大空间型钢混凝土梁柱一体安装技术

赵迎，彭峥，金明珠，梁光慧，范建民

（中国新兴建筑工程有限责任公司，北京 100079）

0 引言

随着社会对“医疗关怀”需求的日益增加，对医院环境的要求越来越高，医院接待大厅要保证温暖舒适、宽广安静的环境，以缓解病人及家属的焦虑情绪，有利于医护人员工作顺利进行及病人病情恢复。为增强空间视觉感，增加天然采光，门厅屋面多采用玻璃采光顶。为保证型钢玻璃采光顶安装，屋面梁承载力高。满足承载力要求的钢筋混凝土梁截面尺寸大，自重大，既不利于结构安全，也会降低玻璃采光顶采光性能，影响其美观性。因此门厅顶部梁多采用承载力大、抗震性能好、刚度大、自重轻、施工简捷的型钢混凝土梁组合结构。目前，国内外型钢混凝土组合结构安装研究成果多为安装质量要求及现场安装技术要求，未涉及通过优化设计、钢构件一体化安装等内容。国内外很早就已经开始对型钢混凝土组合结构安装进行研究，总结出很多型钢混凝土组合结构安装质量要求及现场安装技术要求规范。但缺少对于简化安装流程，降低现场施工难度的相关研究。基于以上，本文针对简化安装流程，降低现场施工难度提出以下改进方法：一是，通过优化设计钢构件，降低现场构件拼装难度，二是一体化安装，简化安装流程[1]。

本文通过研究利用BIM 三维建模、对型钢梁、柱进行深化设计，采用构件一体化设计制作和构件一体化安装相结合的方法，降低现场施工难度，提高工程施工质量，保证工程工期。

1 工程概况

嘉祥县人民医院新院区工程门诊医技楼，总建筑面积72 783.8m2，地下1 层，地上5 层，结构形式为框架剪力墙结构。门厅部位高18m，东西跨度48m，南北跨度16.8m，门厅梁为型钢混凝土折型梁，总用钢量约52t。门厅层高高，跨度大，为保证其顶部刚度，同时减小梁的截面尺寸以保证采光率，梁采用了承载力大、刚度大、自重轻的型钢混凝土组合结构，为保证梁与柱刚接，与钢梁相接的柱也需采用型钢柱，因此门厅柱需采用型钢混凝土柱。门厅处框架柱高18m，若全长使用型钢混凝土柱，不仅型钢柱用钢量大，柱钢筋绑扎难度增大，混凝土浇筑工作难度提升。且型钢梁为折型梁，现场拼装难度大，模板支设难度大，与型钢柱连接安装难度大。钢架结构施工的主要风险是安装人员和安装机械能否实现安全生产，避免发生事故。因此需根据施工环境、施工工序对钢结构安装方法进行研究改进。

2 安装技术思路

（1）为保证型钢混凝土梁刚接，与梁相接的柱应为型钢混凝土柱，门厅框架柱高18m，若全长使用型钢混凝土柱，柱用钢量大，柱钢筋绑扎难度大，因此取消全长型钢柱，将与钢梁连接部位钢柱优化为连接用短柱，仅作为钢梁与混凝土柱刚接构件。既保证了型钢梁的刚性连接，又减少用钢量，节约钢材，降低材料成本。减少与框架柱钢筋重合面积，降低框架柱钢筋绑扎难度。相较于传统型钢柱安装施工工艺，省去了在框架柱根部底脚螺栓预埋与钢骨柱定位安装等施工步骤，减少施工工序，降低施工难度，缩短工期。

（2）型钢梁为折型梁，折型位置现场拼装难度大，安装精度不易控制。且主梁跨度16.8m，单榀重量达7.3t，现场现有塔式起重机不满足起吊要求，且因跨度大、重量大导致施工难度大，安装精度不易控制。因此，对钢梁进行优化分节，型钢梁柱现场安装连接点均设在受力较小处，保证了结构安全性。折型位置及梁柱连接位置，优化为整体构件，大大降低现场拼装难度，也减少了现场的测量定位、安装、焊接等工程量。型钢梁柱固定安装时互为定位固定措施，稳定性好，且减少固定加固措施投入，施工质量及施工安全性大大提高。

（3）型钢混凝土柱钢筋采用双螺套钢筋连接技术，不需要旋转钢筋就可以完成连接作业，可将钢筋上下螺纹轨迹不共线调整成共线，操作简单，力学性能好

3 施工质量控制与安全管理

3.1 施工质量控制

（1）严格按照《钢结构工程施工质量验收程范》（GB50205-2020）、《建筑钢结构焊接规程》（JGJ8l-2002）、《钢结构高强度螺栓连接 的设计施工及验收规程》要求进行施工；（2）施工前应仔细核对施工图上所有尺寸，对钢构件进行放样和试拼装确认准确无误后方可进行施工；（3）所有螺栓孔均已预制完成，未经许可不得现场扩；（4）除结构图上专门注明，不允许在钢结构构件上开洞、埋盒等；（5）对高强螺栓摩擦面应特别保护，确保高强螺栓的抗剪强度达到设计要求；（6）安装施工前制定包括施工方法、施工步骤、施工管理并能确保安装质量和安装精度以及安装安全的计划，该计划必须经施工监理确认认可；（7）临时固定架应搭设牢固，不得有松动现象等；（8）在浇筑混凝土前，木模板浇水湿润，模板内无积水。模板与混凝土的接触面应清理干净并涂刷隔离剂，模板内的杂物应清理干净；（9）因型钢柱部分钢筋绑扎较复杂，有关人员及时进行检查、隐蔽验收；（10）在混凝土浇筑时混凝土浇筑负责人跟班检查，如钢筋有明显的偏位或间距发生变。

3.2 安全管理

（1）模板拆除使用撬杠时，人要立稳，应一手扶稳，一手操作，撬杠插入深度适宜，不宜撬动距离过大；（2）高处操作人员使用的工具，零配件等应放入工具袋内，不可随意丢掷，严禁高空落物伤人，尽量避免垂直交叉作业；（3）在拆除模板架时，要保证有足够的操作空间和平台；（4）钢结构吊装时配置安全挂栏，在柱与柱之间拉安全绳。高处作业必须精神集中，系好安全带。吊装时的指挥人员应使用统一指挥信号，信号要鲜明准确；（5）钢梁焊接时，要制作专用挡风斗，对火花采取严密的处理措施，以防火灾、烫伤等，下雨天不得露天进行焊接作业；（6）施工中的电焊机、空压机、气瓶、打磨机等必须采取固定措施存 放于平台上，不得摇晃滚动。

4 施工工艺流程与方案设计

4.1 利用BIM 建模技术对钢结构深化设计及构件拆分

原设计型钢梁折点处为连接节点，型钢梁分为两段进行拼装。型钢柱为单独钢构件，与型钢梁在设计原位进行拼装。钢构件吊装难度大，质量难保证。先将整体钢构件模型搭建好，通过模拟构件安装，将折型梁折点位置优化为整体构件，梁由原来一榀分两段改为一榀分三段，头尾两段与型钢柱相接部位，优化为整体构件，中间段为折梁部分，为单独构件[2]。将钢构件优化为折型梁、边柱梁、角柱梁三大类构件，如图1～4 所示。

图1 深化设计构件分解图

图2 型钢梁分段示意图

图3 边柱梁、角柱梁模型图

图4 折型梁模型图

确定深化方向后，将型钢柱、型钢梁及框架柱构件搭设好，模拟三者的位置关系，保证钢构件精度。模型建立完成后，进行构件受力分析，进行分节拆分。结合施工顺序，尤其是柱筋、梁筋、箍筋等交织密集的节点位置，选择适用的钢筋连接方式，预留钢筋套筒、钢筋预留孔。

完成模型校核，确认钢构件的标高、规格、节点形式等无误，对构件进行编号，完成出图，对深化后的图纸提交设计单位签章确认。

4.2 构件加工、制作及运输

根据最终的设计确认图纸及模型，由钢结构厂家完成钢构件的加工、制作、运输至现场。

4.3 满堂脚手架搭设

模板支撑体系搭设高度17.83m，部分局部框架梁集中线荷≥24KN/m，属于高大模板工程，已完成高大模板安全专项方案并进行专家论证[3]。

架体采用盘扣式钢管架体，架体步距为1200mm，立杆横距600mm，纵距450mm，设柱拉结点，使架子管把柱子四周连接牢固，然后与架体连成一个整体，如图5 所示。

图5 满堂脚手架剖面图

4.4 梁底附加固定架安装

复核现有建筑平面上的轴线及钢结构基准线控制点的精度。测量出各个钢构件的平面定位轴线及构件标高，并在型钢梁安装位置处用红油漆做好标记。由100mm×100mm 木方、Φ48m×3.6m 钢管组合成临时固定架，临时固定架通过钢管与支撑架体连接牢固。临时固定架根据满堂脚手架立杆位置进行设置，每两道立杆即每1 200mm 设一道固定架，木方通长铺设于固定架梁底钢管上，紧贴钢梁底部。临时固定架安装完成后，固定架根据测量标记，进行位置调整，以保证钢梁位置准确，如图5～6 所示。

图6 型钢梁临时固定架立面图

图7 型钢梁临时固定架安装示意图

4.5 型钢梁吊装

吊装前，应按构件明细表核对进场的构件。吊装采用吊机两点吊装，钢梁被起吊至适当高度后缓缓转杆，徐徐下钩，根据红线标记，调整钢梁位置，直至将梁平稳地放置在临时固定架上，刹住吊车。

4.6 型钢梁位置临时固定

调整临时固定架卡扣，从侧面对型钢梁进一步加固，形成稳定空间体系。利用内控点，使用全站仪对型钢梁、型钢柱位置进行测量复核控制，并检查型钢柱垂直度。核查无误后，撤去吊绳，完成临时加固。

4.7 型钢梁拼接及测量复核

进行钢构件拼装前，保证摩擦面干燥、整洁，用油漆在明显部位编号，写明构件号和件数。型钢梁拼接时，会受到风力、温差、日照等外界环境等因素的影响，采用项目自制钢梁连接结构安装装置，辅助进行钢梁拼接，简化钢梁连接结构的安装流程，提高安装级精度。最终焊接固定。

钢梁拼装完成后，及时对钢梁位置、钢柱位置、垂直度等进行测量校核，保证梁柱位置准确。

图8 型钢梁拼装模型图

4.8 焊缝探伤检测

对型钢梁焊接部位进行外观检查，确保焊缝表面有无裂纹、夹渣等缺陷，焊缝几何尺寸以及成型情况符合要求。外观合格后由专职检测人员做超声波探伤检测。

4.9 框架柱钢筋绑扎

（1）完成施工缝处理、钢筋位置调整、清理等基础工序；（2）为不扰动已安装完成的型钢柱、降低钢筋安装难度，纵向钢筋连接采用双螺套钢筋连接技术连接。钢筋与型钢柱交叠部位，绑扎空间有限，采用钢筋与型钢柱预埋焊接套筒连接；（3）绑扎箍筋、安装垫块。钢筋绑扎完成，进行钢筋隐蔽验收。

4.10 框架柱模板支设

柱模与下层柱顶交接处贴海绵条，柱底模板预留清扫口，柱模板与满堂脚手架体连成一体，增加整体稳固性。模板安装完成后二次清理堵缝，进行模板验收。

4.11 柱混凝土浇筑

混凝土应分层浇筑振捣，振动棒不得触动钢筋和钢构件。当混凝土浇筑至型钢柱底部时，两侧两人对称进一步振捣。混凝土终凝后，覆膜并进行保湿养护，养护时间不得少于14 天。混凝土强度达到拆模要求，即可进行拆模，拆模后及时对框架柱进行验收。

4.12 型钢梁位置校核

框架柱验收合格后，即型钢梁与框架柱连接固定完成。利用测量内控点，对型钢梁位置进行复测校核。

4.13 型钢梁附加固定架拆除

型钢梁位置偏差复测合格后，即完成与框架柱刚接及固定定位，可拆除临时固定架。固定架拆除时，先拆除梁侧固定钢管，再缓缓松动梁底固定钢管，尽量减少对原架体扰动，拆除后，对原架体进行加固。

4.14 梁钢筋绑扎

安装梁上下纵筋，将上下铁直接穿入箍筋内部，纵筋在梁柱节点处与预先焊接在钢柱上的直螺纹套筒进行连接，或与框架柱纵向钢筋连接撑起箍筋形成骨架。由于型钢梁栓钉密集，纵向钢筋直径大、数量多，绑扎难度大，要加强技术交底及绑扎质量控制工作，土建工长盯班作业，以保证梁最终成型质量。

4.15 梁模板支设及混凝土浇筑

钢筋绑扎完成，按照梁底、梁侧的顺序支设模板。梁底模板必须预留清扫口，防止夹渣，在安装梁侧模板时，根据型钢梁腹板预留螺栓孔设置对拉螺栓。

混凝土浇筑时，应从梁一侧下料，待混凝土从另一侧冒出高于型钢梁下翼缘板时，再对称下料，避免梁底出现混凝土不密实的现象。混凝土终凝后，及时进行养护，以保证型钢混凝土梁成型质量。

4.16 梁位置监测

在混凝土浇筑完成14d 内，对梁位置、架体进行定期监测，监测无异样，养护满28d，方可进行模板拆除。

5 结论

型钢混凝土梁柱一体安装技术在设计方面，有强化设计意图、优化设计方案的优点；在安装方面，有降低现场拼装工作量、降低安装难度、提高安装精度、降低高空安装大重量钢构件的危险系数的优点，解决了型钢混凝土组合机构型钢构件现场定位难度大、拼装难度大，施工危险系数高等问题。减少了机械设备投入量，加快了施工进度，降低了安装成本、保证了工程质量及安装工期。

在大空间、大跨度的型钢梁柱安装中，采用型钢混凝土梁柱一体安装技术，确保了施工安全，可加快施工进度，减少机械设备投入量，降低安装成本。