桁架梁—型鋼混凝土組合懸掛結構施工技術

杜 月 勝

(1．湖北工業大學，湖北 武漢 430000;2．山西一建集團有限公司，山西太原 030012)

1 概述

型鋼混凝土組合結構是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種結構形式。由于在鋼筋混凝土中增加了型鋼，型鋼以其固有的強度和延性，以及型鋼、鋼筋、混凝土三位一體的工作，使型鋼混凝土結構具備了比傳統的鋼筋混凝土結構承載力大、剛度大、抗震性能好的優點。在大同市公安局指揮中心及業務用房工程中，因建筑上的空間需求，在結構設計中采用了鋼桁架梁結構、型鋼混凝土組合結構和鋼懸掛結構。4．5m高的鋼桁架梁結構營造了凈跨度為21．4 m的大跨度結構。型鋼混凝土組合結構是大跨度鋼桁架梁的支座。鋼懸掛結構在8層，9層，10層中局部采用，營造出了高達16．2 m的結構空間(模型見圖1)。

圖1 組合結構模型

型鋼與鋼筋混凝土組合鋼懸掛結構中，跨度大，高度高。施工難點是型鋼與鋼筋混凝土組合鋼懸掛結構如何施工才能保證鋼構件正常受力，混凝土構件與鋼構件共同承受荷載，防止單一構件受力，其他構件超負荷受力遭到破壞。所以鋼懸掛結構的施工流程、鋼桁架梁與型鋼柱、混凝土梁與型鋼混凝土柱的節點施工控制是工程的難點，也是關鍵控制點。通過施工人員的反復論證、對比、模擬，重點解決了型鋼混凝土組合結構的鋼懸掛的施工流程、卸載順序以及型鋼結構的關鍵節點的施工方法。我公司的技術人員創立了一套切實可行的桁架梁、型鋼柱—混凝土組合鋼懸掛結構施工技術，確保了本工程圓滿完成。

2 工藝原理

設計施工流程應是先施工作為支座的型鋼混凝土組合剪力墻結構，再施工作為屋蓋結構的10層型鋼混凝土組合結構。待混凝土強度達到設計強度后，懸掛內部的8層，9層的鋼結構。如果按設計流程施工，10層的屋蓋已封，不能再使用塔吊進行吊裝，8層，9層，10層的鋼結構構件的吊裝成為施工難題。經過多次討論、論證、模擬安裝，最后與設計院溝通改變了部分施工流程。先施工作為支座的型鋼混凝土組合剪力墻結構，再施工作為屋蓋結構的10層型鋼結構，然后安裝8層，9層，10層的懸掛鋼結構，因屋蓋結構還沒有與混凝土形成受力結構，所以8層，9層，10層的懸掛鋼結構下面需加臨時支撐，使之變成傳統的受力方式。最后待10層的型鋼混凝土組合結構達到設計要求的強度后，將臨時支撐拆除進行卸載，完成整體懸掛結構的施工。

3 操作要點

3．1 鋼柱安裝

3．1．1 鋼柱吊點及吊具的設置

鋼柱吊點的設置需考慮吊裝簡便，穩定可靠，還要避免鋼構件的變形。吊裝時利用鋼柱定位連接板的螺栓孔，為了便于吊裝和防止起吊時耳板的變形，采用專用吊具，吊具用螺栓與鋼柱連接板連接。

3．1．2 同心度的調整

上下節鋼柱的同心度通過千斤頂和反力架進行調整，注意調整同心度時需松開定位耳板處的安裝螺栓，此工作需提前用塔吊將上節鋼柱吊起方可進行。

3．1．3 標高及垂直度的調整

鋼柱標高的調整通過上下節鋼柱的標高控制線進行控制:首先在下節柱上端彈好距柱頂500 mm的標高控制線，參照圖紙，在上節柱下端彈好距下節柱控制線為1 000 mm的標高控制線(此控制線需從上節柱的上面節點處向下返出)，在精確調整時可通過專用工具調整這兩條控制線的距離來控制上節鋼柱的標高。

3．1．4 鋼柱的臨時固定

鋼柱安裝好后立即在四面拉好纜風繩，纜風繩一側與鋼柱定位耳板相連接，另一側與在混凝土板預埋的地錨相連接(如圖2所示)。在鋼梁安裝好后相應方向上的纜風繩方可去掉。

圖2 鋼柱臨時固定圖

3．2 柱間鋼桁架梁的安裝

1)桁架梁在現場加工場地進行組對拼裝，組對時，采用剛性拼裝胎架，現場按照設計圖紙進行1∶1放樣，同時根據工廠組對數據進行現場組對。組對完成后，采用塔吊吊運至安裝部位，桁架起吊的速度應均勻緩慢，同時將桁架上的穩繩固定在各個角度，使起吊中不致擺動。安裝臨時固定穩妥后，吊車方可摘去吊鉤，調整好位置后再對其接縫焊接牢固。2)鋼桁架梁與型鋼柱節點施工。因剪力墻的混凝土施工在先，鋼柱與桁架梁連接部位做成鋼牛腿。鋼桁架梁的凈跨度為21．4 m，減去鋼牛腿的預留長度，單榀桁架梁的長度變為20．4 m，桁架梁的最大重量為13 t。鋼構件為異地加工，因運輸條件的限制分段制作，運至現場后再將鋼桁架梁拼裝成整體，驗收合格后進行安裝。通過測量，所有鋼構件均在7032塔吊的可吊范圍內。桁架梁均可整榀吊裝，先安裝主桁架梁，后安裝次梁。

3．3 型鋼混凝土組合墻施工

按圖紙設計，墻體中配置三排鋼筋，鋼桁梁正中位置有一排鋼筋，綁扎鋼筋時，先綁扎中間層鋼筋，再綁扎兩側鋼筋。當中間層鋼筋遇鋼柱、鋼桁架梁時，采取如圖3所示的方法繞過鋼柱、鋼梁，綁扎鋼筋搭接長度滿足相關規范和圖集的規定。在2層～7層，局部鋼桁架梁位置處為跨層的連梁，連梁高度4．18 m(如圖4所示)，因其截面尺寸較大，所以箍筋的加工與安裝都要注意，加工時需2人～3人配合，防止加工形成的箍筋變形。安裝時應確保其標高準確。

圖3 鋼筋綁扎

圖4 連梁示意圖

3．4 鋼懸掛結構安裝

待鋼結構兩側的包裹鋼柱的10層混凝土剪力墻強度達到100%時，可開始10層桁架梁的安裝，先安裝主桁架梁，再安裝次桁架梁，鋼桁架主梁在組對時要考慮到起拱高度，確保安裝完成后鋼桁架梁不下撓。

待10層鋼結構的節點焊接牢固，各節點檢查合格后，加設臨時支撐安裝8層，9層，10層的懸掛結構，加臨時支撐時，在8層每根吊柱的下面采用千斤頂輔助加設臨時支撐，臨時支撐支設在7層的鋼桁架梁上。臨時支撐能力需經過驗算，需將8層，9層結構的荷載和施工荷載同時施加在支撐點上進行考慮，驗算分為兩個方面:1)支撐點能否承受臨時支撐荷載的驗算。2)臨時支撐本身的驗算。

3．5 臨時支撐卸載

3．5．1 臨時支撐卸荷順序

卸荷順序遵照由弱到強的原則，即由中間向兩邊依次卸荷，分五批進行卸荷，各批次卸荷桿件如圖5所示。

3．5．2 卸荷條件

1)8層～11層鋼結構焊接完成，并且探傷合格。2)對卸荷點的初始位置進行測定，記錄數據。3)下一級卸荷在上一級卸荷完成后至少間隔2 h方可進行，以保證上一級卸荷后，完成內力重分配，使構件達到穩定狀態。4)卸荷前對關鍵節點部位進行定期監控和檢測，并記錄數據。5)卸荷前對參加施工的操作人員進行專業和安全培訓。6)卸荷前，應報請甲方、監理對桁架結構構件的連接位置應通過驗收。7)結構安裝完畢后、卸荷前應對起拱位置進行復驗，需滿足設計要求，并得到監理單位的認可。

圖5 各批次卸荷桿件

4 質量控制

1)施工質量標準除參照規范規定外，以規范標準、設計文件為依據，對鋼柱、桁架梁構件的下料、焊接、安裝等主要工序隨時進行質量檢查，發現問題及時解決，以確保質量控制。2)桁架梁在制作和現場拼裝時要嚴格按照規范標準要求進行起拱，保證安裝完成后不下撓。3)安裝質量控制標準:軸線位移:鋼柱、桁架梁的安裝軸線偏差不得大于±1 mm。垂直度:偏差不得大于2 mm。標高:偏差不得大于2 mm。4)安裝焊接質量:一級焊縫處要求100%探傷、無夾渣、氣孔、弧坑裂紋、電弧探傷、咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷，焊縫表面應均勻、光滑，焊縫與母材應平滑過渡。

5 結語

大同市公安局指揮中心用業務用房工程地下1層，地上10層，整體工程呈“U”字形?？偨ㄖ娣e為78 987．02m2，其中地上為62 461．12 m2，地下為16 525．90 m2。其為鋼筋混凝土框架結構及鋼筋混凝土框架剪力墻結構，中間部位為型鋼混凝土組合結構。型鋼混凝土結構施工技術的應用以及鋼懸掛結構的使用，營造了大跨度的結構空間和高空連層結構，創造了鋼筋混凝土結構所不能達到的大跨度。本工程于2012年4月全部施工完畢，經設計單位、建設單位、監理單位和施工單位共同對工程進行檢查驗收，各項技術指標符合要求，評定為合格。經過半年多的運行使用，效果良好，用戶滿意。