型鋼混凝土組合結構施工技術在房建工程中的應用

周小忠

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100000）

0 引言

單純的鋼結構具有高強度、跨度大的特點，但防火性能、抗銹蝕能力相對鋼筋混凝土結構有所不如；鋼筋混凝土結構耐久性、耐火性較好，相對于鋼結構節省鋼材，但自重大、抗拉強度低。為此，將兩者結合，成為新型的建筑結構體——型鋼混凝土組合結構。該結構集合了型鋼和鋼筋混凝土各自的優勢，在大跨度工程建造中得到良好的應用。隨著技術的發展，型鋼混凝土組合結構不僅在橋隧工程中得到應用，更在房建工程中，如大型場館、車站、超高層建筑等工程中得到了長足的發展。為此，研究分析其施工技術不僅有利于社會經濟的發展，也有利于推動行業的進步，以期對房建工程中鋼混結構的應用發展有所助益。

1 工程概況及重難點分析

1.1 工程概況

濟南東車輛段整體布局分為蓋板下部分和蓋板上部分。蓋板下部為車輛段各功能用房，分別包括檢修庫、停車列檢庫、鏇輪庫結構等功能性用房，主要承擔R3線車輛的停放、車輛的檢修及維護保養任務，是確保列車運行安全的生命線。蓋上部分主要是為后期房地產二次開發預留房建結構柱及防水工程，型鋼柱高出樓面1.5m，樓面以上部分用泡沫混凝土對型鋼柱做保護，房建工程施工時鑿除泡沫混凝土，作為房建承重結構。

1.2 工程重難點分析

由于工程中大體量、大跨度結構較多，其力學性能要求嚴格，這使得型鋼和鋼筋混凝土結構的結合及安裝過程成為施工重點。具體到施工過程中，其重難點包括：

（1）型鋼與鋼筋混凝土中鋼筋相交點多，鋼柱與梁縱筋安裝、鋼柱與柱周主筋及箍筋安裝難度大；

（2）型鋼設計量大，與鋼筋混凝土結構節點類型繁多，施工工藝較復雜；

（3）單個結構柱、梁尺寸大，重量大，致使吊裝難度大。

2 型鋼混凝土組合結構施工技術

2.1 施工工藝流程

型鋼混凝土組合結構主要施工工藝流程見圖1所示。

圖1 型鋼混凝土組合結構主要施工工藝流程圖

施工工藝流程中，各步驟技術重點為：在型鋼安裝中，型鋼柱采用多節柱且垂直結構，其吊裝、測量定位較為關鍵；在型鋼梁的模板支設中，需要分底模和側模兩次支設。型鋼梁與型鋼柱混凝土結構施工流程基本相似，以下重點探討型鋼柱安裝、型鋼綁筋、型鋼柱和梁模板支設、型鋼澆筑四個環節。

2.2 型鋼柱安裝

型鋼柱的安裝流程：施工準備→地腳螺栓預埋→柱基測量放線→構件進場驗收→吊裝就位→臨時固定→測量定位→焊接及檢驗。其安裝過程中工藝重點和難點主要是吊裝就位、測量定位及焊接三個環節。

2.2.1 吊裝就位

型鋼構件經現場檢驗合格后，根據工程進度進入吊裝環節。其吊裝技術重點在于吊裝機械的選型、安全控制。具體包括：起重機械及吊點的選擇。吊裝方案中起重機的選擇，必須優先考慮最大起重高度，以此為基準選擇站車位置，并查詢起重機特性曲線，選擇合適的起重機[1]。該工程采用130T履帶式起重機，吊索采用Ф24（6×37）鋼絲繩。型鋼柱吊點設置在柱頂部，通過專用吊具與焊在柱頂兩側面耳板螺栓相連。起重安全控制：起重前，由現場專職安全管理員認真核對起重機的性能參數、鋼絲繩的型號和外觀質量；起吊時，專人指揮，先行試吊后，一次吊裝到位，避免空中搖擺晃動；起吊到位后，攀爬摘鉤人員要等構件放置穩定后方可攀爬，摘鉤后不得利用起重機抽鉤。

2.2.2 測量定位

型鋼柱作為直立結構，且安裝高度高，局部位置采取兩節柱的組合方式，型鋼柱在出廠前要進行預拼裝，保證拼裝后兩節鋼柱在同一軸線上。現場采用分節吊裝，現場安裝關鍵環節是測量定位。其重點主要包括標高、垂直度及中心位置的控制[2]。為保證標高和定位中心軸線的準確性，每根鋼柱都采用雙人雙儀器測量的方式，用于降低人為因素的測量誤差。鋼柱安裝定位后，通過連接底板上的四角螺栓調節標高和中心位置，調整到位后，安裝墊板楔鐵。安裝時要時刻做好標高和中心位置的檢測。利用經緯儀進行雙向同時定位測量，利用纜風繩進行調節。兩臺經緯儀安裝時需要沿縱橫兩個方向設置，其各個方向的垂直度偏差不大于高度的1/1000，且不大于10mm。

2.2.3 焊接

在上下節柱安裝調整定位后，需要對上下節之間進行焊接永久性固定。而鋼柱作為大跨度房建結構的主要受力支撐，其焊接質量是主要控制點。包括焊前的焊接工藝評定、焊接過程控制、焊后檢驗環節。

焊接前進行焊接工藝評定[3]。根據鋼材型號，廠家的焊接試驗性能報告，并根據有關資料編制預焊接工藝規程，對焊接試件進行焊接。為保證工程焊縫焊接質量的穩定性，現場焊接工人、焊機設備和焊材均由型鋼加工廠家組織提供，保證型鋼柱安裝質量。由于現場條件與廠區條件不同，在現場施焊前應先進行焊接工藝評定，在焊接工藝評定合格后，并據此編制焊接工藝卡或焊接作業指導書后，方可進入正式施焊。該工程焊接工藝評定后，Q345與Q345鋼之間焊接采用E50型焊條，Q235與Q235鋼之間焊接應采用E43型焊條。并采用CO2氣體保護焊的形式，避免焊接過程中焊材受氧化。

焊接過程中，為保證焊縫質量，一方面要采用二氧化碳作為保護氣體，且現場風力大于2m/s時要設置防風棚，相對濕度不得大于90%，并注意現場不得存在較大粉塵污染，應清潔干燥；另一方面要防止焊接變形，施焊時由兩人對稱焊接，且應同步進行[4]。

焊接后對型鋼進行檢驗，保證焊接質量。

2.3 型鋼綁筋

型鋼柱與柱周圍的主筋、箍筋的交叉點較多，交叉位置較為復雜，是工程中的重難點之一。在前期設計過程中，可以考慮應用BIM技術，對鋼柱與鋼筋之間的空間關系和位置進行提前設計，經過碰撞試驗，確保空間關系合理有序，不出現矛盾。而在施工過程中，要按圖施工，確定好型鋼柱主筋的穿插、箍筋的安裝位置等要求。

2.3.1 型鋼柱主筋穿插

型鋼柱主筋位置必須準確，否則將影響梁筋及柱箍筋穿過腹板預留孔。為保證主筋位置準確，在型鋼柱鋼筋綁扎完成后，應放置專用定位筋卡座對主筋位置進行定位保護，防止鋼筋偏位。

2.3.2 型鋼柱箍筋綁扎

箍筋綁扎需要分兩種情況，一種情況是箍筋從柱子兩側穿過（見圖2所示）；另一種則是截面大的鋼柱，箍筋無法穿過鋼柱，則需要提前在鋼柱上加設肋板，箍筋在安裝時直接焊接在肋板上。焊接時必須考慮焊接牢固性，單面施焊不小于鋼筋直徑的10倍，雙面施焊時不小于鋼筋直徑的5倍。

圖2 鋼柱箍筋綁扎截面示意圖

2.3.3 型鋼柱與型鋼梁節點鋼筋安裝

該工程由于蓋板上部要為后期房地產開發預留房建基礎接口，型鋼柱設計時高出樓板面1.5m，梁柱節點鋼筋連接比較復雜，鋼筋連接方式直接影響梁柱傳力性能，為保證工程施工質量，經設計、施工及監理共同研究提出了兩種梁柱鋼筋連接方式（見圖3）：（1）鋼筋與型鋼柱翼緣板相交接的部位，采用鋼筋接駁器（螺紋套筒）連接，接駁器與型鋼柱采用角焊固定，這種連接方式對鋼筋下料長度、鋼筋端部垂直度及平整度精度要求比較高，且要求相鄰兩根型鋼柱上的接駁器螺紋方向應相反。在安裝時先安裝型鋼柱兩端上鋼筋，后安裝中間的鋼筋，接駁器安裝要用專用扭矩扳手擰緊，且保證外露螺紋1.5～2絲。（2）梁鋼筋與型鋼柱腹板相交的部位，通過型鋼柱預留孔，采取鋼筋直接穿越的連接方式。型鋼柱加工時根據梁截面鋼筋位置，用鉆機開孔，孔徑比鋼筋直徑大4mm，要求孔底標高應與鋼筋設計底標高一致。

圖3 鋼柱與梁鋼筋連接平面及剖面示意圖

2.4 型鋼柱、梁模板安裝

型鋼柱、梁模板安裝的控制重點主要有模板平面位置控制、模板接縫處理以及模板運輸吊裝安全控制，該工程立柱模板選用定型鋼模板，梁采用木模板。

2.4.1 模板準備

立柱模板材料采用鋼模板，尺寸按照組合模板每節3m設計，頂部調節段采用0.5m、1m、1.2m、1.5m模板，工程選擇25T起重機配合安裝。為保證不漏漿，選擇的模板要求表面光滑、平整，邊角部位平整、順直，接頭部位嚴密[5]。在全部檢查完畢后，對連接面進行打磨拋光，然后試組合。

2.4.2 型鋼柱模板安裝

模板與鋼筋籠之間的位置控制，在上一步鋼筋綁扎中，在拉梁和承臺頂面處預埋短鋼筋頭，同時在高度方向上每間隔1m在型鋼柱上焊接一根定位鋼筋，橫向間距約0.5m，用于控制模板與鋼筋之間的距離；根據型鋼柱的放樣點位，在外側模板上使用崩線法調整，使上下不同模板相對位置呈直線；采用線墜法控制模板安裝垂直度。設置纜風繩對模板進行固定，用于防止混凝土澆筑時模板受力傾斜。為保證接縫處嚴密不漏漿，接縫處采用雙層雙面膠密封，用接縫螺栓擰緊；模板底部采用高標號水泥砂漿墊層密封。

2.4.3 型鋼梁模板安裝

鋼梁模板的安裝工序與型鋼柱類似，但要考慮鋼筋綁扎時的可操作性，因此模板需要分兩次安裝。在鋼筋綁扎前先支底模，在鋼筋安裝綁扎完畢，并與型鋼結構連接后，再進行側模支設。

2.5 型鋼混凝土澆筑質量控制

該工程型鋼混凝土柱主要尺寸型號有2000mm×1800mm、1800mm×1600mm 兩種，型鋼梁主要尺寸有1800mm×1200mm、1800mm×1000mm、1800mm×900mm等，其截面尺寸都較大，屬于大體積混凝土施工，其混凝土澆筑質量直接影響蓋板上后續房建工程施工結構承載力。為此，型鋼混凝土的澆筑，重點要把控混凝土質量以及澆筑時的密實度。

2.5.1 混凝土材料質量控制

工程采用C60高強商用混凝土，并現場澆筑的形式。對混凝土坍落度要求為20～22cm，控制混凝土拌合溫度及到達現場入模溫度，到達現場后進行坍落度及混凝土入模溫度測試，不符合要求的通知商混供應站，由于C60混凝土黏度大，現場嚴禁加水稀釋。

2.5.2 混凝土澆筑入模質量控制

混凝土澆筑時要控制好入模溫度，夏天炎熱時入模溫度應不大于35℃，宜選擇晚間或夜間施工，現場溫度高于35℃時，宜對金屬模板及鋼結構進行澆水降溫，但不得留有積水。當冬期施工時入模溫度不低于5℃，并應采取保溫措施。考慮型鋼柱鋼骨與鋼筋十分密集，空間狹小，如果直接從頂部澆筑往往難以到達底部，會產生類似篩子的作用造成混凝土原材料的過濾分離。為此，在前期型鋼制作時，加勁肋板中心要預留Φ300mm的預留孔以及柱中心預留4個R200排氣孔兼做振搗孔，Φ300mm的預留孔用于安裝Φ200混凝土導管,導管離柱底間距不大于2m。混凝土從導管灌入可順柱中向四周均勻流動，橫向鋼筋起到了橫向通流作用。柱子澆筑時應在底部先灌入50～100mm厚與混凝土同等級的砂漿。需要注意，導管要隨著混凝土面的上升同步提升，由于C60高強混凝土黏度大，埋入混凝土容易產生堵管。

2.5.3 混凝土振搗質量控制

為了保證鋼柱、梁鋼骨與鋼筋間填充密實，應該采用分層澆筑的原則，分層厚度宜控制在1～1.5m左右，在每一層混凝土入模后，應立即用棒式振搗器振搗，保證型鋼周圍混凝土密實，特別是型鋼柱每塊加勁肋板底部極容易產生空隙，在澆筑施工時要通過預留孔進行細致振搗，直至排氣孔無氣泡排出方可停振。同時要控制好振搗深度，在上層混凝土振搗時應穿過分界面插入下層混凝土5cm，消除界面混凝土不均勻性。同時，要控制不得過振，造成沁水離析現象。搗振時要對稱振搗，振動棒按照對稱方向來回振搗，保證柱的四周、梁的兩側混凝土密實度、均勻度一致。

3 結束語

綜上所述，濟南市軌道交通R3線一期工程中濟南東車輛段梁、柱安裝工程是型鋼混凝土組合結構的典型應用。該項目獲得以下經驗：型鋼柱的安裝中，由于受力大，其安裝的位置、標高及垂直度控制十分重要，要通過經緯儀做好觀測，其標準應從地面引測，而不能從下節柱頂引上，避免累積誤差；焊接質量決定了鋼柱強度，其控制關鍵在于焊接工藝評定、焊后外觀和無損檢測；型鋼的鋼筋綁扎涉及到主筋、箍筋節點較多，重點做好主筋穿插、箍筋焊接等，嚴格按照設計圖綁扎；型鋼構件支模考慮型鋼梁結構的擺放形式，為有利于鋼筋綁扎，應先安裝底模，再綁扎鋼筋，最后支設側模，確保鋼筋綁扎效率和支模質量；型鋼澆筑環節，要重點考慮澆筑的密實度和均勻性，要在澆筑時按照預留灌注孔澆筑，確保梁、柱底部填充到位；并按照分層澆筑、對稱搗鼓的原則，確保填充密實、均勻。