建筑工程钢-混凝土组合结构施工技术实践

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我国南京长江第五大桥是世界上跨径最大的钢-混凝土组合结构的索塔斜拉桥，采用的正是钢-混凝土组合结构施工技术。该项施工技术不仅优化了其结构尺寸，还提高了结构的承载力。在建筑行业的发展中该项组合结构已逐步成为一项重要的结构体系并得到了全面应用，因此文章对建筑工程钢-混凝土组合结构施工技术进行的具体分析和研究具有重要的现实意义。

1 钢-混凝土组合结构概述

在建筑工程的结构分类中，出现最早的是木结构和砌体结构，然后是混凝土结构和钢结构。从本质上来讲，钢-混凝土结构是在混凝土结构和钢结构的基础上发展起来的又一类结构形式，其综合了钢结构和混凝土结构的各自优点，易于满足现代土木工程结构对功能的要求，综合效益较为显著。我国建筑工程在很长一段时期广泛使用混凝土结构，但是对于超高层、大跨度重载结构，包括桥梁结构等，单一的混凝土结构无法满足其功能方面的相关要求。例如超高层的建筑施工项目，如果还是采用纯混凝土结构，那么其自重较大且施工速度较慢，基础造价偏高[1]。如果采用钢-混凝土组合结构则会带来显著的综合效益，比如能够降低楼盖的结构高度、减小柱子的截面尺寸、降低基础造价、增加使用空间、加快施工速度等。钢-混凝土组合结构结合了两种结构的优点，还能够有效避免混凝土的裂缝外露。

钢-混凝土组合结构还适合我国基本建设的国情，如果我国完全推进钢结构，在现阶段还不具备一定条件；如果完全采用混凝土结构，那么有些特殊的结构又很难满足对功能的要求。钢-混凝土组合结构的造价介于钢结构和混凝土结构之间，在性能上也是将两者的优点结合在一起，而且该组合结构已成为结构体系的重要发展方向之一，其发挥的作用较为灵活，能够提供良好的发展空间。

钢-混凝土组合结构的特点如下：（1）经济效益显著。钢-混凝土组合结构的承载力较强，能够有效减小构件截面，而且能承受构件自重和施工荷载，增加使用空间，经济效益显著。（2）具有抗震性和防火性。钢-混凝土组合结构具有较高的延性和韧性，抗震和抗冲击性能较好，能够有效避免脆性破坏。

2 工程概况

笔者近年来负责施工的龙游县公共文化中心，其中有一个单体便民中心，地下部分为钢-混凝土组合结构，地上为全钢结构工程，楼面为钢筋桁架楼承板，共4层。在该工程的建造中运用了大量现代建造技术，建筑物柱中型钢为十字形状或箱形状，从其受力情况来看，主要是偏心受压柱，均需要较高水平的焊接技术，从而避免出现焊接技术水平偏低引起的质量问题。各个构件在焊缝要求方面也存在差异，如钢筋牛腿结构、翼缘板结构以及腹板之间部分的焊缝要求一级焊缝，而其他构件或节点板与钢筋之间的焊接根据设计要求为二级或三级焊缝。

3 钢-混凝土组合结构施工工艺原理

钢-混凝土组合结构的核心是型钢构件，在型钢构件外侧设置纵向受力钢筋和混凝土结构，施工前首先要加工完成型钢，然后进行吊装。在梁与柱对接焊接前，要对柱轴线的位置和型钢柱翼缘的垂直度等进行检查，将误差控制在标准范围之内，再通过合理的吊装、安装、焊接方法控制型钢的焊接变形。

4 钢-混凝土组合结构施工流程

（1）塔吊吊装。一般情况下在塔吊吊装中采用两点正吊或者四点正吊的方法，当钢架起吊时离地面50cm时暂停，待检查无误后再继续起吊，塔吊起吊时现场需要专门的塔吊信号工在一旁指挥。

（2）钢结构校正。第二段及以上钢柱采用千斤顶校正法进行校正，钢结构用千斤顶撑住，然后由施工人员用全站仪校准对直进行钢结构微调。

（3）构件连接固定。构件安装采用焊接或螺栓连接的方式，首先需检查连接的节点，在检查合格后方能进行焊接或紧固。安装定位焊缝不需承受荷载时，焊缝厚度应不少于设计焊缝厚度的2/3，焊缝长度不宜小于25mm，位置应在焊道内。

（4）探伤检查。无损检测要在外观检查合格后进行，进行焊缝无损检测的相关人员必须持有相应探伤方法的二级或二级以上资格证书，有下列情况之一出现时应进行表面检测：①如果在进行外观检查时发现裂纹，应对该批中同类焊缝进行100%的表面检测；②在根据设计图纸与文件规定进行表面探伤时，应及时对表面进行检测[2]。当焊缝表面缺陷超标时应对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷用砂轮打磨、铲凿、钻等方法进行处理，必要时要补焊。

5 钢-混凝土组合结构施工技术要点

（1）安装程序。首先，安装柱脚埋件，安装时要严格控制埋件高度并加固，然后浇筑混凝土并需要相关人员在现场看护，防止位移。与此同时，安装调节螺母，当埋件工作完毕后对柱脚螺栓进行保护，避免损坏。其次，对柱脚进行灌浆料施工，在灌浆料时尤其要注意不能从两个以上的方向进行浇筑，保持从一侧灌浆且要连续作业，灌浆完毕之后要覆盖塑料薄膜进行养护[3]。最后，进行柱混凝土施工，应先浇筑柱芯混凝土，后浇筑型钢，柱外侧包裹混凝土，相关人员要对浇筑至柱顶标高的柱芯混凝土进行详细观察，一旦发现混凝土出现坍落问题要及时进行补浇，确保柱芯填满混凝土。

（2）钢-混凝土组合结构模板施工。在模板施工中首先要注意模板的尺寸，设计模板时在钢柱的柱身部位不能设置对应螺栓，且配板的高度不宜过高。

（3）起重设备的选择。塔吊设备的型号应根据建筑面积、建筑层高（型钢柱层高及重量）来选择。当层高较大或单层型钢柱较重时可在同层内进行分节制作安装，当型钢柱较小时也可以每2层为1个吊装节，塔吊机械设备的选择要参考起重量并结合经济性；当局部构件较重且层高较低时也可选用起重机吊装。

（4）钢结构二次深化设计。在进行钢-混凝土组合结构施工的过程中，梁、柱节点是施工的难点和关键点，其施工质量直接影响建筑物的整体质量。因此，施工前要重点做好关键部位的二次深化设计，在进行钢结构二次优化设计时，应采用钢筋分层及钢柱分向理念进行优化设计。钢筋分层即根据钢-混凝土梁中的上部或下部主筋排数，考虑钢筋保护层及二排钢筋间距来设计节点板；钢柱分向即考虑1根柱连接的2根、3根、4根或更多钢筋混凝土梁，每根梁均分别设计节点。目前钢-混凝土梁与组合柱中型钢连接的方法主要有三种：“焊”“穿”“绕”。“焊”可细分为以下两种方案：第一种方案为在型钢柱与梁钢筋连接位置加连接板，同时重点做好梁结构主筋与节点板之间的焊接工作；第二种方案为在钢-混凝土组合柱的钢柱翼缘上焊接螺纹套筒，然后与主筋螺纹连接。“穿”即让框架梁的部分主筋穿过钢柱腹板，达到主筋不切断的目的，此方法需经设计核算腹板强度及稳定性。“绕”是指钢筋混凝土梁角部钢筋与型钢柱并未相交或略有相交时可不切断直接通过或按钢筋排布图集弯折后通过。各种连接方法在不同部位各有特点，优化设计人员应从工程实际情况出发，科学设计，确保工程质量得到有效保证。

（5）钢-混凝土组合结构混凝土的浇捣。由于组合柱特别是梁柱节点处钢筋密集，浇筑混凝土前要做好前期的施工工序准备工作。首先，应进行型钢柱的校正和焊接的检查，再对整个柱体的位置进行检查调整，等到平台模完成后再进行组合柱混凝土施工，施工中要做到同步检查校正型钢和组合柱。其次，要做好配合比工作，适当加大坍落度，增加混凝土的和易性，在梁柱节点处如浇捣混凝土有困难时也可按设计要求采用自密实混凝土。自密实混凝土施工工艺流程如下：材料进场检验→施工前准备→自密实混凝土浇筑→拆模、养护。自密实混凝土浇筑时泵送速度应调至最低，并在出料口处设置溜槽，避免产生离析，且应分段分层连续施工，为使混凝土表面光滑也可在模板外辅助振动或用橡皮锤锤击。最后，可经设计同意在型钢柱横向加劲板上开浇捣孔，方便浇捣。

6 结束语

随着我国建筑行业的迅猛发展，高层建筑工程项目的数量也越来越多，同时钢-混凝土组合结构的应用也越来越广泛。该组合结构不但具有良好的抗震性和承载力，而且给建筑行业的发展带来了显著的经济效益。文章阐述了钢-混凝土结构的基本概念和特点，并以笔者近年来负责的工程为例，详细分析了钢-混凝土组合结构的施工技术，进一步推动了该组合结构在建筑行业的发展。