談型鋼混凝土在大跨度復雜結構中的應用

張鐵軍（大秦鐵路股份有限公司太原車輛段，山西　太原　030045）

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談型鋼混凝土在大跨度復雜結構中的應用

張鐵軍
（大秦鐵路股份有限公司太原車輛段，山西太原030045）

摘要：簡述了型鋼混凝土組合結構具有的優勢，以某新建多層車庫工程為例，通過方案比選，采用型鋼混凝土結構進行施工，從地腳螺栓的預埋、型鋼柱的安裝、混凝土的澆筑等方面，對其施工技術要點進行了總結，確保建筑結構的穩定性及施工質量。

關鍵詞：型鋼混凝土結構，型鋼柱，鋼筋，施工要點

0　引言

型鋼混凝土組合結構是一種新型的組合結構形式，其主要理念就是把型鋼埋入鋼筋混凝土中。由于在鋼筋混凝土中增加了具有其特有強度和延性的型鋼，發揮型鋼、鋼筋、混凝土三位一體的作用，這一組合結構形式具備一定的優勢：與傳統鋼筋混凝土結構相比，其具有承載力大、剛度大、抗震性能好等優點；與鋼結構相比，其則具備防火性能好、結構局部和整體穩定性好、節省鋼材等優點［1］。接下來，筆者就以大秦鐵路股份有限公司太原車輛段多層車庫為例，對型鋼混凝土組合結構的選型和施工要點進行探討。

1　工程概況

本工程為一座新建多層地上停車庫，建設規模為占地面積約4 200 m2，新建建筑面積14 534.75 m2，層數為地上5層，建筑高度16.3 m。因場地面積有限，需在原有場地上進行改造擴建，但其部分原有建筑如：風泵房、儲風缸、污水處理站設施（如圖1中陰影區域所示）等無法拆除，故只能在保留原有建筑的基礎上修建該多層車庫。其中車庫1層設計層高為3.9 m，功能主要分為兩部分：一部分為原有風泵房、儲風缸、污水處理站設施和新建配電室的功能區；另一部分則為汽車庫。2層～5層層高為3.1 m，功能為汽車庫。

圖1　車庫1層局部平面

2　結構模式選型

由于本工程結構中部分區域為原有建筑，且在原有建筑區域中不允許加設框架柱，造成該區域框架梁的最大跨度將達到16.8 m。同時由于本工程的各層層高和通車限高均已確定，從而導致大跨框梁的截面高度最大只能設計為0.8 m。經計算發現，該區域若采用0.8 m高的鋼筋混凝土框梁，則結構的強度和撓度無法滿足設計及規范要求。經過方案比選，反復計算核對后，本工程決定采用型鋼混凝土結構。

經過計算該區域的跨度及承載情況發現，采用型鋼混凝土結構，框架柱為鋼筋混凝土結構配合框架梁采用型鋼混凝土結構的形式，JGJ 138—2001型鋼混凝土組合結構技術規程中有明確要求：型鋼混凝土框架結構在框架節點處需要保證彎矩在梁柱間良好傳遞，所以該區域的框架柱也同樣選用型鋼混凝土結構。700 mm×700 mm型鋼混凝土框架柱和750 mm高的型鋼混凝土框架梁。

選用型鋼混凝土結構的優點：

1）可以保證建筑物的層高要求；

2）可以保證該區域結構的穩定性。

因此，該區域的結構形式確定為型鋼混凝土框架結構。

3　型鋼混凝土的結構形式

本工程型鋼混凝土框架柱的總截面尺寸為700 mm× 700 mm，框架柱的H型鋼截面尺寸為350 mm×250 mm×16 mm× 20 mm（見圖2）；型鋼混凝土框架梁的總截面尺寸為450 mm× 750 mm（寬×高），框架梁的H型鋼尺寸為500 mm×250 mm× 14 mm×30 mm（高×寬×腹板厚×翼緣厚）（見圖3）。

圖3　型鋼混凝土框柱剖面（二）

圖2　型鋼混凝土框柱剖面（一）

4　施工技術要點

4.1地腳螺栓的預埋

在整個型鋼混凝土施工過程中，首先要做的是地腳螺栓的預埋工作，這一工序在整個結構形式中起著至關重要的作用。其預埋工作的好壞將會影響到整個結構形式的安全穩定。因此必須做好地腳螺栓的預埋工作。在預埋件安裝過程中，首先需要從縱向和橫向分別采用經緯儀反復校正軸線的準確性，安裝高度則由水準儀來進行校正。隨后對其進行加固，這一過程中需在四個方向同時進行，且在該過程中可通過水準儀矯正預埋件安裝標高［2］。上述每一步工序必須經過認真檢查，并由現場監理驗收合格后方可進行下一步驟。為防止預埋件腐蝕，應采取防腐措施，常用的方法為在螺栓頭部涂黃油并外包油紙。螺栓預埋件的澆筑工作，必須在確定其位置及標高的準確性和精確性的前提下才可以進行。同時，澆筑過程中還需通過拉通線來保證預埋件的位置準確。

4.2型鋼柱的安裝

由于型鋼柱的結構形式多H型截面，同時為了充分發揮塔吊及起重機的能力，一般將鋼柱分段制作，原則上為2層或3層一段，但必須保證分段點應在梁肩以上1.3 m處。段與段之間采用坡口焊接。在型鋼柱就位后，應當立即對其進行初校，主要校核指標為垂直度、軸線、牛腿標高等。校核過程中，需首先采用螺栓將型鋼柱固定，然后采用纜風繩與經緯儀相配合校正檢查其垂直度。

在型鋼柱吊裝時需要注意幾點：

1）進行吊裝之前，必須分析構件受力情況，結合構件本身的強度和穩定性進行驗算，在確保構件不會因此發生變形的前提下，確定吊點的具體位置。

2）為防止型鋼柱在吊裝過程中有異物進入杯口，吊裝前須將其上口嚴密包裹。

3）吊裝工作完成后，應當立即開展校正和臨時固定工作，以保證型鋼柱具有較強的穩定性［3］。

完成上述工作后，即可實施焊接工作。焊接過程中應保證整體性和一次性，切忌間歇性施工。型鋼柱節點焊接部位的上、下接觸面的間歇一般不應大于1.5 mm。當其處于1.6 mm～6.0 mm之間時，可選用低碳鋼材質墊板填補空隙。在焊接口的預熱準備工作完成后才能夠進行坡口焊接。厚板的坡口焊接，一般可采用φ5 mm焊條。但也應當根據具體位置來確定，如φ4 mm焊條適用于底層焊接，而φ5 mm的則適用于中間層和蓋面層。在上述三層的施焊過程中需保證連續性。除此之外，為避免焊接變形和減少殘余應力，在柱與柱的對接焊接時可以采用二人同時對稱焊接的方式［4］。

待型鋼柱安裝成功后，應當及時采用混凝土澆筑底板與承臺處的空隙。澆筑前應當先對原有基礎混凝土表面進行清理，使其保持清潔無積水，以方便進行混凝土澆筑。此類澆筑應采用無收縮混凝土。澆筑過程中需要注意的是，應當從一側開始持續澆筑，切不可從多個方向同時或輪流澆灌。待相對應一側有混凝土溢出，且其淹沒錨板下表面時才能停止澆灌。上述工藝過程中有兩點必須注意：

1）必須嚴格執行上述澆筑工序，且為保證混凝土澆灌質量，澆灌過程中必須保證不斷振搗。

2）必須保證澆筑工作的連續性，切不可間斷施工，同時還應當盡可能提高澆灌效率。

4.3型鋼梁的安裝

在型鋼梁的安裝過程中，不同部位的連接方式有所不同。其中，型鋼梁與型鋼柱、次梁與主梁、主梁與主梁連接時，上、下翼緣一般采用坡口焊接，而腹板則采用高強螺栓連接［4］。安裝過程中需要注意的是：

1）每完成一節型鋼梁的安裝，就要及時進行檢查，查看其在軸線、高度等方面是否存在誤差，若存在及時進行修正，確保安裝的準確性和精確性。

2）在高強螺栓安裝過程中，為使螺栓可以自由插入螺孔內，一般多采用尖頭撬棒和沖釘來確保螺孔對正。實際施工中難免會出現不重合的孔洞，這種情況下可選用鉆頭修孔以保證螺孔符合要求。

3）為減少焊接變形和殘余應力，柱與梁焊接、梁與梁的對接時一般可采用兩側對稱同時焊接。

4.4鋼筋的安裝

在型鋼混凝土施工過程中，鋼筋安裝是主要難點，特別是當鋼筋需穿過型鋼柱的時候。當上述情況發生時，在選取穿孔位置和確定穿孔直徑時需要注意以下幾點：

1）除特殊情況以外，穿孔位置須躲避型鋼翼緣。

2）某些情況下，預留孔洞位置可能會位于柱內型鋼腹板上。當遇到此類情況的時候，必須保證腹板截面損失率小于其面積的1/4。

3）預留孔洞直徑的大小根據預穿鋼筋確定，在其直徑基礎上放大（5±1）mm即可，某些情況下也可放寬為增加8 mm。

4）當2）條中提及的型鋼截面損失率無法保證時，就需要對其進行加固。一般常用的方法就是局部加厚型鋼截面。但是采用這種補強措施時，需要注意其必須在確保混凝土澆筑質量的前提下實施，同時也不能造成結構體剛度的過度突變［5］。

4.5混凝土的澆筑

在整個結構形式施工過程中，混凝土施工主要分為兩種，一種是鋼管柱混凝土澆筑，另一種是型鋼梁柱混凝土澆筑。

1）鋼管柱混凝土澆筑。

鋼管柱混凝土的澆筑過程通常分為三個步驟來完成：第一步為完成鋼管內混凝土的澆筑工作。第二步則是在鋼管外捆綁箍筋、柱縱向主筋，并架設外側模板。第三步是在上述工作均完成的情況下，在鋼管外進行混凝土澆筑。除了施工次序不同外，管內外的混凝土也有所不同。管內混凝土需要添加外加劑，而管外混凝土則采用普通混凝土即可。

2）型鋼梁柱混凝土澆筑。

與鋼管柱混凝土施工不同，型鋼梁柱混凝土澆筑需要保證一次性施工。為避免內部鋼柱因素造成流動性降低，此類澆筑采用四周同時下料方式。當遇到拉固鋼梁時，則須從工字鋼的一側到相對應一側實施澆筑。為保證澆筑質量，澆筑過程中需不斷振搗。振搗過程須要注意確保混凝土厚度一直滿足要求。實際施工中會出現部分部位較難澆搗密實，如梁柱接頭處等，對于此類部位必須在設置排氣孔和澆筑孔的前提下，增大振搗幅度和頻率，確保澆筑質量［6］。

5　結語

當建筑中存在因跨度較大無法滿足結構穩定性要求或建筑功能要求時，可以采用型鋼混凝土結構。這一類新型施工技術相對于傳統工藝而言，具有較高的經濟意義，相信在不久的將來會得到廣泛的推廣。

參考文獻：

［1］白雪.型鋼混凝土結構施工技術要點分析［J］.建筑工程技術與設計，2015（11）：70-71.

［2］荊秀麗.談型鋼混凝土施工方法［J］.山西建筑，2015，41 （8）：121-122.

［3］楊維龍.關于型鋼混凝土組合結構施工技術的探究［J］.低碳世界，2015（13）：55-56.

［4］林媛媛，萬祥.淺議型鋼混凝土施工質量控制要點［J］.城市建設理論研究（電子版），2015（10）：31-33.

［5］張勝全，胡寶國.談型鋼混凝土的施工技術［J］.山西建筑，2015，41（27）：110-111.

［6］白瑞玉.超大直徑儲煤倉型鋼混凝土結構施工技術研究［J］.現代國企研究，2015（12）：28-30.

Discussion on the application of steel
reinforced concrete in large span complicated structure

Zhang Tiejun
（Taiyuan Car Depot，Daqin Railway Limited Company by Share，Taiyuan 030045，China）

Abstract：This paper briefly described the advantages of steel reinforced concrete composite structures，taking a new multi-layer garage engineering as an example，through the scheme comparison，using the steel reinforced concrete structure to construction，from the anchor bolts embedded，steel column installation，concrete pouring and other aspects，summarized its construction technology key points，ensured the stability and construction quality of building structure.

Key words：steel reinforced concrete structure，steel column，steel，construction key point

中圖分類號：TU755

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0051-03

收稿日期：2015-12-11

作者簡介：張鐵軍（1965-），男，工程師