建筑工程鋼-混凝土組合結構施工技術實踐

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我國南京長江第五大橋是世界上跨徑最大的鋼-混凝土組合結構的索塔斜拉橋，采用的正是鋼-混凝土組合結構施工技術。該項施工技術不僅優化了其結構尺寸，還提高了結構的承載力。在建筑行業的發展中該項組合結構已逐步成為一項重要的結構體系并得到了全面應用，因此文章對建筑工程鋼-混凝土組合結構施工技術進行的具體分析和研究具有重要的現實意義。

1 鋼-混凝土組合結構概述

在建筑工程的結構分類中，出現最早的是木結構和砌體結構，然后是混凝土結構和鋼結構。從本質上來講，鋼-混凝土結構是在混凝土結構和鋼結構的基礎上發展起來的又一類結構形式，其綜合了鋼結構和混凝土結構的各自優點，易于滿足現代土木工程結構對功能的要求，綜合效益較為顯著。我國建筑工程在很長一段時期廣泛使用混凝土結構，但是對于超高層、大跨度重載結構，包括橋梁結構等，單一的混凝土結構無法滿足其功能方面的相關要求。例如超高層的建筑施工項目，如果還是采用純混凝土結構，那么其自重較大且施工速度較慢，基礎造價偏高[1]。如果采用鋼-混凝土組合結構則會帶來顯著的綜合效益，比如能夠降低樓蓋的結構高度、減小柱子的截面尺寸、降低基礎造價、增加使用空間、加快施工速度等。鋼-混凝土組合結構結合了兩種結構的優點，還能夠有效避免混凝土的裂縫外露。

鋼-混凝土組合結構還適合我國基本建設的國情，如果我國完全推進鋼結構，在現階段還不具備一定條件；如果完全采用混凝土結構，那么有些特殊的結構又很難滿足對功能的要求。鋼-混凝土組合結構的造價介于鋼結構和混凝土結構之間，在性能上也是將兩者的優點結合在一起，而且該組合結構已成為結構體系的重要發展方向之一，其發揮的作用較為靈活，能夠提供良好的發展空間。

鋼-混凝土組合結構的特點如下：（1）經濟效益顯著。鋼-混凝土組合結構的承載力較強，能夠有效減小構件截面，而且能承受構件自重和施工荷載，增加使用空間，經濟效益顯著。（2）具有抗震性和防火性。鋼-混凝土組合結構具有較高的延性和韌性，抗震和抗沖擊性能較好，能夠有效避免脆性破壞。

2 工程概況

筆者近年來負責施工的龍游縣公共文化中心，其中有一個單體便民中心，地下部分為鋼-混凝土組合結構，地上為全鋼結構工程，樓面為鋼筋桁架樓承板，共4層。在該工程的建造中運用了大量現代建造技術，建筑物柱中型鋼為十字形狀或箱形狀，從其受力情況來看，主要是偏心受壓柱，均需要較高水平的焊接技術，從而避免出現焊接技術水平偏低引起的質量問題。各個構件在焊縫要求方面也存在差異，如鋼筋牛腿結構、翼緣板結構以及腹板之間部分的焊縫要求一級焊縫，而其他構件或節點板與鋼筋之間的焊接根據設計要求為二級或三級焊縫。

3 鋼-混凝土組合結構施工工藝原理

鋼-混凝土組合結構的核心是型鋼構件，在型鋼構件外側設置縱向受力鋼筋和混凝土結構，施工前首先要加工完成型鋼，然后進行吊裝。在梁與柱對接焊接前，要對柱軸線的位置和型鋼柱翼緣的垂直度等進行檢查，將誤差控制在標準范圍之內，再通過合理的吊裝、安裝、焊接方法控制型鋼的焊接變形。

4 鋼-混凝土組合結構施工流程

（1）塔吊吊裝。一般情況下在塔吊吊裝中采用兩點正吊或者四點正吊的方法，當鋼架起吊時離地面50cm時暫停，待檢查無誤后再繼續起吊，塔吊起吊時現場需要專門的塔吊信號工在一旁指揮。

（2）鋼結構校正。第二段及以上鋼柱采用千斤頂校正法進行校正，鋼結構用千斤頂撐住，然后由施工人員用全站儀校準對直進行鋼結構微調。

（3）構件連接固定。構件安裝采用焊接或螺栓連接的方式，首先需檢查連接的節點，在檢查合格后方能進行焊接或緊固。安裝定位焊縫不需承受荷載時，焊縫厚度應不少于設計焊縫厚度的2/3，焊縫長度不宜小于25mm，位置應在焊道內。

（4）探傷檢查。無損檢測要在外觀檢查合格后進行，進行焊縫無損檢測的相關人員必須持有相應探傷方法的二級或二級以上資格證書，有下列情況之一出現時應進行表面檢測：①如果在進行外觀檢查時發現裂紋，應對該批中同類焊縫進行100%的表面檢測；②在根據設計圖紙與文件規定進行表面探傷時，應及時對表面進行檢測[2]。當焊縫表面缺陷超標時應對氣孔、夾渣、焊瘤、余高過大等缺陷用砂輪打磨、鏟鑿、鉆等方法進行處理，必要時要補焊。

5 鋼-混凝土組合結構施工技術要點

（1）安裝程序。首先，安裝柱腳埋件，安裝時要嚴格控制埋件高度并加固，然后澆筑混凝土并需要相關人員在現場看護，防止位移。與此同時，安裝調節螺母，當埋件工作完畢后對柱腳螺栓進行保護，避免損壞。其次，對柱腳進行灌漿料施工，在灌漿料時尤其要注意不能從兩個以上的方向進行澆筑，保持從一側灌漿且要連續作業，灌漿完畢之后要覆蓋塑料薄膜進行養護[3]。最后，進行柱混凝土施工，應先澆筑柱芯混凝土，后澆筑型鋼，柱外側包裹混凝土，相關人員要對澆筑至柱頂標高的柱芯混凝土進行詳細觀察，一旦發現混凝土出現坍落問題要及時進行補澆，確保柱芯填滿混凝土。

（2）鋼-混凝土組合結構模板施工。在模板施工中首先要注意模板的尺寸，設計模板時在鋼柱的柱身部位不能設置對應螺栓，且配板的高度不宜過高。

（3）起重設備的選擇。塔吊設備的型號應根據建筑面積、建筑層高（型鋼柱層高及重量）來選擇。當層高較大或單層型鋼柱較重時可在同層內進行分節制作安裝，當型鋼柱較小時也可以每2層為1個吊裝節，塔吊機械設備的選擇要參考起重量并結合經濟性；當局部構件較重且層高較低時也可選用起重機吊裝。

（4）鋼結構二次深化設計。在進行鋼-混凝土組合結構施工的過程中，梁、柱節點是施工的難點和關鍵點，其施工質量直接影響建筑物的整體質量。因此，施工前要重點做好關鍵部位的二次深化設計，在進行鋼結構二次優化設計時，應采用鋼筋分層及鋼柱分向理念進行優化設計。鋼筋分層即根據鋼-混凝土梁中的上部或下部主筋排數，考慮鋼筋保護層及二排鋼筋間距來設計節點板；鋼柱分向即考慮1根柱連接的2根、3根、4根或更多鋼筋混凝土梁，每根梁均分別設計節點。目前鋼-混凝土梁與組合柱中型鋼連接的方法主要有三種：“焊”“穿”“繞”。“焊”可細分為以下兩種方案：第一種方案為在型鋼柱與梁鋼筋連接位置加連接板，同時重點做好梁結構主筋與節點板之間的焊接工作；第二種方案為在鋼-混凝土組合柱的鋼柱翼緣上焊接螺紋套筒，然后與主筋螺紋連接。“穿”即讓框架梁的部分主筋穿過鋼柱腹板，達到主筋不切斷的目的，此方法需經設計核算腹板強度及穩定性。“繞”是指鋼筋混凝土梁角部鋼筋與型鋼柱并未相交或略有相交時可不切斷直接通過或按鋼筋排布圖集彎折后通過。各種連接方法在不同部位各有特點，優化設計人員應從工程實際情況出發，科學設計，確保工程質量得到有效保證。

（5）鋼-混凝土組合結構混凝土的澆搗。由于組合柱特別是梁柱節點處鋼筋密集，澆筑混凝土前要做好前期的施工工序準備工作。首先，應進行型鋼柱的校正和焊接的檢查，再對整個柱體的位置進行檢查調整，等到平臺模完成后再進行組合柱混凝土施工，施工中要做到同步檢查校正型鋼和組合柱。其次，要做好配合比工作，適當加大坍落度，增加混凝土的和易性，在梁柱節點處如澆搗混凝土有困難時也可按設計要求采用自密實混凝土。自密實混凝土施工工藝流程如下：材料進場檢驗→施工前準備→自密實混凝土澆筑→拆模、養護。自密實混凝土澆筑時泵送速度應調至最低，并在出料口處設置溜槽，避免產生離析，且應分段分層連續施工，為使混凝土表面光滑也可在模板外輔助振動或用橡皮錘錘擊。最后，可經設計同意在型鋼柱橫向加勁板上開澆搗孔，方便澆搗。

6 結束語

隨著我國建筑行業的迅猛發展，高層建筑工程項目的數量也越來越多，同時鋼-混凝土組合結構的應用也越來越廣泛。該組合結構不但具有良好的抗震性和承載力，而且給建筑行業的發展帶來了顯著的經濟效益。文章闡述了鋼-混凝土結構的基本概念和特點，并以筆者近年來負責的工程為例，詳細分析了鋼-混凝土組合結構的施工技術，進一步推動了該組合結構在建筑行業的發展。