型鋼混凝土組合結構在仿古建筑中的應用

夏永峰

(山西一建集團有限公司，山西太原 030012)

1 工程概況

1)本工程為中國堯帝祭祀大殿工程，位于臨汾市區(qū)東部堯陵景區(qū)，總建筑面積為19 360 m2，建筑高度53 m，建筑層數(shù)地上6層。地基處理采用人工成孔灌注樁。建筑風格頗具漢代風格，為堯陵仿古園林景區(qū)的主體建筑。主殿之攢尖、配殿之盝頂坡面及檐口均為直線，近角身微翹。班固《西都賦》所謂有“上反宇以蓋載，激日景而納光”為漢代所通用之結構法也。建筑整體莊嚴、肅穆、豪放。2)主體結構為框架剪力墻結構，框架部分為型鋼混凝土組合結構，其他部分柱為斜柱。為了滿足建筑物具有漢代建筑風格和使用要求。主樓部分在16.45 m～36.45 m范圍內(nèi)柱截面為1 000 mm×1 000 mm型鋼混凝土柱，梁截面為800 mm×1 000 mm混凝土梁，層高 20 m，跨度為 18.3 m，屬高大模板;16.45 m處板厚為300 mm，梁截面為800 mm×1 000 mm型鋼混凝土梁，層高16.5 m，跨度6 m，屬高大模板;屋頂為現(xiàn)澆混凝土坡屋頂。型鋼柱平面布置圖見圖1，堯帝祭祀大殿主樓剖面圖見圖2。

圖1 型鋼混凝土柱平面布置圖

2 型鋼混凝土柱結構設計特點分析

型鋼混凝土柱是以型鋼柱作為鋼骨，周圍配置鋼筋并澆筑混凝土，形成組合式結構體系。型鋼混凝土柱柱腳采用埋入式柱腳，通過地腳螺栓與混凝土基礎相連接，地腳螺栓的精確定位是柱腳施工的重點;框架梁與型鋼混凝土柱節(jié)點位置，鋼筋較密，施工時如何合理處理框架梁鋼筋與型鋼柱的關系;型鋼梁安裝順序、焊接方法、與型鋼柱節(jié)點處理是本結構施工的難點。

圖2 堯帝祭祀大殿主樓剖面圖（1： 100）

3 型鋼混凝土柱、梁施工

3.1 型鋼柱埋入式柱腳施工

1)柱腳螺栓預埋。每根型鋼柱地腳由四根直徑30的地腳螺栓固定，地腳螺栓長800 mm，待地腳底的鋼筋綁扎完成及型鋼柱外圍插筋綁扎固定完成后，開始預埋地腳螺栓，地腳螺栓的固定采用角鋼或槽鋼加工成定型套架固定。2)柱腳吊裝固定。地腳螺栓預埋完成后，型鋼柱最下面一節(jié)柱腳即可進場安裝，首節(jié)型鋼柱包括30厚柱腳底板，通過地腳螺栓將柱腳固定，首節(jié)型鋼柱高出基礎底板面1.0 m。3)型鋼柱地腳施工質量控制要點總結。a.地腳螺栓精確定位，并用成品鋼框固定牢靠，保證在澆筑地腳混凝土時不被擾動;b.框架柱在柱腳內(nèi)的插筋應嚴格按照圖紙要求定位，否則會影響柱腳底板與預埋螺栓的正確連接;c.首節(jié)型鋼柱安裝標高、垂直度必須符合設計要求，否則會給后續(xù)安裝帶來累計誤差，導致梁鋼筋無法穿過型鋼柱開孔腹板。標高利用位于柱腳底板下部的四個調(diào)節(jié)螺栓進行調(diào)節(jié)標高和型鋼柱的垂直度，利用兩臺經(jīng)緯儀在兩個方向隨時監(jiān)控垂直度，直至符合要求;d.首節(jié)型鋼柱調(diào)整完成后，應將地腳螺栓墊板與柱腳底板點焊固定，以防在基礎底板施工中擾動已經(jīng)安裝完成型鋼柱柱腳。

3.2 標準節(jié)型鋼柱安裝

1)標準節(jié)型鋼柱吊裝。鋼柱起吊就位后臨時固定地腳螺栓，帶好纜風繩，并初校垂直度，松開吊鉤，進行下一根鋼柱吊裝。待型鋼柱翼緣及腹板焊接完成后，將耳板用火焰割除。2)標準節(jié)型鋼柱安裝控制要點。a.軸線控制。安裝前，在四片翼緣面用墨線彈出型鋼柱的中心線，以便和底板及下層型鋼柱中心對接就位，上下層型鋼柱對接時為保證中心線重合，可在柱子與柱子的連接襯板不同側面加設墊板進行調(diào)節(jié)。型鋼柱的軸線檢測必須是全高檢測，嚴禁用下層型鋼柱的軸線進行控制，以免誤差累計過大。b.垂直度控制。型鋼柱吊裝基本就位后，臨時固定型鋼柱，隨后利用兩套磁力線墜對型鋼柱兩個方向的垂直度作初步調(diào)整。通過用纜風繩和千斤頂?shù)日{(diào)節(jié)鋼柱垂直度后，型鋼柱垂直度進一步校核，其值應不大于H/1 000。垂直度檢查無誤后，對稱焊接翼緣進行電焊，最后拆除臨時固定的高強螺栓和連接板。為保證型鋼柱垂直精度，用兩臺經(jīng)緯儀全程監(jiān)測。c.標高控制。型鋼柱安裝完畢后，須將樓層標高引測到型鋼柱上，以便檢查型鋼柱的柱頂、牛腿標高，為下層型鋼柱的下料、開孔定位提供依據(jù)，成型后的鋼柱，需立即和該層范圍內(nèi)的梁板柱子形成空間穩(wěn)定體系。3)標準節(jié)型鋼柱安裝質量控制要點總結。a.在現(xiàn)場吊裝設備吊裝能力滿足需求的情況下，型鋼柱最好每兩層一節(jié)，以有效減少現(xiàn)場焊接工作量和因安裝引起的安裝誤差;b.上、下節(jié)型鋼柱之間的連接為部分熔透的坡口對接焊縫，焊縫等級為二級，焊接時采用二氧化碳氣體保護焊，焊接完成后需對焊縫長度的20%進行超聲波檢測;c.焊縫焊接時，要求兩名工人從兩側對稱施焊。

3.3 框架梁鋼筋與型鋼柱連接

1)框架梁鋼筋安裝技術準備工作。型鋼柱安裝完成后，框架梁底模板鋪設完成后，即可開始框架梁鋼筋安裝綁扎施工，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，確定框架梁鋼筋的走向，對每根鋼筋進行編號，確定哪些鋼筋需穿過型鋼柱腹板，形成貫通鋼筋，哪些鋼筋與型鋼柱牛腿焊接，哪些鋼筋需要從型鋼柱側邊通過，提前根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果，將每個梁、柱節(jié)點鋼筋反映在CAD圖上，以指導現(xiàn)場施工。

2)框架梁鋼筋與型鋼柱連接施工。a.根據(jù)節(jié)點圖，將框架梁鋼筋安裝擺放到位，對需要與型鋼柱牛腿焊接的鋼筋施焊，焊縫為角焊縫，焊縫厚度10 mm，且雙面焊縫長度不小于5d(鋼筋直徑)，焊縫應飽滿。其余鋼筋穿過型鋼柱腹板，形成貫通鋼筋。b.框架梁鋼筋與型鋼柱連接施工質量控制要點總結。認真組織現(xiàn)場施工班組進行技術交底，將每個施工節(jié)點圖發(fā)到班組組長手中，并對每個工人進行詳細的技術交底，保證工人領會設計意圖，清楚鋼筋的綁扎方法;鋼筋混凝土梁內(nèi)主筋穿過型鋼腹板不應少于1/3，其余主筋與柱上鋼牛腿焊接;與鋼牛腿焊接的鋼筋應保證焊縫質量等級達到二級焊縫標準，焊縫為雙面焊，焊縫長度不小于5d(鋼筋直徑);鋼板開孔應在工廠用專用設備鉆孔，不應現(xiàn)場切割開孔;柱內(nèi)型鋼翼緣板不應開孔穿筋，腹板開孔面積在同一截面中不宜超過腹板的1/3，否則需采取補強措施。f.在設計允許的情況下，型鋼柱牛腿盡量長，最小應達到300 mm，以方便框架梁鋼筋與牛腿焊接施工;若鋼牛腿伸出框架柱邊緣太短，因框架柱鋼筋影響，會給框架梁鋼筋焊接施工造成困難，并且不易保證焊接質量。

4 型鋼梁與型鋼柱連接施工

為了滿足建筑物具有漢代建筑風格和使用要求。在本工程結構標高為16.45 m處設計了型鋼混凝土梁板厚300 mm，是為了滿足4層擺放堯、舜、禹三尊石像的荷載并作為4層20 m層高的一加強層。這一加強層顯得尤其重要，所以在型鋼梁施工前必須保證搭設的架體滿足高大模板支撐體系的相關要求。

4.1 鋼梁吊裝與臨時固定

清理鋼梁表面的污物后吊裝鋼梁，鋼梁應裝配好附帶的連接板，吊裝時注意鋼梁的方向準確。

4.2 高強螺栓安裝

裝配和緊固接頭時，應從安裝好的一端或剛性端向自由端進行;高強螺栓的初擰和終擰，都要按照緊固順序進行:從螺栓群中央開始向外側進行緊固。同一高強螺栓初擰和終擰的時間不得超過1 d。高強螺栓不能安裝時，應用沖桿或鉸刀修正擴孔后再插入。雨、雪天及螺栓上有污物后不得進行高強螺栓的安裝。

4.3 型鋼梁安裝注意事項

1)在型鋼梁施工過程中，應在已經(jīng)支設完畢的模板上，用墨線彈出型鋼梁位置，確保鋼梁安裝準確。2)校正鋼梁的標高、軸線。3)鋼梁安裝完成后應檢查鋼梁與連接板的貼合方向。4)鋼梁的吊裝順序應嚴格按照鋼柱的吊裝順序進行，及時形成框架，保證框架的垂直度，為后續(xù)鋼梁的安裝提供方便。5)處理螺栓偏差時采用絞孔機擴孔。6)安裝時不得將高強螺栓直接穿入，而應用臨時螺栓進行固定。

5 結語

對施工完成的中國堯帝祭祀大殿工程型鋼混凝土結構均達到了相關質量驗收標準。通過中國堯帝祭祀大殿工程中型鋼混凝土結構施工與管理得出總結:1)分包管理。作為施工總承包單位，就是要充分整合利用社會專業(yè)分包資源，型鋼混凝土結構中的鋼結構施工需要分包給有相應資質、由鋼結構施工單位負責對圖紙進行深化設計，最終出一套型鋼結構施工圖紙，經(jīng)原建筑設計單位、總包單位簽字確認后，作為鋼結構下料加工、現(xiàn)場施工的依據(jù)。2)溝通管理。型鋼混凝土結構作為一種組合式結構，必然牽涉到土建鋼筋工程、模板工程與型鋼柱之間的交叉關系，這就需要總包單位及時協(xié)調(diào)土建工程與鋼結構工程之間交叉施工的關系，特別是在型鋼柱深化設計階段，要讓鋼結構深化設計人員了解鋼筋工程的施工要求，同時也需要讓土建工程中的鋼筋工程下料人員了解型鋼柱的施工規(guī)范要求，做到兩專業(yè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。3)驗收管理。鋼結構作為主體分部工程的一個子分部工程，需要從原材料檢測、進場驗收、焊縫施工質量、垂直度等等幾方面來重點進行控制，每施工一道工序，及時組織驗收，對驗收發(fā)現(xiàn)的問題，要求鋼結構分包單位及時整改，合格后方可進行下道工序施工。