混凝土与钢结构工程中的建筑工程施工技术探究
2024-11-09林加环
摘 要：在城市化进程不断加快的情况下，建筑行业进入到全新的发展阶段，建筑的结构形式和施工技术得到了创新。混凝土与钢结构是现代建筑中最为常见的结构形式，其施工质量与建筑工程整体的质量存在密切关联。文章从混凝土与钢结构的优缺点出发，对现代建筑中常见的混凝土与钢结构核心筒形式进行了阐述，并结合工程案例，探讨混凝土与钢结构中的建筑工程施工技术要点。结果显示，通过对混凝土与钢结构的合理应用，能够提高工程的施工效率，保障工程的施工质量和施工安全。
关键词：混凝土与钢结构；优势；建筑工程项目；施工技术文章编号：2095-4085（2024）10-0239-03
0 前言
伴随着建筑行业的发展，我国建筑工程项目的数量持续增长，混凝土与钢结构在现代建筑工程中也得到了越发广泛的应用，结构与建筑整体的质量安全关联密切。而在混凝土与钢结构施工中，包含了大量的施工技术，需要相关工作人员结合项目的实际情况，做好对于施工技术的研究和创新，以保障建筑工程施工建设水平的提高。
1 混凝土与钢结构的优缺点
1.1 混凝土结构
1.1.1 优点
一是具备良好的抗震、抗风以及防火性能，在面对自然灾害或者火灾时，可以提供良好的保护能力。二是混凝土结构可以承受较大的负荷，使用寿命可以到达数十年。三是混凝土结构整体的稳定性较强，不需要经常检查和维护，因此维护成本相对较低。
1.1.2 缺点
一是施工难度较大，混凝土结构的施工需要用到各种设施设备，消耗的人力资源和时间较大，浇筑完成后还需要进行养护。二是混凝土结构本身的厚度相对较大，在高层建筑中，结构自重大，对于基础的承载能力和稳定性要求较高。
1.2 钢结构
1.2.1 优点
一是施工速度快，结构构件可以在工厂中提前完成预制工作，然后运到现场进行装配，施工速度较快且操作简单。二是结构自重相比较混凝土结构要轻很多，可以减轻建筑基础的负担，从而保障基础乃至建筑整体的稳定性。三是钢结构的施工周期短，能够有效地节约人力物力资源消耗，有着非常显著的资金效益。
1.2.2 缺点
一是钢结构本身容易受到气候和环境条件的影响，出现锈蚀的问题，影响结构的使用寿命。二是结构本身对于自然灾害和火灾等事故的抵抗能力相对较差，容易出现损坏，需要做好及时有效的加固和修缮处理。三是钢结构更容易传导噪声，对于内部人员的工作和生活影响较大，需要加强防噪声处理［1］。
2 混凝土与钢结构核心筒概述
核心筒指建筑中间部分，包含了楼梯、通风井、电梯井、电缆井等形成的筒形结构，其在建筑中整体呈现为外框内筒的结构形式，一般是使用钢筋混凝土浇筑完成。核心筒结构本身具备良好的受力情况和抗震性，也因此被广泛地应用在高层及超高层建筑中。核心筒能够为建筑内部提供更大的使用空间，使得辅助性和服务性空间能够朝着中间位置聚集，为主功能空间提供最好的采光和通风位置，保障了建筑内部交通的便捷性。
对于钢筋混凝土核心筒—钢框架结构而言，其能够实现对于水平侧立的有效抵抗，不过受材料本身特点的影响，不同构件在截面上存在较大差异，其中，钢筋混凝土核心筒部分相比较钢框架有着更大的抗侧向刚度，在建筑主体高度增加的情况下，核心筒结构需要承受的水平荷载比重也会随之增大。钢框架部分承担的主要是竖向荷载，也包含了一定的水平荷载，在建筑主体高度增加的情况下，其承担的水平荷载比重会下降，而且钢材本身极高的强度和稳定性，也可以减少柱体界面，使得建筑能够具备更大的使用面积。需要注意的是，在建筑工程设计施工中，如果盲目增加核心筒的刚度，会导致钢框架结构弱化，如果遭遇地震，混凝土墙体会发生开裂，降低结构的抗侧向刚度，这种情况下，钢框架需要承担大量的水平荷载，一旦荷载超出了结构和材料的承载极限，可能造成严重破坏，甚至导致建筑整体的倒塌［2］。
3 混凝土与钢结构工程中的建筑工程施工技术
3.1 工程概况
某高层商业建筑项目建筑面积49 352m2，地上建筑面积33 707.29m2，地下建筑面积15 644.8m2，总建筑面积占地3 520.73m2。项目采用混凝土与钢结构混合形式，地下室为混凝土H型钢劲性柱-框架剪力墙结构，上部为PEC部分包覆钢-钢筋混凝土核心筒结构体系，核心筒采用铝模+爬架工艺，装配率70%以上。核心筒外采用免支撑钢筋桁架楼承板、预制钢-混组合梁柱、预制钢梁、钢楼梯、预制内墙板、减震阻尼器等部品部件，实现楼栋免支模快速拼装，有效减少项目整体施工工期。
结合工程的设计规划情况分析，在施工中，存在着几个比较显著的特点：一是工程量巨大，作业面广，交叉工序众多；二是现场施工作业空间有限，施工环节必须加强现场组织管理。三是工艺复杂，施工专业化水平较高，需要做好不同施工环节的协调工作。
3.2 施工技术
3.2.1 混凝土结构施工技术
（1）混凝土配比技术。混凝土配比对于混凝土结构的施工质量有着直接影响，需要工程技术人员结合实际情况，做好相应的混凝土配比设计工作，以保障混凝土的性能和质量达标。从实践的角度，一是应该在专业的实验室中，进行混凝土配比试验，要求在试验中使用的各种材料性能达标。二是考虑施工现场不可能真正达到试实验室的实验状态，需要在试验获取的混凝土配比基础上，做好适当的优化调整。对照工程的实际情况，混凝土强度必须达到C30以上，最终确定的混凝土配比为水泥∶砂∶石子∶水=1∶1.11∶2.72∶0.38。
现场混凝土搅拌环节，应该加强混凝土和易性控制，确保不会出现振捣不实或者混凝土离析的问题。可以通过加入高效减水剂的方式，规避混凝土可能出现的蜂窝、孔洞等质量缺陷［3］。
（2）混凝土浇筑技术。混凝土浇筑是施工结构施工的核心环节，需要关注几个方面的内容：一是在对混凝土进行泵送的过程中，需要做到匀速慢速，保障泵送效果的基础上，逐步提升泵送速度。二是如果混凝土停留在泵管内，高温环境下停留的时间不能超过25min，低温环境下停留的时间不能超过30min，以4min为间隔，对泵管进行抖动。三是混凝土浇筑采用了分层浇筑的形式，每一层浇筑的高度为50cm。三是在实施分层浇筑的同时，需要做好混凝土振捣作业，确保在当前层混凝土振捣完成，满足施工方案要求后，才能进行下一层的浇筑。四是振捣环节，振捣棒需要插入到下层混凝土中，深度控制在5cm左右，推动上下层混凝土的有效结合。
（3）混凝土养护技术。混凝土养护会对混凝土结构的成型效果和质量产生直接影响，而在混凝土结构形式不同的情况下，采用的养护方式也会有所差异。在当前的技术条件下，常用的混凝土养护方式有三种：一是自然养护，在自然条件下，通过洒水保湿的方式进行养护，初期洒水养护需要在混凝土浇筑完成后的12～18h左右进行，如果是夏季，气温较高，为了防范温差裂缝，可以铺设隔温被。硅酸盐水泥混凝土的养护时间不能少于14d，其他水泥混凝土的养护时间不能少于21d。二是蓄水养护，适用于体量较大的建筑，其基本原理，是在混凝土表面布设水管浇水，对设计混凝土表面进行覆盖，配合抽水设备进行养护，这种养护方法操作简单，不过需要提前准备相应的材料和设备。三是蓄热养护，在混凝土表面覆盖保温材料，对温度进行控制，适用于气温较低的冬季。
（4）混凝土裂缝控制技术。结合工程的实际情况，从控制结构开裂问题的角度，可以在施工前，做好相应的浇筑温度、温度应力和收缩应力计算，确定好施工环节混凝土的温度控制指标。例如，在夏季，混凝土入模前，必须将模板、钢筋和环境温度控制在40℃以下，混凝土的入模温度不能超过30℃，确保最大温升不能超过50℃。结合工程的实际情况，在混凝土裂缝控制中，于地下室侧墙采用分仓浇筑的形式，浇筑长度不超过16m，间隔时间不低于7d。
3.2.2 钢结构施工技术
（1）螺栓装配技术。在钢结构施工中，螺栓装配是非常重要的，其对于钢结构整体的稳定性影响巨大。从施工人员的角度，应该加强装配技术和施工质量把控，严格依照技术规范的要求进行操作。螺栓装配的核心技术要点体现在两个方面：一是在针对螺栓进行预埋以及安装时，需要做好螺栓位置的审查，确保误差不超过允许范围。二是螺栓装配环节，需要对螺栓和螺母的对接情况进行实时监测，两者的穿入方向必须做到相互匹配，如果出现螺栓难以穿入的问题，则需要借助专门的工具进行处理。
（2）吊装技术。钢结构吊装技术包括了钢梁和钢柱的吊装，以钢柱的吊装为例，需要施工人员对照施工方案的要求，确定好钢柱吊装的具体顺序，从主体结构到楼板结构依次吊装。钢柱吊装可能会影响地面预埋螺栓，因此需要提前做好必要的防护工作，避免预埋螺栓遭到破坏。第一节钢柱的吊装非常关键，应该选择接耳板螺旋孔作为吊点，并对垫板以及钢楔的具体位置进行调节［4］。
（3）焊接技术。结合工程的实际情况，在钢结构焊接作业环节，一是应该对焊接区域进行提前清理，确保其表面干净整洁。二是可以提前使用热烤枪，做好钢结构预热工作，使得其表面温度能够满足焊接的要求。三是焊缝表面必须做到平整光滑，确保不存在孔隙、蜂窝、虚焊等质量方面的问题。四是在焊接施工中，如果发现有瑕疵的存在，必须及时进行处理，不能忽视一些细微问题。五是为切实保障焊接的质量，在焊接前，需要进行必要的试验。
3.3 注意事项
3.3.1 做好技术交底
从保障建筑整体施工效果的角度，在施工前，技术交底工作不可或缺。通过有效的技术交底，可以帮助施工人员准确把握设计施工图纸的内容及要点，将施工技术的优势充分发挥出来。交底工作实施环节，必须保障流程的规范性，要求设计人员、技术人员和监理人员都能够参与进来，对项目施工中涉及的技术条件、工艺流程、质量标准等进行讨论，对施工技术进行准确说明，避免交底不清影响正常施工的情况。
3.3.2 关注核心筒作业
建筑核心筒必须具备良好的整体性，其宽度不能小于自身高度的1/12，如果筒体结构中设置有相应的剪力墙、角筒又或者增强构建，则可以适当放宽对核心筒宽度的要求。而在工程施工建设中，为保障核心筒的整体性和稳定性，需要注意以下内容：
一是在进行墙肢布置时，需要保证均匀性和对称性。二是在核心筒角部，应该尽量避免开洞作业，如果必须开洞，需要确保筒角内部与洞口的距离在500mm以上。三是建筑核心筒外墙部分，截面的厚度不能低于单层高度的1/20且不低于200mm，如果建筑采用了一二级抗震设计，底部加强部位的厚度不能低于单层高度的1/16且不低于200mm，如果无法满足该要求，需要做好相应的墙体稳定性计算，同时设置扶壁墙或者扶壁柱。如果能够满足结构承载力方面的要求，可以适当减薄核心筒内墙的厚度，不过必须确保其在160mm以上。四是在核心筒墙体中，不管是水平方向还是垂直方向，配筋都必须在两排以上。五是在对建筑结构进行抗震设计时，要求核心筒连梁能够通过设置水平缝或者配备交叉暗撑的方式，提升连梁的延性。
3.3.3 应用BIM技术
BIM技术在现代建筑施工中有着良好的优势，将其应用到混凝土与钢结构工程的施工中，能够提高施工的专业化水平，同时为施工技术质量监管提供良好支撑。结合工程的实际情况分析，BIM技术的应用能够对现场施工情况进行监督管理，有效节约材料和设备，减少资源浪费问题，也能够实现不同专业的相互协作，避免工序间相互冲突的问题。不仅如此，BIM技术也能够将现场施工信息同步到相应的管理平台中，帮助设计人员和技术人员了解施工情况，及时找出施工中存在的质量问题，确保施工作业的顺利实施［5］。
4 结语
总而言之，现代建筑施工建设中，对于施工质量的要求较高，而施工质量会受到施工技术的影响。混凝土与钢结构施工技术的复杂程度较高，在实际应用中，需要施工人员对照工程项目的实际情况，做好施工技术的合理选择，将技术的优势切实发挥出来，以此来保障建筑工程的施工质量和整体效果。
参考文献：
［1］周鹏.房建工程中装配式混凝土结构施工技术探讨［J］.中国住宅设施，2024（1）：1-3.
［2］田森.工程建筑中混凝土结构施工技术及质量控制［A］.第五届电力工程与技术学术交流会议论文集［C］.广东省国科电力科学研究院：2024：170-171.
［3］李惺科，刘琦.混凝土与钢结构工程中的建筑工程施工技术探讨［J］.工程建设与设计，2023（24）：208-210.
［4］余永佳.高层建筑钢结构-钢筋混凝土组合结构施工技术研究［J］.砖瓦，2023（9）：148-150.
［5］李建全，杨波，胡山希，等.球体钢结构建筑倾斜箱型钢柱高抛自密实混凝土施工技术［J］.建筑科技，2022，6（6）：54-57.
