型鋼混凝土施工技術研究

李連方

（中鐵八局集團第三工程有限公司　貴州貴陽　550002）

1　引言

型鋼混凝土有著優越的受力性能，特別在較大空間立柱中應用較多，施工中需要確保混凝土和型鋼的良好連接，方可發揮兩種材料的功能。為此研究在跨度較大的空間結構中提高型鋼混凝土組合結構的施工質量是關鍵，本研究從型鋼混凝土施工技術方法比選、型鋼混凝土柱模板支設、型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁的節點連接、型鋼混凝土梁狹小空間結構混凝土自密實方面開展技術研究。

2　工程簡要概況

本工程擬建物均為框架結構，其中綜合體育館之游泳館包含型鋼混凝土組合結構，游泳館建筑面積為3431m2。型鋼混凝土組合結構包括：型鋼混凝土柱、型鋼混凝土梁、普通混凝土梁以及連接節點，型鋼混凝土柱高 19.4m，采用型鋼型號為 H800×500×23×36（mm），型鋼混凝土梁長 5m，采用型鋼尺寸為 H950×500×18×38（mm）和 H900×400×18×32（mm），型鋼柱與型鋼梁的連接采用焊接連接，型鋼柱、型鋼梁與普通混凝土連接采用套筒連接。

3　關鍵技術研究

3.1　型鋼混凝土組合結構體系施工技術研究

3.1.1型鋼混凝土組合結構的分析研究

本工程的型鋼混凝土組合結構在游泳館的框架結構體系中，由12根1000mm×1200mm的實腹式H型鋼框架柱作為核心支撐結構，型號尺寸為 H800×500×24×36（mm），在兩邊翼板焊有 φ19 的栓釘，且水平間距200mm，豎向間距200mm，柱子鋼筋是由一層的22根直徑為32mm的主筋和直徑為14mm間距為100mm的箍筋，二層的22根直徑為25mm的主筋和植筋為14mm間距為100mm，以及直徑為12mm的斜拉箍筋，三層的26根直徑為25mm的主筋和直徑為12mm間距為100mm的箍筋組成。

3.1.2型鋼混凝土組合結構施工質量控制的分析研究

通過對型鋼混凝土組合結構分析和施工質量控制的研究和試驗，從各個環節對施工質量方面進行管理、把控，將型鋼混凝土組合結構施工質量控制最優化，從型鋼混凝土柱焊接，型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁焊接的試驗檢測報告可以看出，正常施工情況下，焊縫施工質量是合格的，不需要對型鋼焊縫的施工質量進行研究，而選擇從單邊長度＞1200mm的型鋼混凝土柱模板施工質量、型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁的節點連接施工質量、型鋼混凝土梁狹小空間結構混凝土自密實施工質量，這三個方面來剖析研究是對型鋼混凝土組合結構施工質量控制的關鍵點。

3.2　型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點施工質量研究

3.2.1原設計型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點信息

在游泳館的4.95m結構層、7.95m結構層均存在型鋼混凝土柱與普通混凝土梁連接的情況；通過設計圖，篩選在4.95m結構層中，型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點鋼筋最復雜的節點為例，該節點是型鋼柱（Z-1）一邊連接上部鋼筋為14根直徑為25mm，并按6/6/2三排布置，下部鋼筋為11根直徑為25mm，并按5/6兩排布置的梁（L-1）；另一邊連接上部鋼筋為20根直徑為25mm，并按8/8/4三排布置，下部鋼筋為13根直徑為25mm，并按4/（-4）/9兩排布置的梁（L-2）。通過分析，我們可以畫出該節點的平面布置圖和剖面圖，詳見圖1。

圖1　原設計型鋼柱與鋼筋混凝土梁的連接大樣圖

根據圖1來施工，分析后發現，施工的難度有如下幾點：

（1）由于上部、下部鋼筋都是兩排布置，并且梁的每根主筋都必須連接鋼套筒與型鋼混凝土柱鋼骨的翼緣板焊接，梁的上部鋼筋為14根直徑為25mm，并按6/6/2三排布置，而翼緣板的寬度為500mm，鋼筋保護層厚度為25mm，25mm的鋼套筒壁厚為6mm厚。

（2）由于翼緣板寬度為500mm，6個鋼套筒焊接在同一排，間距太小，導致側面焊縫與焊條焊接不牢固，焊縫不飽滿，不滿足設計與規范要求，存在安全隱患，無法繼續施工。

（3）L-1的鋼筋信息為：截面為400mm×900mm，上部鋼筋14根直徑為25mm的，排布為6/6/2，下部鋼筋為11根直徑為25mm的，排布為5/6，箍筋為直徑10mm的，加密區間距為100mm，非加密區間距為200mm；而通過計算，得第一排上部鋼筋的主筋間距為50mm，粗骨料的最大粒徑為37.5mm，而在主筋外加鋼套筒的間距為38mm，間距約等于最大粒徑，得出混凝土澆筑過程中，最大粗骨料不能通過已連接鋼套筒區域節點的主筋間距，故容易造該節點振搗不密實，然后出現空洞、蜂窩麻面等情況，影響結構安全性。

綜上所述，原設計的型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點，存在安全隱患，且無法在現場展開施工。

3.2.2提高型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁節點施工質量可行性研究

根據上述分析，原設計的型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁的連接節點施工難度大，可操作性低，且易存在安全隱患，對提高型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點施工質量展開研究。

（1）提高連接節點鋼套筒焊接施工質量

方案1：通過對初步方案的分析，增大型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點的截面尺寸，鋼套筒間距為50mm。但對于鋼筋直徑為25mm的套筒長度為65mm的型號來說，不能滿足手工電弧焊的操作要求，施焊角度與套筒呈45°角，所以方案1不可行。

深化方案2：由于初步假設的方案1不能滿足規范求，在方案1的基礎上重新深化，讓方案既能滿足規范要求，又能到達預期效果；在增大型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁連接節點截面尺寸的基礎上，將梁邊緣縱筋通過梁水平加腋的方式，水平自然彎折繞過鋼骨翼緣，梁腰筋沿加腋邊緣自然彎折。

深化方案2分析研究：通過對深化方案的分析，鋼套筒間距為：71mm；25mm鋼套筒長度為65mm，鋼套筒間距大于鋼套筒長度，滿足規范要求；并采用鋼筋躲讓原則，將梁邊緣縱筋通過梁水平加腋的方式，水平自然彎折繞過鋼骨翼緣，梁腰筋沿加腋邊緣自然彎折，保證了部分鋼筋的通長整體性。

（2）加強連接節點的整體結構穩定性

在型鋼混凝土組合結構中，一旦有外力（比如地震、結構所支承起的物體的自重等）來臨時，一般是結構節點的梁根部受力最嚴重，而變形就會從梁根部開始，而本工程的型鋼混凝土柱與普通鋼筋混凝土梁主筋的連接采用的是鋼套筒焊接，相比主筋貫通穿過節點處而言，整體連接性、結構安全性等都會有所降低，所以節點的結構不能保證其安全性；在深化方案上增加結構保證措施得出了方案2，詳見圖2。

圖2　方案2剖面施工圖

對于原設計的型鋼混凝土柱和普通鋼筋混凝土梁連接節點結構穩定性差的情況，首先針對普通鋼筋混凝土梁主筋與型鋼混凝土柱鋼骨的焊接連接施工進行分析，原設計的焊接節點由于間距過小，施工難度大極易導致焊接不到位，質量打折扣，出現質量隱患，制定出方案1，讓邊上的兩列主筋在梁水平加腋的情況下自然彎折繞過鋼骨，從而也增大了中間主筋的間距，滿足規范要求；然后，針對主筋遇型鋼鋼骨斷開以套筒焊接的形式連接這一情況做分析，得出這種連接方式的結構穩定性低于主筋全長貫通的方式，而主筋遇鋼骨又不得不采用這種方式，所以制定出方案2。

3.3　型鋼混凝土梁狹小空間混凝土施工技術研究

3.3.1型鋼混凝土梁狹小空間混凝土施工設計研究

由于本工程為使用年限50年的民用建筑工程，對于結構的耐久性能有較高要求，其次，本工程所屬地為貴州省貴陽市，亞高原地區冬天氣候寒冷，并且，在貴陽市調查，多家商混站均不生產自密實混凝土，所以放棄選用自密實混凝土。

在排除自密實混凝土之后，考慮一種流動性大、對振搗要求不高、密實性良好的混凝土，所以選擇研究細石混凝土。細石混凝土原材料中，砂采用粒徑0.3～0.5mm的中粗砂，粗骨料最大粒徑不大于15mm，含泥量不應大于1%，細骨料含泥量不應大于2%，水采用自來水或可飲用的天然水，每立方米混凝土水泥用量不少于330kg，水灰比不應大于0.55，含砂率宜為 35～40%，灰砂比宜為 1：2～1：2.5。

通過分析在型鋼混凝土梁狹小空間所需混凝土的性能，排除自密實混凝土，確定細石混凝土作為研究對象。

3.3.2細石混凝土不同型號的對比研究

原設計采用C30P6混凝土進行澆筑，通過對C30P6細石混凝土進行試配，發現C30P6細石混凝土的和易性并不是我們想要的效果，現討論將C30P6提高等級，提升至C40P6細石混凝土，不僅提升了狹小空間的混凝土強度，還確保其和易性，確定選用C40P6細石混凝土。

3.3.3狹小空間細石混凝土施工技術研究

對細石混凝土在型鋼混凝土梁的狹小空間的密實度、流動性能以及到達齡期后的強度展開研究。

（1）型鋼混凝土梁1：1鋼筋模型制作

首先對將要施工的型鋼混凝土梁制作1：1的鋼筋模型，在梁中用木制模板按照型鋼鋼骨的尺寸大小制作模型，然后按照設計圖紙的梁配筋信息進行配筋，最后再進行模板安裝。

（2）細石混凝土澆筑

在制作安裝好型鋼混凝土1：1模型后，開始澆筑混凝土，結合研究要求，采用C40P6的細石混凝土進行澆筑，并對梁兩側底部進行輕微的振搗，在對型鋼混凝土梁底部進行細石混凝土澆筑之后，待7d養護齡期完后，開始進行拆模工作，觀察期對外觀質量和混凝土強度進行檢測，可得之，細石混凝土的流動性和自密實度能夠滿足研究要求；另外，試驗人員對該部位進行回彈試驗，7d與28d后的回彈混凝土強度滿足設計和規范要求。

（3）細石混凝土與普通混凝土澆筑質量比較研究

用同樣的方法試驗制作型鋼混凝土梁1：1模型，采用同型鋼梁的鋼筋配筋信息進行配筋，模板安裝，因自密實混凝土的缺陷，放棄選用自密實混凝土，經過討論選用細石混凝土，并且通過試配放棄了原設計的C30P6細石混凝土，確定選用C40P6細石混凝土；然后通過制作型鋼混凝土梁1：1模型，按照型鋼混凝土梁的鋼筋配筋信息進行配筋，鋼筋綁扎，模板安裝，并采用細石混凝土將底部狹小空間澆筑完成，到達混凝土齡期后，拆除模板，外觀質量和混凝土實體強度都能滿足設計和規范要求，經實驗研究確定，選用C40P6細石混凝土可行。

3.4　型鋼柱單邊＞1200mm模板加固施工技術

游泳館型鋼柱大小尺寸為1000mm×1200mm，層高分別為4m、3m、7m，對于普通模板加固技術是不能滿足施工安全要求的，對型鋼柱單邊＞1200mm的模板加固施工技術展開研究。3.4.1與傳統的模板加固技術研究對比

根據傳統模板加固技術，墻柱等豎向構件模板面板在混凝土成形過程中大體經歷以下幾個階段：混凝土初凝前，塑性狀態的構件所產生的側壓力完全作用在模板上；在振搗作用下，混凝土會呈現液態形狀，此時產生的側壓力是模板受力的最大值；模板材料隨之發生彈性變形，振搗停止后變形隨之得到恢復（模板的彈性變形需要拆模后才得以全部恢復）；如果模板材料在構件成形過程中超過了材料的彈性變形能力，將造成不可恢復的塑性變形。所以模板材料和橫向支撐構件必須滿足要求。

（1）傳統模板加固技術

根據傳統模板加固技術，對高度超過4m單邊尺寸＞1000mm的柱模板，加固技術如圖3所示，傳統的模板支撐體系為：扣件式鋼管腳手架架體，方木龍骨和模板共同組成。主要材料有圓形鋼管、對拉螺桿、鋼管扣件、蝴蝶卡、木制模板等。

圖3　柱子單邊＞1000mm的傳統模板加固施工方法

（2）型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的模板加固技術對比

根據與傳統模板加固方式的對比，制定了針對型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的專項加固技術方案1，詳見圖4所示，離地200mm開始排布橫向支撐圓形鋼管，每道橫向支撐桿件設置3根圓形鋼管，間距600mm/道，在另一邊1000mm寬度的加固方法均與1200mm寬度的加固方法相同。

圖4　型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的模板加固施工方法（立面圖）

3.4.2型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的模板加固技術研究

綜合各方面的因素，在型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的模板加固技術基礎上，重新調整對圓形鋼管的使用數量和布局，采用在B和H截面增加對拉螺桿的方法，減少對每道橫向支撐桿件的鋼管使用數量，詳見圖5。

圖5　型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的模板加固施工方法（平面圖）

遵循型鋼鋼骨腹板可穿孔，翼緣板不可穿孔的原則，在腹板面中軸線偏移300mm豎向間距每隔600mm設置一道對拉螺桿，在翼緣板面中軸線偏移250mm（確保緊貼鋼骨翼緣邊）豎向間距每隔600mm設置一道對拉螺桿；且在底部往上，前三道橫向支撐桿件采用三根圓形鋼管，往上的其余橫向支撐桿件均采用兩根圓形鋼管做加固。

4　結束語

通過對型鋼混凝土組合結構分析和施工質量控制的研究，對普通鋼筋混凝土梁主筋與型鋼混凝土柱鋼骨的焊接連接施工進行分析，制定出讓邊上的兩列主筋在梁水平加腋的情況下自然彎折繞過鋼骨，從而也增大了中間主筋的間距，滿足規范要求的前提下，改變原設計的焊接節點由于間距過小，施工難度大極易導致焊接不到位的情況，提高了施工質量，同時也保證了結構節點質量，避免出現質量隱患；對主筋遇型鋼鋼骨斷開以套筒焊接的形式連接這一情況進行研究分析，制定出在主筋斷開的鋼骨位置，先加水平加勁板，增強主筋斷開處的連接性，并增加了鋼骨的水平抗力，然后在水平加勁板的上下分別加小型的縱向加勁板，從而增強了水平加勁板的抗滑移能力；通過制作型鋼混凝土梁1：1模型，采用細石混凝土提高在型鋼混凝土梁底部狹小空間澆筑后的外觀質量和混凝土實體強度；通過在框架柱傳統模板加固施工技術的基礎上，對型鋼混凝土柱模板加固施工技術的研究，通過改變加固間距、鋼管數量和增加鋼骨腹板面和翼緣板面的對拉螺桿來增加其穩定性，從而減少橫向支撐桿件的圓形鋼管數量，提升模板支撐體系中的可利用施工空間，來提高型鋼混凝土柱單邊＞1200mm的模板加固施工質量。

[1]《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2017）.

[2]袁小蘭.型鋼混凝土結構施工技術研究[J].科技研究，2014（1）：34，36.

[3]徐 銳，景瑞平.型鋼混凝土施工技術[J].科技風雜志，2012，13.

[4]李揚.型鋼混凝土轉換結構施工技術研究[J].華南理工大學，2015.