型钢混凝土组合结构在仿古建筑中的应用

夏永峰

(山西一建集团有限公司，山西太原 030012)

1 工程概况

1)本工程为中国尧帝祭祀大殿工程，位于临汾市区东部尧陵景区，总建筑面积为19 360 m2，建筑高度53 m，建筑层数地上6层。地基处理采用人工成孔灌注桩。建筑风格颇具汉代风格，为尧陵仿古园林景区的主体建筑。主殿之攒尖、配殿之盝顶坡面及檐口均为直线，近角身微翘。班固《西都赋》所谓有“上反宇以盖载，激日景而纳光”为汉代所通用之结构法也。建筑整体庄严、肃穆、豪放。2)主体结构为框架剪力墙结构，框架部分为型钢混凝土组合结构，其他部分柱为斜柱。为了满足建筑物具有汉代建筑风格和使用要求。主楼部分在16.45 m～36.45 m范围内柱截面为1 000 mm×1 000 mm型钢混凝土柱，梁截面为800 mm×1 000 mm混凝土梁，层高 20 m，跨度为 18.3 m，属高大模板;16.45 m处板厚为300 mm，梁截面为800 mm×1 000 mm型钢混凝土梁，层高16.5 m，跨度6 m，属高大模板;屋顶为现浇混凝土坡屋顶。型钢柱平面布置图见图1，尧帝祭祀大殿主楼剖面图见图2。

图1 型钢混凝土柱平面布置图

2 型钢混凝土柱结构设计特点分析

型钢混凝土柱是以型钢柱作为钢骨，周围配置钢筋并浇筑混凝土，形成组合式结构体系。型钢混凝土柱柱脚采用埋入式柱脚，通过地脚螺栓与混凝土基础相连接，地脚螺栓的精确定位是柱脚施工的重点;框架梁与型钢混凝土柱节点位置，钢筋较密，施工时如何合理处理框架梁钢筋与型钢柱的关系;型钢梁安装顺序、焊接方法、与型钢柱节点处理是本结构施工的难点。

图2 尧帝祭祀大殿主楼剖面图（1： 100）

3 型钢混凝土柱、梁施工

3.1 型钢柱埋入式柱脚施工

1)柱脚螺栓预埋。每根型钢柱地脚由四根直径30的地脚螺栓固定，地脚螺栓长800 mm，待地脚底的钢筋绑扎完成及型钢柱外围插筋绑扎固定完成后，开始预埋地脚螺栓，地脚螺栓的固定采用角钢或槽钢加工成定型套架固定。2)柱脚吊装固定。地脚螺栓预埋完成后，型钢柱最下面一节柱脚即可进场安装，首节型钢柱包括30厚柱脚底板，通过地脚螺栓将柱脚固定，首节型钢柱高出基础底板面1.0 m。3)型钢柱地脚施工质量控制要点总结。a.地脚螺栓精确定位，并用成品钢框固定牢靠，保证在浇筑地脚混凝土时不被扰动;b.框架柱在柱脚内的插筋应严格按照图纸要求定位，否则会影响柱脚底板与预埋螺栓的正确连接;c.首节型钢柱安装标高、垂直度必须符合设计要求，否则会给后续安装带来累计误差，导致梁钢筋无法穿过型钢柱开孔腹板。标高利用位于柱脚底板下部的四个调节螺栓进行调节标高和型钢柱的垂直度，利用两台经纬仪在两个方向随时监控垂直度，直至符合要求;d.首节型钢柱调整完成后，应将地脚螺栓垫板与柱脚底板点焊固定，以防在基础底板施工中扰动已经安装完成型钢柱柱脚。

3.2 标准节型钢柱安装

1)标准节型钢柱吊装。钢柱起吊就位后临时固定地脚螺栓，带好缆风绳，并初校垂直度，松开吊钩，进行下一根钢柱吊装。待型钢柱翼缘及腹板焊接完成后，将耳板用火焰割除。2)标准节型钢柱安装控制要点。a.轴线控制。安装前，在四片翼缘面用墨线弹出型钢柱的中心线，以便和底板及下层型钢柱中心对接就位，上下层型钢柱对接时为保证中心线重合，可在柱子与柱子的连接衬板不同侧面加设垫板进行调节。型钢柱的轴线检测必须是全高检测，严禁用下层型钢柱的轴线进行控制，以免误差累计过大。b.垂直度控制。型钢柱吊装基本就位后，临时固定型钢柱，随后利用两套磁力线坠对型钢柱两个方向的垂直度作初步调整。通过用缆风绳和千斤顶等调节钢柱垂直度后，型钢柱垂直度进一步校核，其值应不大于H/1 000。垂直度检查无误后，对称焊接翼缘进行电焊，最后拆除临时固定的高强螺栓和连接板。为保证型钢柱垂直精度，用两台经纬仪全程监测。c.标高控制。型钢柱安装完毕后，须将楼层标高引测到型钢柱上，以便检查型钢柱的柱顶、牛腿标高，为下层型钢柱的下料、开孔定位提供依据，成型后的钢柱，需立即和该层范围内的梁板柱子形成空间稳定体系。3)标准节型钢柱安装质量控制要点总结。a.在现场吊装设备吊装能力满足需求的情况下，型钢柱最好每两层一节，以有效减少现场焊接工作量和因安装引起的安装误差;b.上、下节型钢柱之间的连接为部分熔透的坡口对接焊缝，焊缝等级为二级，焊接时采用二氧化碳气体保护焊，焊接完成后需对焊缝长度的20%进行超声波检测;c.焊缝焊接时，要求两名工人从两侧对称施焊。

3.3 框架梁钢筋与型钢柱连接

1)框架梁钢筋安装技术准备工作。型钢柱安装完成后，框架梁底模板铺设完成后，即可开始框架梁钢筋安装绑扎施工，根据数据分析，确定框架梁钢筋的走向，对每根钢筋进行编号，确定哪些钢筋需穿过型钢柱腹板，形成贯通钢筋，哪些钢筋与型钢柱牛腿焊接，哪些钢筋需要从型钢柱侧边通过，提前根据数据分析结果，将每个梁、柱节点钢筋反映在CAD图上，以指导现场施工。

2)框架梁钢筋与型钢柱连接施工。a.根据节点图，将框架梁钢筋安装摆放到位，对需要与型钢柱牛腿焊接的钢筋施焊，焊缝为角焊缝，焊缝厚度10 mm，且双面焊缝长度不小于5d(钢筋直径)，焊缝应饱满。其余钢筋穿过型钢柱腹板，形成贯通钢筋。b.框架梁钢筋与型钢柱连接施工质量控制要点总结。认真组织现场施工班组进行技术交底，将每个施工节点图发到班组组长手中，并对每个工人进行详细的技术交底，保证工人领会设计意图，清楚钢筋的绑扎方法;钢筋混凝土梁内主筋穿过型钢腹板不应少于1/3，其余主筋与柱上钢牛腿焊接;与钢牛腿焊接的钢筋应保证焊缝质量等级达到二级焊缝标准，焊缝为双面焊，焊缝长度不小于5d(钢筋直径);钢板开孔应在工厂用专用设备钻孔，不应现场切割开孔;柱内型钢翼缘板不应开孔穿筋，腹板开孔面积在同一截面中不宜超过腹板的1/3，否则需采取补强措施。f.在设计允许的情况下，型钢柱牛腿尽量长，最小应达到300 mm，以方便框架梁钢筋与牛腿焊接施工;若钢牛腿伸出框架柱边缘太短，因框架柱钢筋影响，会给框架梁钢筋焊接施工造成困难，并且不易保证焊接质量。

4 型钢梁与型钢柱连接施工

为了满足建筑物具有汉代建筑风格和使用要求。在本工程结构标高为16.45 m处设计了型钢混凝土梁板厚300 mm，是为了满足4层摆放尧、舜、禹三尊石像的荷载并作为4层20 m层高的一加强层。这一加强层显得尤其重要，所以在型钢梁施工前必须保证搭设的架体满足高大模板支撑体系的相关要求。

4.1 钢梁吊装与临时固定

清理钢梁表面的污物后吊装钢梁，钢梁应装配好附带的连接板，吊装时注意钢梁的方向准确。

4.2 高强螺栓安装

装配和紧固接头时，应从安装好的一端或刚性端向自由端进行;高强螺栓的初拧和终拧，都要按照紧固顺序进行:从螺栓群中央开始向外侧进行紧固。同一高强螺栓初拧和终拧的时间不得超过1 d。高强螺栓不能安装时，应用冲杆或铰刀修正扩孔后再插入。雨、雪天及螺栓上有污物后不得进行高强螺栓的安装。

4.3 型钢梁安装注意事项

1)在型钢梁施工过程中，应在已经支设完毕的模板上，用墨线弹出型钢梁位置，确保钢梁安装准确。2)校正钢梁的标高、轴线。3)钢梁安装完成后应检查钢梁与连接板的贴合方向。4)钢梁的吊装顺序应严格按照钢柱的吊装顺序进行，及时形成框架，保证框架的垂直度，为后续钢梁的安装提供方便。5)处理螺栓偏差时采用绞孔机扩孔。6)安装时不得将高强螺栓直接穿入，而应用临时螺栓进行固定。

5 结语

对施工完成的中国尧帝祭祀大殿工程型钢混凝土结构均达到了相关质量验收标准。通过中国尧帝祭祀大殿工程中型钢混凝土结构施工与管理得出总结:1)分包管理。作为施工总承包单位，就是要充分整合利用社会专业分包资源，型钢混凝土结构中的钢结构施工需要分包给有相应资质、由钢结构施工单位负责对图纸进行深化设计，最终出一套型钢结构施工图纸，经原建筑设计单位、总包单位签字确认后，作为钢结构下料加工、现场施工的依据。2)沟通管理。型钢混凝土结构作为一种组合式结构，必然牵涉到土建钢筋工程、模板工程与型钢柱之间的交叉关系，这就需要总包单位及时协调土建工程与钢结构工程之间交叉施工的关系，特别是在型钢柱深化设计阶段，要让钢结构深化设计人员了解钢筋工程的施工要求，同时也需要让土建工程中的钢筋工程下料人员了解型钢柱的施工规范要求，做到两专业的协调统一。3)验收管理。钢结构作为主体分部工程的一个子分部工程，需要从原材料检测、进场验收、焊缝施工质量、垂直度等等几方面来重点进行控制，每施工一道工序，及时组织验收，对验收发现的问题，要求钢结构分包单位及时整改，合格后方可进行下道工序施工。