钢-混凝土组合结构施工技术

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 1 工程概况工程概况 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 第 2 页 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 2 型钢混凝土柱 墙设计型钢混凝土柱 墙设计 2 1 型钢砼柱截面设计及配筋特点 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 400 x200 x16x20 和 600 x300 x16x20 角筋分别为 4 25 和 4 28 中部筋分别为 20 22 和 28 25 箍筋分别为 14 100 和 16 100 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 300mm 2 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 2 柱顶形式如图 4 图 2 柱截面 图 3 柱脚构造 柱顶点构造示意图 吊装孔 耳板 安装孔 吊装孔 耳板 安装孔 图 4 柱顶构造 第 3 页 2 4 型钢砼墙截面设计及配筋特点 剪力墙内暗柱纵筋为 44 22 箍筋为 14 100 型钢为 300 300 10 15 暗柱的 截面形式及配筋如图 5 所示 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 钢构件主要采用焊 接 H 型钢和热轧 H 型钢 型钢砼梁截面形式如图 6 所示 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 GB 10433 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 地下三层 地上十一层C50 地上十二层 地上二十层C40核心筒 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 图 5 暗柱截面形式 图 6 型钢砼梁截面形式 第 4 页 地上五层 地上六层C50 基础底板 地上十一层C40 主楼梁板 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 3 施工技术要点施工技术要点 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 型钢砼组合结构技术规程 JGJ138 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99 的规 定 型钢焊缝宜采用全熔透剖口焊接 达到二级焊缝要求 焊接前应将构件焊接面的油锈 清除 焊工应持证上岗 施工中应确保现场钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量 坡口形 式尺寸应符合现行有关国家标准 3 4 预埋螺栓 预埋螺栓主要是控制好标高 位置 根据设计图纸 在 0 05m 标高处 每根钢柱的柱底预埋 4 根直径 36mm 的地脚螺栓 将首节柱的柱底板与之连接生根 埋设地脚螺栓程序如下 a 制作定位钢板 定位钢板尺寸同柱底板 厚度为 10mm 分别在柱底板螺栓孔位置 第 5 页 开设直径为 38mm 的螺栓孔 每根钢柱需要两块定位钢板 定位钢板与地脚螺栓用螺栓固 定 两块定位钢板之间间隙为 50mm 以保证螺栓与定位钢板垂直 稳定 定位钢板中间 开一个直径 100mm 的圆孔 便于浇筑混凝土 保证定为钢板下混凝土的密实度 浇筑混 凝土前用保护套对地脚螺栓的外露部分进行保护 避免被混凝土污染 b 要对地脚螺栓的埋设位置进行的准确的定位 误差不得超过 2mm 定位完成后 立即将定位钢板进行固定 浇筑混凝土时振捣棒要避开定位钢板 尽量减少对螺栓位移的 影响 c 在混凝土初凝之前再次对地脚螺栓位置进行校核 出现位移 立即校正 d 依据定位轴线对每个地脚螺栓的位置进行精准的测量 并标注在平面图上 根据数 值的大小及其规律性 相应的采取措施 以充分保证第一节钢柱的安装精度 3 5 型钢安装 1 首层钢柱安装工艺 基础面清理凿毛 调整预埋螺栓螺帽标高 螺栓位置 核对型钢标记基准线 吊装就 位 就位调整 临时固定 垂直度标高调整 柱脚二次浇筑 2 二层型钢柱安装工艺 核对钢柱 标记基准线 吊装钢柱 安装螺栓临时固定 调整垂直度 焊接翼缘 腹板等强螺栓连接 3 型钢安装 型钢安装前要核对型钢柱的定位轴线 标高 地脚螺栓直径和伸出长度 对型钢的编 号 外形尺寸 螺孔位置口直径 牛腿方向 梁钢筋穿钢柱腰板的预留孔 栓钉等全面复 核 并将调整螺帽的垫片上表面标高调整到柱脚下表面就位标高 安装前要对预埋螺栓处 的破面进行清理凿毛 否则安装钢柱后很难再清理干净 造成型钢与基础砼面夹渣分离 严重影响型钢柱质量 在钢柱上下端部设置吊装耳板 作为钢柱的吊点 钢柱的起吊采用塔吊单机回转法 起吊时在柱根部垫好枕木 以避免柱地段与地面接触 吊装前 要将校正用的垫板 钢楔 子 连接板和高墙螺栓牢固地绑扎在柱底连接耳板上 将安全爬梯固定在钢柱上面 钢柱 吊装时 用两台经纬仪从相互垂直的两个方向对钢柱进行垂直度检测 钢柱的标高控制采 用设计标高法 标高控制考虑 2mm 的焊接收缩量 钢柱就位后将安装用大六角头高强螺 栓紧固 必要时将连接耳板与连接板进行点焊 现场焊接采用手工电弧焊 应在完成焊接 24h 以后 进行焊缝探伤检验 对其首次采用的钢材 焊接材料 焊接方法 焊后热处理等 应进行焊接工艺评定 并根据评定报告确定焊接工艺 需要注意的是 由于型钢柱混凝土浇筑的过程中 混凝土的冲击和振捣棒的作用 可 能使型钢发生偏移 扭曲 从而使穿型钢柱牛腿的钢筋发生偏移 并使上节型钢柱安装校 正困难 故在混凝土浇筑完毕后 要利用花篮螺栓 钢丝绳对型钢进行二次校正 进行箱形截面柱上下节柱的连接结点焊接时 应采用两个焊工从两侧同时施焊 避免 焊接引起钢柱倾斜 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 第 6 页 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 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