型钢混凝土组合结构施工技术难点及应对

型钢混凝土组合结构施工技术难点及应对

曹正富

中铁十局集团投资开发有限公司山东省济南市250000

摘要：型钢混凝土组合结构最大的特点就是在钢筋混凝土结构中配置了型钢，实现了钢筋混凝土结构和钢结构的优化组合，突出了其受力性能，具备承载力大、抗震性能好、截面小等优势，在国内外应用越来越广泛。然而由于其结构的特殊性、技术的复杂性，施工也较单纯的钢筋混凝土结构和型钢结构难度大。本文作者结合自身经历的项目，对型钢混凝土结构的实施进行了浅要的分析研究，总结了主要的技术难点和应对措施，为类型项目积累了相应经验。

关键词：型钢混凝土组合结构；技术难点；应对措施

1.项目背景

本项目为滨海广场项目，设计外型宛如五条金龙探入海中，设计新颖，结构复杂。为实现其设计理念，工程主体采用了型钢混凝土体系。型钢梁、柱均为非正交连接，节点处钢筋密度大，且需穿过型钢柱腹板，项目共计使用H型钢1754吨。

2.技术难点分析

型钢混凝土组合结构充分发挥了混凝土自身的抗压能力和型钢优越的抗拉压性能，使结构构件具有很高的承载力。同时，构件中的型钢骨架能有效约束混凝土，使受压区混凝土处于三向受压状态，再加上型钢自身的抗剪能力，有效抑制了混凝土斜裂缝的发展，从而使构件在受剪破坏时的脆性性质有了很大改善，也提髙了组合构件的耗能性能和延性，使其具有更好的抗震性能。虽然型钢混凝土组合结构具备诸多优点，但由于其结构形式是将型钢和钢筋混凝土组合在一起，其施工工序要比单纯的钢筋混凝土结构和钢结构都要复杂，施工中不仅要注意型钢和钢筋混凝土结构各自施工技术要点，还需要解决两种结构交叉施工难题，特别是节点处钢筋密集，钢筋穿钢柱腹板难度大，混凝土浇筑难度大。具体来说，型钢混凝土组合结构核心施工技术难点有：

2.1型钢柱定位及标高控制难

型钢柱定位、垂直度及标高的控制难点在于型钢柱与现浇基础预埋的连接难以准确控制到位。型钢制作加工在加工厂进行，对现场的安装精度要求较高，而型钢柱生根于混凝土承台，承台混凝土浇筑时极易出现偏差导致预留安装的凹槽定位、标高、平整度控制不精确，继而影响型钢柱的定位轴线、标高及垂直度。

2.2梁柱节点复杂，穿插施工难

型钢混凝土组合结构的节点构造十分复杂，梁柱节点处的钢筋需穿过型钢，一般型钢混凝土框架结构中，相交方向的两组型钢梁标高相同，但型钢混凝土梁中配置的钢筋由于要同时穿过纵向型钢柱，其位置必须错开，因此位于竖向型钢柱上两个方向的孔位标高不相同，加之本工程型钢梁、柱均为非正交连接，节点处型钢、钢筋密度大且互相交错穿插，钢筋穿孔位置定位难，构件的连接施工难度大。

2.3节点混凝土浇筑及振捣空间小，易出现不密实情况

型钢混凝土构件中有既有型钢骨架，又有钢筋穿插，特别是梁柱节点处，型钢及钢筋纵横交错、布置密集，混凝土浇筑和振捣空间小，给混凝土施工带来了极大困难。

3.技术方案应对措施

针对上述提出的技术难点，项目实施前明确了相应的应对方向：①采取有效措施确保型钢柱定位、标高及垂直度控制精确。②处理型钢混凝土节点施工复杂难题。③采取确保型钢混凝土浇筑质量的技术措施。通过展开分析，对应提出了三条应对措施。

3.1采用“型钢柱预埋螺栓简便定位钢模”确保型钢柱定位及标高控制精确

以往柱脚预埋采用的是木模支设凹槽加预留钢板的方式，混凝土会产生浇筑不密实情况，标高和平整度也难以准确控制，进而导致型钢柱的定位轴线、标高、垂直度产生偏差。本项目提出采用“型钢柱预埋螺栓简便定位钢模”辅助型钢定位。本装置由六部分组成（具体见图1），其特点如下：

3.1.1可以克服以往型钢柱与混凝土预埋连接定位及标高控制难的不足，促使钢柱安装更加简便。

3.1.2支撑效果好，型钢柱脚基层的平整度及整洁度均能得到有效控制，继而能确保型钢柱的垂直度，能很好满足型钢柱安装的精度要求。

3.1.3操作简便，钢卷护筒易于拆除，可多次周转使用。

1-可调螺帽2-钢卷护筒3-放线定位孔

4-底板5-固定扁铁6-螺栓丝杆

图1-型钢柱预埋螺栓简便定位钢模

3.2建立三维模型，精准钢筋穿型钢孔口布置

设计图纸往往只给出钢结构的规格、形状、位置，对于细部构造描述较少，另外，二维图纸无法展现出节点处穿插关系，型钢柱梁加工时难以保证钢筋穿孔位置符合现场实际施工要求。针对这种情况，项目提出运用Takle三维建模技术，将节点处穿插关系立体呈现，在电脑中先行模拟钢筋穿型钢，调整确定孔口位置后，再出具钢柱、钢梁内肢箍需穿孔的大样图。

3.3采用在加劲板处“开孔”、二次浇筑方式，确保混凝土浇筑的密实性

节点处加劲板的存在和密集的钢筋将导致柱中某些部位被钢筋和型钢围住，浇筑时，被围部分内部空气排不出，形成“气囊”，后续混凝土无法继续浇入。因此，此类部位浇筑前，应在加劲板处“开通气孔”，并采用二次浇筑的方法，确保混凝土浇筑密实。

4.技术方案实施过程

4.1仿真建模，数控开孔

项目部组织技术人员进行专项技术研究攻关，利用了一个月的时间对原设计节点全部细化，将每根钢筋遇型钢的位置在图纸上标明后，运用Takle三维建模形式，将细化的节点全部输进模型之中，分析钢筋与型钢梁柱型的穿插关系、优化调整后，绘制梁纵向钢筋穿过型钢柱翼缘或腹板穿孔及补强的节点大样、钢柱钢梁内肢箍需穿孔的大样图，然后利用数字化机械设备按照大样图精准开孔。

图2-仿真建模图3-数控开孔

4.2型钢柱定位安装

4.2.1型钢柱预埋螺栓安装

利用“简便定位钢模”固定型钢柱预埋螺栓，在型钢柱脚混凝土浇筑前，应对柱脚底钢板进行再次定位复核。

图4-底脚螺栓预埋图5-钢柱吊装

4.2.2钢柱安装

型钢柱的安装是指预埋型钢柱以上部分型钢柱的安装，它是形成型钢骨架的关键构件，因此在安装过程中应当确保定位准确，连接牢固。钢柱安装前拆除辅助用的钢垫板，并将螺纹清理干净，对损伤的螺栓要进行修复。型钢柱的垂直度用全站仪检查，当有偏差时用液压千斤顶调节柱脚的上下螺母进行校正，柱脚校正后立即紧固地脚螺栓，并将承重钢垫板上下点焊固定防止移位。型钢柱吊装到位后应首先用大六角头的高强螺栓通过连接板进行初步连接固定。

4.3节点钢筋安装

4.3.1混凝土（型钢）梁与型钢柱节点主筋安装

混凝土（型钢）梁宽度大于型钢柱翼缘时，钢牛腿宽度范围的梁钢筋焊在牛腿上，以外的梁钢筋穿型钢腹板；对于宽度小于等于型钢柱翼缘的梁，梁钢筋全部焊在牛腿上。

4.3.2混凝土（型钢）梁与型钢柱节点箍筋安装

混凝土梁（型钢梁）与型钢柱节点处，箍筋应加密，而该部位为钢牛腿加劲板（或钢梁腹板），应在钢牛腿加劲板（或钢梁腹板）上开孔穿箍筋，箍筋采用四个L型，焊接封闭。

图6、7-节点钢筋穿插

4.4柱梁节点混凝土浇筑

混凝土浇筑是型钢混凝组合结构施工中的关键步骤，注意事项如下：

4.4.1在加劲板处每隔500mm开一个直径100mm的通气孔；

4.4.2凝土实行“二次浇注”，先从一边浇筑和振捣，待看到排气孔中出现混凝土并上冒混凝土浆时停止振捣，再从另一侧面浇筑混凝土，待另外一侧混凝土满时，进行振捣。

4.4.3由于空间小振捣器难以深入到节点的各个角落，在模板外部增设附着式震动器加强振捣效果。

5.实施效果与技术价值

本次型钢混凝土组合结构技术难点的应对研究和实施，在型钢柱预埋时采用了定位钢模，型钢开工加工时运用了Takle三维建模技术，混凝土浇筑时在加劲板处“开孔”，并实施二次浇筑，成功解决了型钢柱定位、节点处钢筋安装及混凝土浇筑难题，提高了工程质量，确保了工程安全和工期。同时，积累了型钢混凝凝土组合结构施工经验，为类似工程提供了很好的借鉴意义。

参考文献：

[1]邵天雷型钢混凝土施工工艺《山西建筑》2010年（11）

[2]张昆冯剑罗正山型钢混凝土钢骨与钢筋碰撞的若干处理方法《安徽建筑》2017年（05）