型钢混凝土施工工法

型钢混凝土组合结构施工工法江西建工第二建筑有限责任公司技术管理部1、前言型钢混凝土组合结构又称为劲性混凝土结构或包钢混凝土结构，是在型钢结构外面包裹与曾钢筋混凝土外壳形成的型钢混凝土组合结构。型钢混凝土可以做成多种构件，更能组成多种结构，他可代替钢筋混凝土结构和钢结构应用于各类建筑和桥梁中。型钢混凝土组合结构的外包混凝土可防止钢构件的局部屈曲并能提高钢结构的整体刚度,显著改善钢结构的平面扭转屈曲性能，使钢材的轻度得到充分的发挥，此外混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。另外为了满足建筑功能有高大空间的公用建筑向小空间的住宅建筑转换，为了满足建筑功能转变导致内部空间结构转换的需要，设计上采用型钢混凝土转换桁架结构。在钢筋混凝土中增加型钢，既可以满足高层建筑高压力高延性的前提下，减小截面，又改变其脆性破坏的性质。型钢柱与型钢梁的连接、型钢柱与钢筋混凝土柱的连接、型钢梁与钢筋混凝土梁的连接、型钢梁与剪力墙之间的连接、型钢梁腹板翼缘开孔补强以及节点箍筋做法上技术要求高，各工种的协作要求高，施工难度大，是型钢混凝土组合结构施工中需解决的技术要点。2、工法特点2.1通过对型钢混凝土组合结构中型钢柱与型钢梁连接，型钢柱与钢筋混凝土柱的连接、型钢梁与钢筋混凝土梁的连接，型钢梁与钢筋混凝土梁连接、型钢柱腹板翼缘开孔补强及节点箍筋做法等工艺的研究，解决了型钢混凝土结构施工难题、使型钢梁柱翼缘板开孔补强、型钢梁柱与混凝土结构的连接、梁柱节点箍筋做法等达到设计要求，保证结构受力的传递2.2通过对型钢混凝土组合结构的每一个连接点绘制钢筋穿过型钢翼缘或腹板穿孔及补强的节点大样，预先计划型钢混凝土结构梁柱节点纵向钢筋弯折和锚固及穿孔补强情况。型钢柱、梁构件实行工厂化制作，保证构件尺寸、精度及开孔位置的准确，保证了梁柱纵向受力钢筋能准确、顺利的穿过型钢梁、柱。避免了现场纠偏、补开孔的工作量，保证了质量和施工进度。3、适用范围型钢混凝土组合结构是钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构体系。适用于框架结构、框架剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框架核心筒结构等结构体系，可以应用于全部构件，也可以用于部分结构加强构件。4、工艺原理型钢混凝土组合结构构件是由型钢、主筋、箍筋及混凝土结构组合而成。即核心部分有型钢结构构件，其外部则为以箍筋约束并配置适当纵向受力主筋的混凝土结构。型钢混凝土结构是在型钢混凝土内配置型钢提高结构的抗剪能力，从而减小梁柱截面尺寸。型钢混凝土结构的施工由型钢梁、柱构件制造与安装、钢筋安装、模板安装、混凝土浇筑等环节组成。4.1根据国家标准《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-95）、《钢结构工程质量验收评定标准》（GB50211-95）来指导整个型钢柱、梁的安装全过程。采用的施工工艺是在依据规范、设计图纸要求的基础上形成的切实可行的工艺。4.2采用合理的吊装方法把型钢柱、梁起吊到图纸设计的轴线位置或标高。4.3钢梁与钢柱对接焊前，校验柱轴线位置、钢柱翼缘的垂直度、平整度以及钢柱牛腿顶面的标高。4.4用设置在型钢柱上的风绳来调整柱的垂直度；并用水平及竖向的调节丝杆来调节钢梁在安装过程中的垂直度和标高，把偏差严格控制在规范要求内。4.5选用科学、合理的吊运安装工艺和焊接方法来控制现场钢梁的焊接变形。4.6合理设置抗剪连接件的位置，抗剪连接件与钢梁翼缘要焊接牢固可靠。4.7型钢柱、梁受气温影响有一定的热胀冷缩，应制定合理的测量方法和选择适当的测量时间，来保证测量的精确度。5、工艺流程及操作要点5.1工艺流程型钢柱：深化设计各节点图→型钢柱加工制作、运输→钢柱测量定位→地脚螺栓与预埋底板埋设→底板下混凝土浇筑→底板无收缩混凝土灌缝→起吊→就位→临时固定→型钢安装与较正（轴线及垂直度）→预埋底板与钢柱焊接连接（必须对称施焊）→焊缝处理→焊接外观检验→超声波探伤检验→合格后外围柱子钢筋绑扎→柱子模板安装→柱子混凝土浇筑（只能浇筑到梁底）。型钢梁：深化设计各节点图→型钢梁加工制作、运输→起吊→就位→临时固定→调节水平、竖向调节丝杆→校正轴线垂直度、标高→焊接固定点→焊接腹板侧边→焊接翼缘抗剪连接件→焊缝处理→焊接外观检验→超声波探伤检验→合格后外围梁钢筋绑扎→梁模板安装→梁混凝土浇筑。5.2操作要点5.2.1型钢梁柱深化设计1、绘制每一个梁纵向钢筋穿过型钢柱翼缘或腹板穿孔及补强的节点大样。2、绘制每一个根钢柱、钢梁内肢箍需穿孔的大样图。5.2.1型钢构件的制作与安装1、型钢构件及其制作与补强均由工厂集中制作。型钢构件应根据设计图纸及深化设计，按1:1的比例翻样后下料。翻样是，应更加工艺要求预留制作与安装所需的焊接收缩量及切割、刨边和铣平等加工余量参考值如下表1和表2表1：截面形式焊缝收缩量截面高度在1000mm以内钢板厚度在25mm以内纵长焊缝——每条焊缝每米为0.5mm接口焊缝——每一个接口为1mm加劲板焊缝——每对焊缝为1mm截面高度在1000mm以上钢板厚度在25mm以上纵长焊缝——每条焊缝每米为0.2mm接口焊缝——每一个接口为1mm加劲板焊缝——每对焊缝为1mm注：本表中焊缝收缩量仅用于实腹式型钢表2：切割方法加工余量锯切剪切手工切割自动切割精密切割切焊缝1014-53-42-3边缘加工2-32-33-42-32-3铣平3-42-34-52-32-35.2.2型钢柱的安装1、型钢柱脚埋置型钢混凝土柱脚有埋入式和非埋入式两种处理方法。文化中心工程所使用的为埋入式及非埋入式两种方法的结合，在桩基础混凝土浇筑前埋入地脚螺栓，地脚螺栓位于承台底部，型钢柱下部有钢底板，利用地脚螺栓将钢底板锚固，后浇筑承台混凝土使得该节点被混凝土埋住，这样处理更能有效地保证型钢柱基础的受力。2、型钢柱施工时，必须注意以下几点：（1）型钢柱加工时，必须根据施工图及深化设计，画出准确的钢筋排列图即钢筋穿孔定位图，钢筋孔位图必须准确无误，同时在排图时还需考虑到X、Y两个方向的钢筋走向，两个方向的钢筋间必须让开5~8mm，同时按照设计间距排列时有可能出现钢筋与型钢柱腹板在同一位置上或钢筋孔位于焊缝上，此时必须让出腹板和焊缝，距焊缝距离不小于12mm。(2)在型钢柱脚混凝土浇筑前，应对柱脚底钢板进行再次定位复核和钢柱的定位，钢柱具体方法与通常的测量定位一样处理，但必须对型钢柱的垂直度进行控制，定位安装必须控制在规范允许偏差内。每次加节时都应对型钢柱的垂直度进行控制。（3）文化中心工程型钢柱每节连接采用焊接及连接板连接。焊接处需打45度坡口。钢柱连接示意图5.2.3型钢梁安装要点将制作好的钢梁用平板运输车至现场，用汽车吊吊至地面，钢梁吊装前应先在钢梁腹板侧边焊吊耳，用人字扒杆及卷扬机将钢梁移至塔吊回转半径范围内。用塔吊将钢梁吊运至钢柱的牛腿上，做临时连接，并找正位置，割掉钢梁腹板吊耳。钢梁翼缘中心线应对正牛腿中心线，以保证钢梁轴线位置，在安装钢梁过程中，利用钢梁腹板两侧安装设备上的水平调节丝杆来调节钢梁的垂直度，利用自行设计在钢柱牛腿上的竖向调节丝杆来调整钢梁的标高。高速安装钢梁时，需要反复观测并纠正其轴线、标高、垂直度偏差值，直至符合规范要求后，方可进行对接焊，型钢梁翼缘与型钢柱翼缘采用坡口全熔透焊连接（如图示）。钢梁焊接完毕后，割掉钢梁翼缘上的吊耳，并对钢梁的垂直度、标高进行复验。在焊接好的钢梁上下翼缘确定抗剪连接件的轴线位置，做到焊接牢固可靠。为防止组合钢梁垂直度、标高轴线偏差值积累超过允许值。要求每次组合钢梁安装时严格校验钢柱垂直度以及钢柱上牛腿的轴线位置、标高。钢梁与钢柱连接节点大样图1—型钢柱；2型钢梁现场型钢梁、柱节点焊接的方法与措施：1、选用低氢型的焊接材料，考虑到焊接接头与母材等强的原则选用E5015型电焊条。底氢型焊条在常温下超过4h应重新烘熔，烘熔温度为350℃-400℃，时间为1.2h。2、焊接方法及参数：采用手工电弧焊。焊接电流，为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降必须采用以下措施：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺。焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大于5mm。第一层至第三层采用Ф3.2的电焊条，焊接电流110-130A；第四层至第六层采用Ф4.0的电焊条，焊接电流130-180A。5.2.3梁、柱节点的钢筋的处理柱、梁钢筋穿过型钢柱、梁是相互交错的，在施工中应全面考虑各种钢筋穿插先后顺序，以便更好快速施工。文化中心工程在施工中，常常会遇到型钢混凝土柱、梁节点内的钢筋如何布置的问题，由于型钢混凝土结构中钢筋也是较密的，如处理不好，即满足不了规范要求，还很可能影响到结构安全，所以，钢筋在型钢柱、梁中的节点处理是很重要的，在以上介绍的处理及下面所总结的处理方法，都必须遵循下表所规定的内容，但在施工中要尽可能减少对型钢柱、梁截面的影响，影响较大时必须进行补强措施，当梁、柱中钢筋避开不了型钢时，应采取措施。1、型钢柱钢筋的绑扎。由于本工程柱箍筋采用的是HRB335¢12、¢10的箍筋，钢筋绑扎的过程中内肢箍施工难度较大，故本工程采用将内肢箍制作成为U型或L型。穿过钢柱腹板后焊接。型钢混凝土柱主筋连接的方式一般为电渣压力焊，如柱钢筋直径超过25mm宜采用直螺纹连接。文化中心工程型钢柱布置示意图型钢柱柱箍筋开口示意图1—搭接焊焊缝长度10d2、型钢梁的钢筋绑扎德兴铜矿文化中心工程型钢梁的主筋钢筋分别从型钢上部及型钢底部穿过，不需要穿过型钢梁的截面，而箍筋内箍需从型钢梁截面穿过当开孔的削弱面积大于截面积的25%时需做补强处理。型钢梁的箍筋通常采用的做法如下图示：3、柱与梁节点（1）当型钢柱腹板方向的钢筋，满足伸入支座长度≥0.4Lae时可直接弯锚。当伸入支座长度≤0.4Lae时，必须穿过腹板。这时需对腹板进行补强处理。型钢柱与混凝土梁节点图（2）当钢筋必须穿过翼缘板时，文化中心工程通常采用使用连接钢板采用是钢筋塞焊方式处理或采用钻孔补强的方法。钢筋穿过翼缘板补强示意图当钢筋采用从穿孔通过时，钢筋穿孔的孔径一般取为钢筋直径加4~6mm确定，但由于市面的钢材部份直径不一致，实际施工时必须保证孔径有钢筋直径加6~8mm，同时还必须保证同一根钢筋在型钢中有可能穿过两个以上的孔，所以在孔的制作时必须保证孔的偏差在规定范围内，而此时所需考虑的孔径则应该为：钢筋直径+6~8mm+允许偏差（±5.0mm）。穿孔位置应该尽量避免在型钢的翼缘，同时还应避免在型钢的组合焊缝处。如必须在翼缘板上穿孔，则须进行局部补强。4、型钢混凝土结构钢筋安装需注意的事项。（1）在施工前应先绘制钢筋穿过型钢翼缘板或腹板节点大样，预先计划每一个节点的钢制制作与安装。（2）为了减少柱梁纵筋穿过型钢翼缘，当纵筋绕开型钢后，内肢箍五角筋时，采用增设架立筋的方法现场稳定的钢筋骨架。（3）梁纵筋直径一般来说比较大，为解决纵筋弯折后穿孔难记穿孔后，极难弯折的问题，采用在梁纵筋末端用短钢筋单面焊的机械锚固，其锚固长度不小于0.7LaE。做法如下图示：（5）纵向框架梁与型钢混凝土柱连接时，纵向框架梁的纵筋在型钢柱的腹板或翼缘板穿孔必须相互错开，以保证梁的纵筋能穿过腹板或翼缘板。（6）型钢混凝土梁纵向钢筋水平方向的净间距，因符合GB50010中的规定：梁上部纵向钢筋水平方向净距不小于30mm和1.5d（d为钢筋最大直径）；下部纵向水平方向的间距不小于25mm和d。（7）型钢混凝土柱的纵向受力钢筋的净间距不因小于50mm。（8）型钢混凝土柱和型钢混凝土梁的纵筋的净间距不小于30mm，且不小于粗骨料最大粒径的1.5倍。5.2.5型钢混凝土结构模板的安装1、由于截面内型钢，梁、柱侧模安装加固采用的对拉螺栓无法拉通，因此采用在型钢腹板纵向每隔不大于1.5m，沿梁高方形每隔不大于0.5m焊接耳板，并在耳板，并在耳板上钻孔，孔眼尺寸应为螺栓直径d+6mm，对啦螺栓尾部弯成直角，尾部插入孔眼内，与侧模板外部楞木形成牢固拉结。如下图示：梁侧模加固示意图1-型钢梁；2-方木；3-端部弯成90度的对拉螺栓；4-钢管支撑；5-对拉耳板2、对拉钢柱螺栓直接焊在钢柱腹板上，焊接时对拉螺栓在钢骨柱弯曲焊接