型钢混凝土组合结构施工技术在房建工程中的应用

周小忠

（中铁十六局集团有限公司，北京 100000）

0 引言

单纯的钢结构具有高强度、跨度大的特点，但防火性能、抗锈蚀能力相对钢筋混凝土结构有所不如；钢筋混凝土结构耐久性、耐火性较好，相对于钢结构节省钢材，但自重大、抗拉强度低。为此，将两者结合，成为新型的建筑结构体——型钢混凝土组合结构。该结构集合了型钢和钢筋混凝土各自的优势，在大跨度工程建造中得到良好的应用。随着技术的发展，型钢混凝土组合结构不仅在桥隧工程中得到应用，更在房建工程中，如大型场馆、车站、超高层建筑等工程中得到了长足的发展。为此，研究分析其施工技术不仅有利于社会经济的发展，也有利于推动行业的进步，以期对房建工程中钢混结构的应用发展有所助益。

1 工程概况及重难点分析

1.1 工程概况

济南东车辆段整体布局分为盖板下部分和盖板上部分。盖板下部为车辆段各功能用房，分别包括检修库、停车列检库、镟轮库结构等功能性用房，主要承担R3线车辆的停放、车辆的检修及维护保养任务，是确保列车运行安全的生命线。盖上部分主要是为后期房地产二次开发预留房建结构柱及防水工程，型钢柱高出楼面1.5m，楼面以上部分用泡沫混凝土对型钢柱做保护，房建工程施工时凿除泡沫混凝土，作为房建承重结构。

1.2 工程重难点分析

由于工程中大体量、大跨度结构较多，其力学性能要求严格，这使得型钢和钢筋混凝土结构的结合及安装过程成为施工重点。具体到施工过程中，其重难点包括：

（1）型钢与钢筋混凝土中钢筋相交点多，钢柱与梁纵筋安装、钢柱与柱周主筋及箍筋安装难度大；

（2）型钢设计量大，与钢筋混凝土结构节点类型繁多，施工工艺较复杂；

（3）单个结构柱、梁尺寸大，重量大，致使吊装难度大。

2 型钢混凝土组合结构施工技术

2.1 施工工艺流程

型钢混凝土组合结构主要施工工艺流程见图1所示。

图1 型钢混凝土组合结构主要施工工艺流程图

施工工艺流程中，各步骤技术重点为：在型钢安装中，型钢柱采用多节柱且垂直结构，其吊装、测量定位较为关键；在型钢梁的模板支设中，需要分底模和侧模两次支设。型钢梁与型钢柱混凝土结构施工流程基本相似，以下重点探讨型钢柱安装、型钢绑筋、型钢柱和梁模板支设、型钢浇筑四个环节。

2.2 型钢柱安装

型钢柱的安装流程：施工准备→地脚螺栓预埋→柱基测量放线→构件进场验收→吊装就位→临时固定→测量定位→焊接及检验。其安装过程中工艺重点和难点主要是吊装就位、测量定位及焊接三个环节。

2.2.1 吊装就位

型钢构件经现场检验合格后，根据工程进度进入吊装环节。其吊装技术重点在于吊装机械的选型、安全控制。具体包括：起重机械及吊点的选择。吊装方案中起重机的选择，必须优先考虑最大起重高度，以此为基准选择站车位置，并查询起重机特性曲线，选择合适的起重机[1]。该工程采用130T履带式起重机，吊索采用Ф24（6×37）钢丝绳。型钢柱吊点设置在柱顶部，通过专用吊具与焊在柱顶两侧面耳板螺栓相连。起重安全控制：起重前，由现场专职安全管理员认真核对起重机的性能参数、钢丝绳的型号和外观质量；起吊时，专人指挥，先行试吊后，一次吊装到位，避免空中摇摆晃动；起吊到位后，攀爬摘钩人员要等构件放置稳定后方可攀爬，摘钩后不得利用起重机抽钩。

2.2.2 测量定位

型钢柱作为直立结构，且安装高度高，局部位置采取两节柱的组合方式，型钢柱在出厂前要进行预拼装，保证拼装后两节钢柱在同一轴线上。现场采用分节吊装，现场安装关键环节是测量定位。其重点主要包括标高、垂直度及中心位置的控制[2]。为保证标高和定位中心轴线的准确性，每根钢柱都采用双人双仪器测量的方式，用于降低人为因素的测量误差。钢柱安装定位后，通过连接底板上的四角螺栓调节标高和中心位置，调整到位后，安装垫板楔铁。安装时要时刻做好标高和中心位置的检测。利用经纬仪进行双向同时定位测量，利用缆风绳进行调节。两台经纬仪安装时需要沿纵横两个方向设置，其各个方向的垂直度偏差不大于高度的1/1000，且不大于10mm。

2.2.3 焊接

在上下节柱安装调整定位后，需要对上下节之间进行焊接永久性固定。而钢柱作为大跨度房建结构的主要受力支撑，其焊接质量是主要控制点。包括焊前的焊接工艺评定、焊接过程控制、焊后检验环节。

焊接前进行焊接工艺评定[3]。根据钢材型号，厂家的焊接试验性能报告，并根据有关资料编制预焊接工艺规程，对焊接试件进行焊接。为保证工程焊缝焊接质量的稳定性，现场焊接工人、焊机设备和焊材均由型钢加工厂家组织提供，保证型钢柱安装质量。由于现场条件与厂区条件不同，在现场施焊前应先进行焊接工艺评定，在焊接工艺评定合格后，并据此编制焊接工艺卡或焊接作业指导书后，方可进入正式施焊。该工程焊接工艺评定后，Q345与Q345钢之间焊接采用E50型焊条，Q235与Q235钢之间焊接应采用E43型焊条。并采用CO2气体保护焊的形式，避免焊接过程中焊材受氧化。

焊接过程中，为保证焊缝质量，一方面要采用二氧化碳作为保护气体，且现场风力大于2m/s时要设置防风棚，相对湿度不得大于90%，并注意现场不得存在较大粉尘污染，应清洁干燥；另一方面要防止焊接变形，施焊时由两人对称焊接，且应同步进行[4]。

焊接后对型钢进行检验，保证焊接质量。

2.3 型钢绑筋

型钢柱与柱周围的主筋、箍筋的交叉点较多，交叉位置较为复杂，是工程中的重难点之一。在前期设计过程中，可以考虑应用BIM技术，对钢柱与钢筋之间的空间关系和位置进行提前设计，经过碰撞试验，确保空间关系合理有序，不出现矛盾。而在施工过程中，要按图施工，确定好型钢柱主筋的穿插、箍筋的安装位置等要求。

2.3.1 型钢柱主筋穿插

型钢柱主筋位置必须准确，否则将影响梁筋及柱箍筋穿过腹板预留孔。为保证主筋位置准确，在型钢柱钢筋绑扎完成后，应放置专用定位筋卡座对主筋位置进行定位保护，防止钢筋偏位。

2.3.2 型钢柱箍筋绑扎

箍筋绑扎需要分两种情况，一种情况是箍筋从柱子两侧穿过（见图2所示）；另一种则是截面大的钢柱，箍筋无法穿过钢柱，则需要提前在钢柱上加设肋板，箍筋在安装时直接焊接在肋板上。焊接时必须考虑焊接牢固性，单面施焊不小于钢筋直径的10倍，双面施焊时不小于钢筋直径的5倍。

图2 钢柱箍筋绑扎截面示意图

2.3.3 型钢柱与型钢梁节点钢筋安装

该工程由于盖板上部要为后期房地产开发预留房建基础接口，型钢柱设计时高出楼板面1.5m，梁柱节点钢筋连接比较复杂，钢筋连接方式直接影响梁柱传力性能，为保证工程施工质量，经设计、施工及监理共同研究提出了两种梁柱钢筋连接方式（见图3）：（1）钢筋与型钢柱翼缘板相交接的部位，采用钢筋接驳器（螺纹套筒）连接，接驳器与型钢柱采用角焊固定，这种连接方式对钢筋下料长度、钢筋端部垂直度及平整度精度要求比较高，且要求相邻两根型钢柱上的接驳器螺纹方向应相反。在安装时先安装型钢柱两端上钢筋，后安装中间的钢筋，接驳器安装要用专用扭矩扳手拧紧，且保证外露螺纹1.5～2丝。（2）梁钢筋与型钢柱腹板相交的部位，通过型钢柱预留孔，采取钢筋直接穿越的连接方式。型钢柱加工时根据梁截面钢筋位置，用钻机开孔，孔径比钢筋直径大4mm，要求孔底标高应与钢筋设计底标高一致。

图3 钢柱与梁钢筋连接平面及剖面示意图

2.4 型钢柱、梁模板安装

型钢柱、梁模板安装的控制重点主要有模板平面位置控制、模板接缝处理以及模板运输吊装安全控制，该工程立柱模板选用定型钢模板，梁采用木模板。

2.4.1 模板准备

立柱模板材料采用钢模板，尺寸按照组合模板每节3m设计，顶部调节段采用0.5m、1m、1.2m、1.5m模板，工程选择25T起重机配合安装。为保证不漏浆，选择的模板要求表面光滑、平整，边角部位平整、顺直，接头部位严密[5]。在全部检查完毕后，对连接面进行打磨抛光，然后试组合。

2.4.2 型钢柱模板安装

模板与钢筋笼之间的位置控制，在上一步钢筋绑扎中，在拉梁和承台顶面处预埋短钢筋头，同时在高度方向上每间隔1m在型钢柱上焊接一根定位钢筋，横向间距约0.5m，用于控制模板与钢筋之间的距离；根据型钢柱的放样点位，在外侧模板上使用崩线法调整，使上下不同模板相对位置呈直线；采用线坠法控制模板安装垂直度。设置缆风绳对模板进行固定，用于防止混凝土浇筑时模板受力倾斜。为保证接缝处严密不漏浆，接缝处采用双层双面胶密封，用接缝螺栓拧紧；模板底部采用高标号水泥砂浆垫层密封。

2.4.3 型钢梁模板安装

钢梁模板的安装工序与型钢柱类似，但要考虑钢筋绑扎时的可操作性，因此模板需要分两次安装。在钢筋绑扎前先支底模，在钢筋安装绑扎完毕，并与型钢结构连接后，再进行侧模支设。

2.5 型钢混凝土浇筑质量控制

该工程型钢混凝土柱主要尺寸型号有2000mm×1800mm、1800mm×1600mm 两种，型钢梁主要尺寸有1800mm×1200mm、1800mm×1000mm、1800mm×900mm等，其截面尺寸都较大，属于大体积混凝土施工，其混凝土浇筑质量直接影响盖板上后续房建工程施工结构承载力。为此，型钢混凝土的浇筑，重点要把控混凝土质量以及浇筑时的密实度。

2.5.1 混凝土材料质量控制

工程采用C60高强商用混凝土，并现场浇筑的形式。对混凝土坍落度要求为20～22cm，控制混凝土拌合温度及到达现场入模温度，到达现场后进行坍落度及混凝土入模温度测试，不符合要求的通知商混供应站，由于C60混凝土黏度大，现场严禁加水稀释。

2.5.2 混凝土浇筑入模质量控制

混凝土浇筑时要控制好入模温度，夏天炎热时入模温度应不大于35℃，宜选择晚间或夜间施工，现场温度高于35℃时，宜对金属模板及钢结构进行浇水降温，但不得留有积水。当冬期施工时入模温度不低于5℃，并应采取保温措施。考虑型钢柱钢骨与钢筋十分密集，空间狭小，如果直接从顶部浇筑往往难以到达底部，会产生类似筛子的作用造成混凝土原材料的过滤分离。为此，在前期型钢制作时，加劲肋板中心要预留Φ300mm的预留孔以及柱中心预留4个R200排气孔兼做振捣孔，Φ300mm的预留孔用于安装Φ200混凝土导管,导管离柱底间距不大于2m。混凝土从导管灌入可顺柱中向四周均匀流动，横向钢筋起到了横向通流作用。柱子浇筑时应在底部先灌入50～100mm厚与混凝土同等级的砂浆。需要注意，导管要随着混凝土面的上升同步提升，由于C60高强混凝土黏度大，埋入混凝土容易产生堵管。

2.5.3 混凝土振捣质量控制

为了保证钢柱、梁钢骨与钢筋间填充密实，应该采用分层浇筑的原则，分层厚度宜控制在1～1.5m左右，在每一层混凝土入模后，应立即用棒式振捣器振捣，保证型钢周围混凝土密实，特别是型钢柱每块加劲肋板底部极容易产生空隙，在浇筑施工时要通过预留孔进行细致振捣，直至排气孔无气泡排出方可停振。同时要控制好振捣深度，在上层混凝土振捣时应穿过分界面插入下层混凝土5cm，消除界面混凝土不均匀性。同时，要控制不得过振，造成沁水离析现象。捣振时要对称振捣，振动棒按照对称方向来回振捣，保证柱的四周、梁的两侧混凝土密实度、均匀度一致。

3 结束语

综上所述，济南市轨道交通R3线一期工程中济南东车辆段梁、柱安装工程是型钢混凝土组合结构的典型应用。该项目获得以下经验：型钢柱的安装中，由于受力大，其安装的位置、标高及垂直度控制十分重要，要通过经纬仪做好观测，其标准应从地面引测，而不能从下节柱顶引上，避免累积误差；焊接质量决定了钢柱强度，其控制关键在于焊接工艺评定、焊后外观和无损检测；型钢的钢筋绑扎涉及到主筋、箍筋节点较多，重点做好主筋穿插、箍筋焊接等，严格按照设计图绑扎；型钢构件支模考虑型钢梁结构的摆放形式，为有利于钢筋绑扎，应先安装底模，再绑扎钢筋，最后支设侧模，确保钢筋绑扎效率和支模质量；型钢浇筑环节，要重点考虑浇筑的密实度和均匀性，要在浇筑时按照预留灌注孔浇筑，确保梁、柱底部填充到位；并按照分层浇筑、对称捣鼓的原则，确保填充密实、均匀。