技大学,2008.

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