钢-混凝土组合结构施工技术

第5页郑州蓝码大厦钢-混凝土组合结构施工技术田宝吉（中建八局青岛公司，青岛266071）［摘要］本文结合郑州蓝码大厦工程组合柱、墙的施工，介绍了型钢混凝土组合柱、墙施工工艺，对施工技术要点进行了分析，并对施工中应注意的问题进行了阐述。［关键词］型钢砼；构件设计；工艺流程；施工工艺型钢混凝土组合构件是将型钢埋入钢筋混凝土中的一种结构形式，即这种构件是由型钢、钢筋和混凝土三种材料所构成，与单纯的钢结构和混凝土结构相比具有许多显著的特点。近年来，随着我国高层建筑的迅速发展，型钢混凝土结构在工程中的应用逐渐广泛，并且显示出了其对改善结构抗震性能、减小构件截面尺寸、提高建筑的综合技术经济指标等方面的巨大潜力。本文依据郑州蓝码大厦工程的型钢混凝土施工为例，对型钢混凝土的施工经验进行总结，供大家参考。1工程概况1.1建筑设计概况蓝码大厦工程位于郑州市郑东新区CBD外环A-2地块,为超高层写字楼，属于一类建筑，总用地面积0.571公顷，总建筑面积60130平方米。地下三层，地上三十层，局部25层，主体檐口高度为120米，其中裙房三层（局部六层），其地上裙房檐口高度为16.5米，局部30米。地下三层平时为汽车库，战时为六级人防物资库；地下二层及地下一层为汽车库，地下三层至地下二层设消防水池及消防泵房1.2结构设计概况该工程主楼结构形式为外框架-内筒体结构。±0.000m以下采用钢筋混凝土柱梁（局部为型钢砼柱、型钢砼梁），±0.000m~18.25m采用型钢混凝土柱梁，18.25m至屋面采用钢结构柱梁。在核心筒剪力墙内，从±0.000m至屋面均设有钢结构暗柱、暗梁。平面布置见图1。图1型钢混凝土柱、墙平面布置工程抗震设防烈度为7度，防火等级为一级。根据《郑州市郑东新区蓝码大厦岩土工程勘察报告》，拟建场地区域地质构造较复杂，地基土层主要由全新统冲积成因的粉土、粉质粘土、含有机质的粉质粘土、粉细砂等组成。2型钢混凝土柱、墙设计2.1型钢砼柱截面设计及配筋特点图2：柱截面本工程型钢砼柱设计截面尺寸有800×800、1000×1000两种，标高从±0.000m~18.25m。型钢分别采用双工400x200x16x20和600x300x16x20。角筋分别为4Φ25和4Φ28，中部筋分别为20Φ22和28Φ25；箍筋分别为Φ14@100和Φ16@100。图2：柱截面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避开型钢梁设在柱截面的四角部位，柱纵向钢筋角部布置较密集。在梁柱节点部位,柱的箍筋采用开口箍，根据节点形式不同分成2~4段，穿过型钢梁腹板的预留孔后，采用焊接或搭接的方式将其封闭。型钢砼柱截面形式及配筋形式如图2所示。2.2柱身抗剪栓钉设置柱身栓钉为圆柱头焊钉，直径19mm,高度80mm。型钢砼柱内型钢在节点钢梁下h（=截面宽度+200）范围内栓钉间距不大于@150mm,其它截面高度范围内间距为@3002.3柱脚、柱顶设计（1）柱脚节点：型钢砼柱内型钢与基础混凝土连接采用非插入式柱脚，在基础混凝土内埋设地脚螺栓，与型钢砼柱内型钢连接。柱脚形式如图3所示。图3：柱脚构造图3：柱脚构造（2）柱顶形式如图4。图4：柱顶构造图4：柱顶构造2.4型钢砼墙截面设计及配筋特点剪力墙内暗柱纵筋为44Ф22，箍筋为Ф14@100，型钢为300×300×10×15。暗柱的截面形式及配筋如图5所示。图5：暗柱截面形式图5：暗柱截面形式图6：型钢砼梁截面形式本工程主楼砼剪力墙从首层楼面起，墙厚>400mm的暗梁和连梁内均设型钢,图6：型钢砼梁截面形式在梁柱节点部位，由于钢柱和钢梁占据大量位置，且钢筋数量较多，给钢筋绑扎、混凝土下料等带来很大的难度。设计中选用大直径钢筋，尽量减少钢筋根数。不能贯通或不能满足锚固长度要求的钢筋（主要为与型钢的翼缘板相交的钢筋），在型钢的翼缘板上设置连接板，将钢筋焊接在连接板上。2.5钢构件接长设计钢柱、钢梁在长度方向上的接长设计要求如下：（1）加工厂内：除设计注明外，拼接同一构件在加工厂内不得拼接；（2）施工现场拼接：在施工现场进行钢柱的拼接，均为等强连接，采用焊接的方式。在施工现场进行钢梁的拼接，每一跨内最多只允许一个拼接接头（非节点连接），位置设在跨中1/3范围外，且应避开受力最大处，所有拼接均为等强连接，采用焊接方式。（3）柱的分段：每三层分为一段，每段长为11.55m。2.6原材料设计要求钢材：框架柱、型钢砼柱和框架梁等为Q345B；其它钢构件为Q235B。钢筋：纵向钢筋采用HRB335级、HRB400级热轧钢筋;箍筋采用HPB235级。栓钉：圆柱头焊钉,技术要求应符合GB10433-89的规定。高强螺栓：扭剪型高强螺栓，10.9级，抗滑移系数0.50；普通螺栓：除特别注明外，均采用C级螺栓，材质Q235A；2.7混凝土设计主楼混凝土设计如下：部位楼层砼强度等级核心筒地下三层～地上十一层C50地上十二层～地上二十层C40地上二十一层～地上三十一层C30主楼框架柱地下三层～地上四层C60地上五层～地上六层C50主楼梁板基础底板～地上十一层C40地上十二层～地上三十一层C50水泥强度等级≥32．5MPa。要求选用低碱性水泥，并要求水泥各方面指标满足有关标准。3施工技术要点3.1工艺流程型钢砼柱（墙）型钢详图设计→型钢加工→型钢进场→柱脚螺栓加工→柱脚螺栓预埋→型钢吊装→型钢柱脚二次灌浆浇筑→柱脚砼养护→型钢砼柱（墙）钢筋绑扎→模板支设→砼浇筑3.2型钢翻样设计型钢砼柱（墙）的型钢必须根据与之相连的型钢梁界面尺寸、配筋及型钢砼柱主筋位置情况进行二次翻样，确定型钢穿孔位置，牛腿高度、宽度、标高，牛腿打孔位置，以确保型钢装后，钢筋砼梁及型钢砼柱（墙）主筋能够顺利绑扎。翻样时要注意以下几个方面：（1）合理排布型钢砼柱中纵向主筋的位置，避开钢梁的翼缘板，并在施工过程中对钢筋和型钢进行精准的定位。（2）根据梁柱节点处柱箍筋的间距、直径，在钢梁腹板上留置节点箍筋穿筋孔。根据混凝土梁内纵筋排布，在型钢腹板上留置梁纵筋穿筋孔。型钢牛腿高度按设计规范要求，h≥0.7梁高。如果设计要求h≥0.8梁高，在梁高度较大时，将造成梁端截面高度不够，故二次设计时应根据梁上下主筋的问题来确定。可以参考以下公式：牛腿上下翼缘高度总高度h=梁高－次梁上铁保护层－次梁上铁直径－主梁上铁直径－牛腿下翼缘保护层钢牛腿标高确定：钢牛腿底标高＝钢筋砼梁底标高＋牛腿下翼缘保护层厚（3）根据钢筋砼梁中每根钢筋的位置，确定型钢腹板打孔位置。《型钢砼组合结构技术规程》规定，当必须在柱内型钢腹板上预留贯穿孔时，型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积的25％。（4）型钢中穿钢筋的孔径一般比钢筋直径大2－3mm（5）当有纵横两个方向穿钢筋孔时，钢筋孔的位置应至少错开一个孔径。3.3型钢加工质量要求型钢的加工、制作要求十分严格，要求采用机械加工，由有资质的钢结构制作厂家承担，经招标决定。型钢的切割、焊接、运输、吊装、检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205、现行国家标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81、现行行业标准3.6柱脚灌浆柱脚灌浆可以采用细石混凝土或成品灌浆料。浇筑前必须将柱脚清理干净，不得有垃圾、积水等杂物。灌浆料或混凝土必须填充密实。3.7型钢砼柱节点钢筋绑扎由于型钢混凝土节点位置处钢梁和钢柱占用了较大的空间，梁柱的纵向钢筋稍一偏位就会遇到型钢；再者，如果钢筋定位不准确，上下层钢筋不在同一位置，支设模板时就需要重新钻对拉螺栓孔（主要是混凝土剪力墙），造成模板上孔洞过多，混凝土成型外观质量差。为了保证钢筋的定位准确性，我们设计了“E”形钢筋定位器。钢筋定位器可采用钢筋废料进行加工，取材方便，钢绑扎完后可以拆掉，重复利用，较采用梯子钢筋的成本低。由于钢筋数量较多，如果劲性钢梁纵筋全部在节点处进行锚固，那么，节点处的钢筋太过密集。一者，绑扎钢筋时很困难，再者，浇筑混凝土时，混凝土粗骨料不能进入墙或柱内，容易出现蜂窝、麻面，甚至露筋等外观质量缺陷。所以在进行钢筋排布时就要采取如下措施：1）尽量使钢筋能够贯通，避免搭接，以减少节点区内的钢筋数量；2）在型钢柱的腹板上预留穿筋孔，穿筋孔的直径一般是钢筋直径加3mm，留设穿筋孔时要考虑主次梁钢筋的排布问题；3）可以适当选用大直径钢筋，减少钢筋根数；4）部分钢筋采用机械锚固的方式，在梁纵向钢筋端头焊接与钢筋同直径的短钢筋（该短钢筋长度不小于钢筋直径的５ｄ，与纵向钢筋焊接牢固），以减少钢筋锚固长度（机械锚固长度为0.7lae），对于不能贯通或不能满足锚固长度要求的钢筋（主要为与型钢的翼缘板相交的钢筋），在型钢的翼缘板上设置连接板，将钢筋焊接在连接板上。3.8模板型钢砼柱模板采用竹胶板。由于混凝土柱内存在型钢，对拉螺栓不能穿过型钢，所以我们采用[10槽钢对模板进行固定，取消了传统的对拉螺栓。如图7所示。该模板体系刚度较采用对拉螺栓的固定形式更大，所以混凝土表面平整度更为光滑，并且，由于没有对拉螺栓对模板的影响，模板的周转次数较使用对拉螺栓多三至四次。3.9砼浇筑由于模板内钢柱与柱筋、梁筋相交叉，空隙较小且分散，所以首次下料时，应在下料厚度达50cm左右时，停止下料。混凝土浇筑时应比钢筋砼结构多增加振捣点，根据钢柱分成的不同空格，采用6点振捣法，即钢柱翼缘一侧两点振捣，腹板两侧各振捣一次，如图8。对于钢筋过于密集处，可以采用小直径振捣棒，减小振捣间距。在充分振捣密实后，再逐步分层浇筑至顶。养护方法采用喷淋法，养护时间一般不少于7天。图图7：型钢砼柱模板支设图图8：图8：混凝土振捣示意图4施工体会郑州蓝码大厦工程为高层钢混凝土组合结构，结构独特新颖、跨度大、构件形式多样，具有施工流程复杂、协作化程度高、交叉作业多、对垂直运输设备的依赖性大、技术难点多、安全管理难度大等特点。通过蓝码大厦工程的实践，可以体会到，型钢混凝土组合结构的施工工序较一般的混凝土结构或钢结构施工工序要复杂的多。施工管理过程中要在充分深化设计的基