建筑工程钢混凝土组合结构技术总结三维效果图

钢与混凝土组合结构技术[前言]结合XXXX大厦工程，主要介绍了型钢砼框架（钢梁-钢骨柱）-砼核心筒混合结构中型钢深化、钢结构的现场安装以及钢筋工程等几个方面遇到的问题及具体的解决技术措施。钢骨混凝土结构是指在钢筋混凝土内部配置钢骨的组合结构，简称SRC(SteelReinforcedConcrete)结构。SRC结构的特点是在混凝土内配置钢骨，这些钢骨可以是扎制的，也可以是焊接的。在大型建筑中经常配置焊接的钢骨，可以根据构件截面大小、受力特点，考虑到受力的合理性，灵活选择焊接钢骨各个板件的宽度和厚度。所配置的钢骨的形式有角钢、工字钢、宽翼缘工字钢、双十字钢、双槽钢、十字型钢、箱型方钢管等。由于配置了钢骨，使得钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能都得以充分的发挥，所以SRC结构在具备钢与混凝土组合结构节约钢材、提高混凝土利用率、降低造价、抗震性能好、施工方便等优点的同时还具有良好的防火、耐腐蚀性能。随着对建筑使用功能要求的日渐提高、对建筑物设防烈度的要求更加严格，在多高层建筑中越来越多的采用型钢混凝土组合结构。目前，国内高层建筑中，大都是具有针对性的在需要发挥型钢混凝土承载力大、延性好、刚度大的特点的部位采用，如框支剪力墙结构中的框支层采用型钢混凝土框支柱。但在实际施工过程具体专项施工方法的选择上必须综合考虑各种相关因素，以达到安全、质量、工期和成本的最佳匹配。在高烈度地震区的高层或超高层建筑中若采用单一的钢筋混凝土结构，整个结构的延性实际上已经达不到“大震不倒”的要求，若采用钢结构，势必增加许多工程造价。（一）工程概况1.设计概况XXXX大厦工程总建筑面积59284.73㎡，地下4层，地上18层，结构体系为型钢砼框架（钢梁-钢骨柱）-砼核心筒混合结构，标准层高4m，标准层单层面积约2500㎡，其中核心筒640㎡，核心筒墙内配置22颗构造型钢柱，8道钢骨砼梁；框架部分1900㎡，配置20颗钢骨柱，36道钢框梁及147道钢次梁。2121工程钢结构总用钢量约4000吨。其中，钢梁、钢柱材质为Q345B，其他辅材材质为Q235B。外围框架部分采用闭口压型钢板组合楼板，压型钢板总面积约为31000㎡。按照原设计，钢柱分为每3层一节，钢结构的连接方式中柱与柱对接为焊接、钢骨柱与钢筋砼梁连接为焊接形式，钢骨柱、型钢梁连接为栓焊混合形式，梁梁连接少量为栓焊混合。主要节点详图及连接形式如下图所示，钢梁截面形式为H型，最大截面积为H1000×400×25×36，最小截面为H250×250×8×12；十字型钢最大截面积为700×500（400）×25×36，最小截面积为500×300×18×30，相对于劲性结构截面较大。节点①详图及梁柱连接形式节点②详图及梁柱连接形式2.施工概况本工程按照核心筒部分及外围框架部分各分为两个流水段，施工总体部署按照先起内部核心筒，再起外围框架的形式组织流水施工。为满足钢构件的安装及材料倒运要求，现场设置两台塔吊于建筑物东西两侧，臂长50m。施工工期目标按照每8至9天一个标准层进行施工，工程质量目标为结构长城杯“金”奖、钢结构“金”奖、建筑长城杯、国家优质工程。（二）安装流程如下：1.总安装顺序流程图（1）核心筒暗柱第一节吊装（吊装过程中采用假梁临时固定，使之成为一整体）（2）外围第一节柱吊装（吊装过程中采用假梁临时固定，使之成为一整体）（3）地下一层顶板（板结构出地面）（4）核心筒第二节暗柱吊装（土建先施工核心筒部位）（5）外围第二节钢骨柱吊及第三层梁及第二层梁安装，此时楼层板插入施工（6）继续安装下层钢梁（7）核心筒第三节柱安装（8）外围钢骨柱第三节安装（由上至下安装其主梁次梁）（9）外围钢骨柱第四节安装，流水作业上面步骤一样（10）依次循环以上步骤，至到安装完成2.钢结构立面施工流水图：3.我方将每一节钢柱吊装后，并将其所对的主梁安装就位，并对钢柱钢梁进行校正焊接，让所安的钢梁钢柱形成一个固定体，此时土建进行绑筋、支模、打灰等工序。（三）钢柱安装1.概述：本工程核心筒暗柱共22根，其重量都在塔吊的起重量内，随土建施工进度一起施工。钢骨柱共有20根，分布在A~F/3~8轴间，从地下一层-4.600~74.35m之间,按设计分段其最重一节约为9t,根据现场塔吊的所在位置及相应的起重范围满足吊装要求。每一层钢柱与主钢梁一同安装,将外围钢柱与核心筒钢柱通过钢梁连接形成一整体，控制柱与柱之间的轴线尺寸,同时避免土建绑筋及混凝土浇灌过程中影响钢柱的垂偏。2.安装方法：根据现场钢柱分段及重量，结合现场塔吊分布情况，在塔吊装范围内的，用塔吊直接从堆放场地起吊并吊装就位，直接进行拼装焊接；（四）安装要点：1.柱脚埋件安装在地下二层顶梁绑筋时侯，预埋件的施工即可进入。预埋件就位后用全站仪进行定位、抄平,然后将定位模板固定在钢筋上。柱脚埋件相对设计标高低20mm，这样在安装柱的时候有利于进行调节柱的标高。埋件安装完成后,用塑料套将其外漏的地脚螺栓包裹严实，以免在施工中碰撞损坏。2.钢柱：平运时二点起吊，安装时一点立吊。吊装示意图-13.在柱端临时固定耳板上开孔，此孔既是吊装孔，又是捆缆绳孔。用自动卡环吊两耳板起吊，如下图吊装示意图-24.第一节钢柱吊装前，先对地脚埋件进行复测，并做出“十字”控制线。将所测的地脚螺栓位置及埋栓标高数据与设计尺寸进行核对，并用以指导柱脚板的开孔。钢柱安装时先备好4~10mm厚不等的铁锲用以高节柱的标高。安装前在钢柱上装设爬梯，一般为一节柱一节抓梯，梯子分节组成，与每一节柱同长，上部中部应与柱子拉直卡紧，下面与已安装层固定，严禁安装在柱外侧。钢爬梯的做法5.钢骨柱吊装时，应绑好缆风，每一节柱子不少于三根分别位于不同的三个面，拉设于柱的柱顶处，做为钢柱垂偏调节及固定所用，确保安装质量和结构安全。柱安装临时固定示意图6.暗柱位于核心筒墙柱内，根据我公司施工经验，在钢柱垂偏和位移校正完后，采用钢管（ø114）做临时假梁将其各暗柱连接成一整体，避免土建在绑筋支模及混凝土浇灌过程中对其柱的垂偏位移影响。当土建混凝土浇灌后，将其假梁拆后移至下一层钢柱安装，如此层层控制，才能保证其暗柱的安装精度。（五）钢梁的吊装：1.采用两点平吊吊点选在0.2L处。本工程中最重钢梁约4.5吨,长约11m时,当吊索与梁水平夹角为45度时,每支吊索受力为3.18吨；另一钢梁长11.2m时,重0.75吨时,当吊索与梁水平夹角为45度时,每支吊索受力为0.53吨。2.吊装前先将缆绳（棕绳）栓在钢梁端头，一端一根，大约20m长，以控制钢梁在吊装过程中来回晃动，同时在利于钢梁的就位，严防碰撞。3.吊装前在大梁上先作好安全防护绳（由4分铀绳及脚手管组成，脚手管与钢梁焊接，使用完后将管切割掉并焊接处打磨补漆），高1.2m。如单根钢梁重量不大，满足一机多吊的要求时，可通过吊装孔多件串吊，如下图：钢梁串吊示意图4.就位后→带上螺栓→脱钩→校正梁与柱垂直度复测→高强度螺栓（初拧）→高强度螺栓（终拧）→上下翼缘焊接。5.为提高吊装速度，现场采用两套索具交替使用，以减少等待时间。（六）钢骨柱钢筋工程1.钢构件打孔质量控制钢筋穿钢构件施工是钢骨混凝土中不可避免的问题，同时又是保证钢筋绑扎质量的关键。根据钢筋穿构件的具体情况，主要采取了以下措施：（1）设计出钢筋穿孔图；（2）施工单位绘制钢筋排布大样图，对钢筋穿孔图认真核对，并经过设计单位认可后，在钢构件加工前将钢筋穿孔图和穿孔的质量要求提供给构件加工厂；（3）所有钢筋孔在厂家加工，不得现场气割成孔，根据钢筋直径大小，穿孔大小为：钢筋直径+6，8，10mm；（4）专人对构件打孔与钢筋穿孔图核对，对于漏打、错打的孔，现场用磁力钻成孔。对多余的孔按规范要求焊接封堵。2.主要节点钢筋绑扎（1）型钢砼框架柱型钢柱生根锚固是钢结构现场施工的第一道工序，其安装精度直接影响到上部钢结构的安装精度和整体质量，是一项极其重要的工序。型钢柱底板全部为Q345B的36mm钢板，锚栓为Q235B的Φ30钢筋。设计图中型钢柱锚固位置在-4.600m标高，此标高为地下一层地面结构标高。如按照原设计施工，下部混凝土梁、柱结构中钢筋密集，柱脚的锚筋平面位置难以与设计图中的位置相符，且柱底板无调节水平及标高的空间。为解决柱脚锚固的问题，只能调整钢柱锚固的标高。经过二次详图设计，将柱底板标高调整为-4.514m，留出50mm调节螺母调节柱底板水平度及垂直度的空间。调整好后，再用C40细实混凝土进行二次灌浆，将柱底板与下部混凝土结构之间的空隙填充严实。通过现场的施工实践检验，此方案较为合理，既未影响到土建结构的施工，也为钢柱的生根锚固创造了有利的条件。实现了不同工序有效合理的搭接。（2）型钢砼框架柱内主筋分布与箍筋调整由于型钢柱与混凝土梁连接需在混凝土梁方向加焊牛腿，梁筋与牛腿焊接连接，通过二次详图设计图及三维模型中，反映出柱主筋及箍筋的主要问题，由于型钢柱（700×400（500）×25×36）相对于混凝土截面（1000×1000）较大，钢筋布置密集、规格较大等问题，实际施工中需根据牛腿位置重新布置柱、梁主筋，且型钢柱柱上的栓钉及牛腿导致柱箍筋无法自上而下施工，对施工带来极大的困难，对于以上等问题，采取针对钢柱栓钉及牛腿位置调整柱主筋位置，改变箍筋肢距，使满足设计要求。针对箍筋无法施工的问题，联合设计单位改变箍筋形式，即改小封闭箍筋为符合箍筋再焊接封闭，原八角箍筋改为拉钩。如下图所示：原设计详图设计后3.型钢砼框架梁、柱节点（1）型钢柱与混凝土梁的连接混凝土梁与型钢混凝土柱的节点区位置施工时，梁的主筋处理主要本着能通则通不通则焊的原则，但是同时又要避开柱内主筋位置，因此结合本工程设计，对节点区位置进行放样，选择最优布筋位置，严格要求现场按二次详图设计图纸进行施工。如下图所示：并且针对本工程结构设计施工图中，偏心梁与型钢混凝土柱节点区位置的梁筋，为了保证钢筋与牛腿焊接焊缝长度要求及焊接质量，采取了将牛腿加长100mm，将能够通过的钢筋通长设置。如下图所示：（2）钢柱与型钢框梁连接时梁中主筋及拉钩的处理由于为型钢混凝土劲性梁，因此型钢构件相较混凝土梁截面尺寸较小，梁主筋与型钢柱翼缘相撞，根据规范及设计要求，型钢柱翼缘不能开孔，而此位置牛腿为满足型钢梁的连接，高度不能满足梁筋高度的设计要求，针对此问题进行二次详图设计，设计时并未考虑传统型钢混凝土梁与型钢柱连接时所采用的钢筋连接器连接的方法，而是在型钢柱翼缘上焊接立板，再将梁内钢筋与立板焊接，焊缝长度单面焊不小于10d。如下图所示：原设计详图设计后（3）型钢砼框架柱与钢梁的连接在原设计结构施工图中，部分节点，型钢梁截面逐渐减小，但按照原设计柱内箍筋形式放样后，根据二次详图设计图纸显示，由于节点区箍筋需加密，且受四周连接钢梁牛腿影响，多为复合箍筋，采取焊接方式封闭，需要在牛腿腹板长穿孔布筋，但按此施工，腹板则被箍筋孔打穿，尤其将使钢梁根部的抗剪能力大大削弱，不利于结构整体的稳定性和抗震要求，因此，通过二次详图设计，改变部分箍筋形式，如右表所示，将原复合箍筋改为双复合C型箍筋，待箍筋穿孔绑扎后与型钢牛腿腹板焊接，并且满足单面焊不小于10d的要求，采取这样的做法既提高了型钢梁根部的抗剪性能，同时还保证了梁、柱节点区的可靠性。（4）型钢砼框架柱与组合楼板的连接因本工程外围框架部分为压型钢板组合楼板，于框架柱及钢梁节点部分，混凝土施工缝留置方法为斜向施工缝（见附图1），而现场实际施工时，考虑在顶板施工时因压型钢板与顶板钢筋绑扎需穿插施工，实际施工顺序无法满足设计要求，且设计单位并未给出梁柱节点的压型钢板铺装及钢筋的节点做法，为此对局部砼接茬进行调整，在符合施工规范及设计要求的前提下，将型钢混凝土柱一次浇筑至高于压型钢板底标高100mm（楼板厚度120mm），将板筋上铁搭于砼浇筑完成面上，锚入型钢砼柱支座，框架柱与楼板砼的施工缝留置在柱主筋外皮的方式进行施工，如附图2所示。附图1附图2（5）型钢混凝土混合结构牛腿下翼缘的加腋处理按《混凝土结构工程质量验收规范》中的要求，为了保证结构整体稳定性及钢筋的使用年限，根据规范和施工图集要求需要保证钢筋的混凝土保护层厚度。而对于型钢柱梁连接的牛腿未对保护层做明确要求，在以往工程中，牛腿与（型钢）混凝土梁下标高为同一标高位置，而对于此部位的处理方法也仅仅是在梁混凝土浇筑完成后涂刷防锈漆的方法进行处理。但是，由于（型钢）混凝土梁需与牛腿焊接，将型钢混凝土混合结构有效的连接、锚固在一起，使之成为一个有效的整体，因此，在钢筋与牛腿焊接后，牛腿已与钢筋成为一个整体，成为结构主要的受力构件，并且在节点区位置也要承受极大的剪力作用；牛腿与钢筋焊接后，牛腿与钢筋的性质是相同的。如果按照原设计图施工，所有外露的牛腿下翼缘钢板均需在拆模板后现场进行除锈、刷漆处理，而现场除锈刷漆的防腐效果和耐久性难以保证。基于以上两个原因，我们同设计院设计师多次沟通讨论，特别为型钢牛腿下翼缘位置进行加腋处理，使其拥有保护层。如下图所示：左图为原设计图节点，右图为二次详图设计后的节点左图为支模时的照片，右图为混凝土浇筑后的实体照片4.型钢砼剪力墙核心筒剪力墙内型钢柱与钢筋混凝土的交叉施工是本工程型钢砼混合结构施工中的最难点，墙内暗柱中基本上全部设置了型钢柱，如下图所示（阴影部分为型钢砼暗柱），剪力墙截面小，型钢截面大，最大截面350×300×25×36，型钢柱与剪力墙边缘最小距离仅为50mm。（1）与竖向筋的位置关系以原设计图纸中两个节点为例（附图1），型钢柱与剪力墙暗柱的位置关系无论于横轴还是纵轴相对于截面都较为密集，并且暗转外侧两个方向需与梁连接，综合考虑柱内纵向钢筋以及梁内主筋，理论尺寸上均不能满足互不干扰进行施工放置，并且柱内纵向钢筋与梁连接牛腿位置冲突，对于施工来说，即要满足纵向钢筋与箍筋的施工要求，又要保证梁筋深入支座，需要对剪力墙内每一节点的暗柱纵向钢筋重新布置，将柱纵向主筋位置合理布置，与牛腿冲突位置需要穿孔通过，如附图2所示。附图1附图2另外，对于节点B（附图1）来说，但是按照详图设计图纸大样及三维模型上来看，型钢柱边缘至墙外边线（柱与墙垂直方向）最大距离仅为75mm，最小为50mm。而按原设计要求，自型钢柱外边缘起至剪力墙外边线依次为暗柱钢筋→暗梁（连梁）钢筋→墙体水平筋，按照理论直径计算为25＋25＋16=56（此为按照最小钢筋节点钢筋规格计算），即墙体水平筋最大保护层厚度仅能保证18mm，不能满足规范及设计对墙体钢筋保护层的要求，对于此类节点，即使暗柱不与梁连接，也需对角部柱筋位置重新布置。且施工时，必需保证型钢柱及钢筋位置不能存在任何偏差、位移，否则将产生钢筋出线等问题的产生。针对此问题，为了保证墙内钢筋保护层厚度，保证施工质量，经与设计单位协商，自墙内型钢柱生根开始，将型钢柱位置向墙内方向平移以保证施工质量和规范要求。并且，在实际施工中，由于钢柱高度较高，在墙体砼浇筑时对钢柱产生的侧压力，极易使钢柱向其外侧发生垂偏，这样再施工上层墙体钢筋的时候，钢柱与剪力墙外侧距离更小。为了预防这样的问题，采取在混凝土浇筑时用两道缆风绳，在剪力墙内侧分别锁死的方式避免钢柱发生垂偏，较好的控制了剪力墙钢筋及砼的施工质量。（2）与剪力墙内暗梁及连梁的位置关系按照原设计图纸要求，沿剪力墙体四周方向均要设置暗梁，遇门洞口部位由连梁替代，暗梁及连梁宽度与剪力墙体厚度同宽，暗梁及连梁钢筋遇剪力墙内暗柱型钢需穿型钢柱腹板通过或于型钢柱翼缘外侧通过。项目部考虑，若要满足设计单位要求，在实际施工中，钢筋绑扎、连接与型钢的交叉施工就更加复杂，钢筋与型钢的穿孔梁大，施工难度大，对于墙体角部位置梁的弯折锚固不易下料加工，并且剪力墙角部钢筋保护层更加不易保证，不可预见因素多等问题，都直接制约了剪力墙施工质量的有效保证。因此，项目部综合考虑以上问题，经与设计单位多次沟通，借用03G101-1图集中混凝土梁、柱节点区锚固做法，将剪力墙内暗梁及连梁钢筋综合考虑，将暗柱作为支座，由支座边缘算起至型钢柱翼缘或腹板截面计算梁筋锚固平直段长度，按规范和图集要求梁筋申入支座内符合钢筋锚固长度要求的进行弯折锚固，对达不到锚固长度要求的，采用加牛腿与型钢柱焊接连接的方式进行施工，这样就减少了钢筋穿孔数量，避免了大面积交叉施工，使得施工质量在受控范围之内。如下图所示。为满足设计要求，保证施工质量，于此同类问题型钢柱与连梁连接牛腿加长、加宽（牛腿长度加长100mm，牛腿宽度加至与型钢柱翼缘同宽）的方式，保证纵筋的焊接的设计及规范要求，避免了柱纵向钢筋的位置冲突问题，如下图所示：（3）与暗柱箍筋的关系改变牛腿形式为K型牛腿在剪力墙内，型钢柱、梁节点区部位箍筋与框架柱节点相同，都采用改封闭箍筋为复合箍筋穿孔通过牛腿腹板再进行焊接封闭的方式进行施工。但剪力墙内部分连梁截面尺寸较大（300×2650mm），若按常规形式设置牛腿，箍筋布置密集（为10@100），则箍筋穿孔数量巨大，焊接量大，使得施工工序复杂，极大的降低了施工速度，同样也使得施工质量不易保证。为了避免此类问题的产生，项目部与设计设计单位讨论，最终经设计单位认可改变连接牛腿形式为K型牛腿，使得在一定区域内避免了箍筋穿孔，加快了施工速度，也使得质量得到了有效的保证，如右图所示。型钢梁柱连接牛腿的补强处理按照规范及设计要求，型钢构件腹板开孔需要补强，本工程二次详图设计中发现，由于牛腿上箍筋孔位置绝对间距较小，不易采用加焊补强板的形式进行补强，因此，通过二次详图