论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了某工程中一种H型钢与钢筋混凝土组合结构施工工法。此工法适用于钢结构与钢-混凝土混合结构工程中与现浇结构施工，具有良好的社会效益和经济效益。
关键词：H型钢；钢筋混凝土；施工工法；模板加固；分段吊装；槽钢加固
Abstract: This paper introduces a project of a H type steel and reinforced concrete composite structure construction method. This method is suitable for steel structures and steel - concrete composite structure in the engineering and construction of cast-in-situ structure, it has the good social and economic benefits.
Key words: H type steel; reinforced concrete; construction method; template reinforcement; hoisting; channel steel reinforcement
中图分类号：TU74
H型钢与钢筋混凝土组合结构又称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一层钢筋混凝土外壳形成的型钢混凝土组合结构。在功能上常常是由高大空间的一楼大厅或商场向小空间的住宅、医院病房楼转换，为了满足建筑功能转变导致内部空间结构转换的需要，设计上常采用型钢与钢筋混凝土组合结构。H型钢混凝土组合结构的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲并能提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件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。型钢混凝土组合转换结构，在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课题。
1 工艺原理
1.1 洛阳东方医院综合病房楼工程H型钢与钢筋混凝土组合结构通过专业单位进行型钢梁与梁、型钢柱与柱的深化设计，利用CAD、CAM技术进行放样，绘制测量定位平面图，确保定位准确；专业加工厂家拿到深化设计文件后进行1:1放样，重要节点制作链接模型确定施工顺序，进行大批量生产加工，现场安装时采用两台500T及200T吊车配合吊装，吊装进行科学计算，进行修正，型钢结构外模采用槽钢加固，不适用传统对拉螺栓加固；本技术采用了分段吊装支撑架，在支撑架上拼装校验，然后通过两台吊车配合吊装就位，解决了因现场空间不足，型钢重量大、跨度大、建筑物高度高、其他机械安装施工困难的技术问题，对同类工程的施工具有普遍的指导意义。
1.2 H型钢与钢筋混凝土组合结构的施工由型钢梁柱构制作与安装、钢筋安装、模板安装、混凝土浇筑等环节的构成。
1.3 H型钢与钢筋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。即核心部分是型钢结构构件，其外则为以箍筋约束并配置适当纵向受力主筋的混凝土结构，从而提高结构的抗剪能力，减小梁柱截面尺寸。
1.4 根据结构特点和设计要求，对梁柱的各类箍筋进行统筹安排，将柱的所有箍筋套入下段伸出楼面的型钢柱中，首层底部留出钢柱的操作空间，上部楼层钢柱箍筋直接套入下部型钢柱中，待钢柱安装校正完毕后，连接柱纵向钢筋；并根据箍筋间距绑扎箍筋。
1.5根据结构设计和型钢结构的设计，找专业相应资质钢结构设计单位进行深化设计，根据深化设计绘制梁柱节点大样图，以及钢筋的弯折和锚固等情况。
2工艺流程及操作要点
2.1施工工艺流程
图5.1 型钢结构施工工艺流程
2.2钢构件制作
2.2.1 型钢构件的制作
H型钢构件及其制孔与补强均由工厂集中制作。
H型钢构件应根据设计详图按1:1的比例翻样后下料。翻样时，应根据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。其余量参考值如下表2.2.1-1和表2.2.1-2。
表2.2.1-1 焊接结构中各种焊缝的预留收缩量
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——每米焊缝为0.6mm(每条焊缝)
接口焊缝——每一个接口为1.2mm
加劲板焊缝——每对加劲板为1.2mm
截面高度在1000mm以上
钢板厚度在25mm以上 纵长焊缝——每米焊缝为0.3mm(每条焊缝)
接口焊缝——每一个接口为1mm
加劲板焊缝——每对加劲板为1mm
注：本表中焊縫收缩量仅适用于一般型钢
表2.2.1-2 切割及加工预留余量（mm）
2.3 H型钢柱地脚螺栓的安装
钢结构地脚螺栓的预埋工作非常关键，它直接影响第一节型钢柱的安装精度乃至关系到整个工程钢结构的安装质量。本工程型钢柱从地下二层就有，需要从基础筏板内生根。 为保证第一节型钢柱的安装精度，方便地脚螺栓的预埋工作，在预埋时增加一块辅助钢垫板，该钢垫板的截面尺寸及螺栓孔位与第一节柱的柱脚完全相同。因此只需保证钢垫板的安装精度即可。
2.4柱钢筋加工
型钢柱的高度为地下室的层高，由于地下室层高仅为8.4m（地下两层），固钢筋加工时需考虑主筋从基础梁顶面的甩出长度，若甩出长度太长会给型钢柱的安装带来困难，所以根据结构设计对钢筋的深化设计（图2.4.1），根据楼层高度进行下料采用直螺纹机械连接。
2.5柱钢筋安装
H型钢柱主筋在基础梁内插筋时，需严格按照主筋位置排布的深化设计结果进行插筋，必须保证纵向钢筋能从型钢侧面穿过，且在柱子的整个施工过程中需该部分钢筋的竖直度。穿过型钢梁侧面的主筋安装时先将待连接的钢筋从下往上穿过穿筋孔，然后利用专用直螺纹套筒与下端钢筋连接。
框架梁主筋根据深化设计在型钢柱相应位置焊接翼缘板，翼缘板的宽度要伸入框架梁内，长度是框架梁钢筋的10d双面焊的长度，采用焊接。在H型型钢柱另一侧钢筋直锚或弯锚与型钢柱内，并且焊接在相应的翼缘板上面，锚固及焊接施工要符合国标图集的要求来施工。
2.6型钢梁安装
2.6.1 型钢柱与型钢梁的连接，为了便于现场实际操作焊接质量采用螺栓连接，局部型钢梁翼缘与型钢柱翼缘采用坡口全熔透焊焊缝连接。连接方式如图2.6.1：
图2.6.1 型钢柱与型钢梁的连接
2.6.2 由于型钢梁的跨度大和自重较大，型钢梁吊装前要进行型钢柱的校正、现场放大样，必须满足型钢梁的位置及连接正确（如图5.6.2-1所示）；型钢梁吊装（如图5.6.2-2所示）
2.7型钢梁钢筋加工
根据型钢梁的造型，进行了型钢梁钢筋的的深化设计和计算(如图2.7)，因型钢梁截面较大采用封闭式箍筋。按照国标图集进行翻样下料。
2.8型钢梁钢筋绑扎
2.8.1钢筋绑扎采取先扎筋后支模的方法,即在钢梁的翼缘板的栓钉上焊上承受纵向受力钢筋的短钢筋,作为梁的纵向受力钢筋固定支架(如图5.8所示)，梁下部钢筋需要先间断的铺设梁底模，梁底模作为梁钢筋的固定支架。钢筋铺设完毕后用钢管翘起钢筋在下部垫上钢筋垫块，补上其他部位的模板。
2.8.2按支架钢筋划好间距控制线，先穿纵向受力钢筋，梁的下部纵向受力钢筋放置从左往右一次施焊。
2.8.3梁的箍筋绑扎在安装完梁的纵向受力钢筋后进行,因型钢梁截面较大，箍筋采用封闭式，现场安装时将箍筋拉开，从下部向上套；箍筋安装后进行现场校正绑扎。
2.9 模板设计、安装
2.9.1、模板设计
1 计算模型研究
传统模板设计时，混凝土侧压力值计算有两种方法：
(2.9.1-1)
(2.9.1-2)
H型钢柱混凝土采用商品混凝土。混凝土呈高流态，其对模板的侧压力与浇筑高度有关，相比之下利用公式二对商品混凝土产生的侧压力进行计算更科学合理。但需进行修正，其计算公式模型应为：
(2.9.1-3)
式中：——为折减系数。
值的确定对模板体系设计至关重要，通过对混凝土浇筑时的侧压力现场测试以及查相关资料，得到合理数值为0.4～0.7。
2.9.2模板体系设计
经过计算，超高型钢柱模板体系设计为表2.9.2所示：
表2.9.2型钢梁、柱模板体系
2.9.3 梁模板安装
1 H型钢梁模板施工与普通框架梁钢筋混凝土结构模板施工基本相同，由于截面内型钢大，梁模板经过深化和计算，采用Φ14对拉螺栓一端弯折15d焊接到型钢上.
2.9.4柱模板安装
H型钢柱采用木模板，在钢筋安装完毕，安装专业预留预埋完成，并经监理单位验收合格同意隐蔽后安装竖向结构模板，型钢柱模板施工与普通框架柱钢筋混凝土结构模板施工基本相同，但要注意以下几点：
1.配板尺寸：竖向结构模板安装前，上部的型钢梁已经安装完毕。方柱采用木模板组拼，方便快捷，提前浇筑柱子混凝土至梁底。
2.模板配制高度以能够满足层高要求即可，不要过高，否则将与柱顶部的型钢梁发生冲突；配制木模板，可拆改，增强模板施工的可调节性。
2.10型钢混凝土结构混凝土浇灌
1 采用级配碎石（细）混凝土，先浇捣柱混凝土,后浇捣梁混凝土。柱混凝土浇筑前，先浇筑50mm厚的水泥砂浆，其配合比与混凝土的砂浆成分相同，并用铁锹入模，以避免烂根现象。柱混凝土浇筑时应分层浇筑从型钢柱四周均匀下料，分层厚度不大于400mm。
2 在梁柱接头处和梁的型钢翼缘下部，由于浇筑混凝土时有部分空气不易排出，或因型钢混凝土梁的翼缘过宽,混凝土不易浇筑，在型钢翼缘板处预留排气孔和在型钢梁柱节点处预留混凝土浇筑孔。
3 浇筑型钢梁混凝土浇筑时，混凝土的振捣间距为450mm，振捣时间以混凝土表面出现浮浆，不再下沉为止，时间宜为20秒左右。型鋼梁下翼缘板以下混凝土从钢梁一侧下料，并用振捣棒在下料一侧振捣，将混凝土从钢梁底挤向另一侧，待混凝土高度超过钢梁下翼缘板100mm以上时，改为从梁的两侧同时下料和振捣，待浇至上翼缘板100mm时再从梁跨中开始下料浇筑，从梁的中部开始振捣，逐渐向两端延伸，至上翼缘板下的全部气泡从钢梁梁端及梁柱节点位置排气孔中排出。
4 型钢混凝土由于节点核心区的不只是有型钢梁柱通过，而且梁柱钢筋也在此交汇，混凝土浇筑比较困难必须加强核心区混凝土的振捣，采用高塌落度细石混凝土。
3 质量控制
3.1工程质量控制标准
1型钢构件的制作与安装质量标准
钢构件制作、安装允许偏差及焊缝探伤检验要求按《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205)及《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138的要求。
2外包钢筋混凝土结构施工质量标准
钢筋混凝土结构施工质量执行《混凝土施工质量验收规范》(GB50204)规范规程的要求。
4、效益分析
H型钢与钢筋混凝土组合结构施工工法中采用型钢构件的制作与安装的方法、焊接方法、梁柱节点钢筋的安装方法、模板加固方法和混凝土浇筑方法等施工工艺，可节省施工机械台班、钢材以及人工等费用，对高层建筑施工具用可观的经济效益。在对钢筋混凝土组合梁拆模后进行检查,发现混凝土表面光洁,无麻面、蜂窝及弹模现象,表面平整度及垂直度均在优质工程允许偏差范围内，观感质量达到了清水混凝土的要求。
关键词：H型钢；钢筋混凝土；施工工法；模板加固；分段吊装；槽钢加固
Abstract: This paper introduces a project of a H type steel and reinforced concrete composite structure construction method. This method is suitable for steel structures and steel - concrete composite structure in the engineering and construction of cast-in-situ structure, it has the good social and economic benefits.
Key words: H type steel; reinforced concrete; construction method; template reinforcement; hoisting; channel steel reinforcement
中图分类号：TU74
H型钢与钢筋混凝土组合结构又称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一层钢筋混凝土外壳形成的型钢混凝土组合结构。在功能上常常是由高大空间的一楼大厅或商场向小空间的住宅、医院病房楼转换，为了满足建筑功能转变导致内部空间结构转换的需要，设计上常采用型钢与钢筋混凝土组合结构。H型钢混凝土组合结构的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲并能提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件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。型钢混凝土组合转换结构，在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课题。
1 工艺原理
1.1 洛阳东方医院综合病房楼工程H型钢与钢筋混凝土组合结构通过专业单位进行型钢梁与梁、型钢柱与柱的深化设计，利用CAD、CAM技术进行放样，绘制测量定位平面图，确保定位准确；专业加工厂家拿到深化设计文件后进行1:1放样，重要节点制作链接模型确定施工顺序，进行大批量生产加工，现场安装时采用两台500T及200T吊车配合吊装，吊装进行科学计算，进行修正，型钢结构外模采用槽钢加固，不适用传统对拉螺栓加固；本技术采用了分段吊装支撑架，在支撑架上拼装校验，然后通过两台吊车配合吊装就位，解决了因现场空间不足，型钢重量大、跨度大、建筑物高度高、其他机械安装施工困难的技术问题，对同类工程的施工具有普遍的指导意义。
1.2 H型钢与钢筋混凝土组合结构的施工由型钢梁柱构制作与安装、钢筋安装、模板安装、混凝土浇筑等环节的构成。
1.3 H型钢与钢筋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。即核心部分是型钢结构构件，其外则为以箍筋约束并配置适当纵向受力主筋的混凝土结构，从而提高结构的抗剪能力，减小梁柱截面尺寸。
1.4 根据结构特点和设计要求，对梁柱的各类箍筋进行统筹安排，将柱的所有箍筋套入下段伸出楼面的型钢柱中，首层底部留出钢柱的操作空间，上部楼层钢柱箍筋直接套入下部型钢柱中，待钢柱安装校正完毕后，连接柱纵向钢筋；并根据箍筋间距绑扎箍筋。
1.5根据结构设计和型钢结构的设计，找专业相应资质钢结构设计单位进行深化设计，根据深化设计绘制梁柱节点大样图，以及钢筋的弯折和锚固等情况。
2工艺流程及操作要点
2.1施工工艺流程
图5.1 型钢结构施工工艺流程
2.2钢构件制作
2.2.1 型钢构件的制作
H型钢构件及其制孔与补强均由工厂集中制作。
H型钢构件应根据设计详图按1:1的比例翻样后下料。翻样时，应根据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。其余量参考值如下表2.2.1-1和表2.2.1-2。
表2.2.1-1 焊接结构中各种焊缝的预留收缩量
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——每米焊缝为0.6mm(每条焊缝)
接口焊缝——每一个接口为1.2mm
加劲板焊缝——每对加劲板为1.2mm
截面高度在1000mm以上
钢板厚度在25mm以上 纵长焊缝——每米焊缝为0.3mm(每条焊缝)
接口焊缝——每一个接口为1mm
加劲板焊缝——每对加劲板为1mm
注：本表中焊縫收缩量仅适用于一般型钢
表2.2.1-2 切割及加工预留余量（mm）
2.3 H型钢柱地脚螺栓的安装
钢结构地脚螺栓的预埋工作非常关键，它直接影响第一节型钢柱的安装精度乃至关系到整个工程钢结构的安装质量。本工程型钢柱从地下二层就有，需要从基础筏板内生根。 为保证第一节型钢柱的安装精度，方便地脚螺栓的预埋工作，在预埋时增加一块辅助钢垫板，该钢垫板的截面尺寸及螺栓孔位与第一节柱的柱脚完全相同。因此只需保证钢垫板的安装精度即可。
2.4柱钢筋加工
型钢柱的高度为地下室的层高，由于地下室层高仅为8.4m（地下两层），固钢筋加工时需考虑主筋从基础梁顶面的甩出长度，若甩出长度太长会给型钢柱的安装带来困难，所以根据结构设计对钢筋的深化设计（图2.4.1），根据楼层高度进行下料采用直螺纹机械连接。
2.5柱钢筋安装
H型钢柱主筋在基础梁内插筋时，需严格按照主筋位置排布的深化设计结果进行插筋，必须保证纵向钢筋能从型钢侧面穿过，且在柱子的整个施工过程中需该部分钢筋的竖直度。穿过型钢梁侧面的主筋安装时先将待连接的钢筋从下往上穿过穿筋孔，然后利用专用直螺纹套筒与下端钢筋连接。
框架梁主筋根据深化设计在型钢柱相应位置焊接翼缘板，翼缘板的宽度要伸入框架梁内，长度是框架梁钢筋的10d双面焊的长度，采用焊接。在H型型钢柱另一侧钢筋直锚或弯锚与型钢柱内，并且焊接在相应的翼缘板上面，锚固及焊接施工要符合国标图集的要求来施工。
2.6型钢梁安装
2.6.1 型钢柱与型钢梁的连接，为了便于现场实际操作焊接质量采用螺栓连接，局部型钢梁翼缘与型钢柱翼缘采用坡口全熔透焊焊缝连接。连接方式如图2.6.1：
图2.6.1 型钢柱与型钢梁的连接
2.6.2 由于型钢梁的跨度大和自重较大，型钢梁吊装前要进行型钢柱的校正、现场放大样，必须满足型钢梁的位置及连接正确（如图5.6.2-1所示）；型钢梁吊装（如图5.6.2-2所示）
2.7型钢梁钢筋加工
根据型钢梁的造型，进行了型钢梁钢筋的的深化设计和计算(如图2.7)，因型钢梁截面较大采用封闭式箍筋。按照国标图集进行翻样下料。
2.8型钢梁钢筋绑扎
2.8.1钢筋绑扎采取先扎筋后支模的方法,即在钢梁的翼缘板的栓钉上焊上承受纵向受力钢筋的短钢筋,作为梁的纵向受力钢筋固定支架(如图5.8所示)，梁下部钢筋需要先间断的铺设梁底模，梁底模作为梁钢筋的固定支架。钢筋铺设完毕后用钢管翘起钢筋在下部垫上钢筋垫块，补上其他部位的模板。
2.8.2按支架钢筋划好间距控制线，先穿纵向受力钢筋，梁的下部纵向受力钢筋放置从左往右一次施焊。
2.8.3梁的箍筋绑扎在安装完梁的纵向受力钢筋后进行,因型钢梁截面较大，箍筋采用封闭式，现场安装时将箍筋拉开，从下部向上套；箍筋安装后进行现场校正绑扎。
2.9 模板设计、安装
2.9.1、模板设计
1 计算模型研究
传统模板设计时，混凝土侧压力值计算有两种方法：
(2.9.1-1)
(2.9.1-2)
H型钢柱混凝土采用商品混凝土。混凝土呈高流态，其对模板的侧压力与浇筑高度有关，相比之下利用公式二对商品混凝土产生的侧压力进行计算更科学合理。但需进行修正，其计算公式模型应为：
(2.9.1-3)
式中：——为折减系数。
值的确定对模板体系设计至关重要，通过对混凝土浇筑时的侧压力现场测试以及查相关资料，得到合理数值为0.4～0.7。
2.9.2模板体系设计
经过计算，超高型钢柱模板体系设计为表2.9.2所示：
表2.9.2型钢梁、柱模板体系
2.9.3 梁模板安装
1 H型钢梁模板施工与普通框架梁钢筋混凝土结构模板施工基本相同，由于截面内型钢大，梁模板经过深化和计算，采用Φ14对拉螺栓一端弯折15d焊接到型钢上.
2.9.4柱模板安装
H型钢柱采用木模板，在钢筋安装完毕，安装专业预留预埋完成，并经监理单位验收合格同意隐蔽后安装竖向结构模板，型钢柱模板施工与普通框架柱钢筋混凝土结构模板施工基本相同，但要注意以下几点：
1.配板尺寸：竖向结构模板安装前，上部的型钢梁已经安装完毕。方柱采用木模板组拼，方便快捷，提前浇筑柱子混凝土至梁底。
2.模板配制高度以能够满足层高要求即可，不要过高，否则将与柱顶部的型钢梁发生冲突；配制木模板，可拆改，增强模板施工的可调节性。
2.10型钢混凝土结构混凝土浇灌
1 采用级配碎石（细）混凝土，先浇捣柱混凝土,后浇捣梁混凝土。柱混凝土浇筑前，先浇筑50mm厚的水泥砂浆，其配合比与混凝土的砂浆成分相同，并用铁锹入模，以避免烂根现象。柱混凝土浇筑时应分层浇筑从型钢柱四周均匀下料，分层厚度不大于400mm。
2 在梁柱接头处和梁的型钢翼缘下部，由于浇筑混凝土时有部分空气不易排出，或因型钢混凝土梁的翼缘过宽,混凝土不易浇筑，在型钢翼缘板处预留排气孔和在型钢梁柱节点处预留混凝土浇筑孔。
3 浇筑型钢梁混凝土浇筑时，混凝土的振捣间距为450mm，振捣时间以混凝土表面出现浮浆，不再下沉为止，时间宜为20秒左右。型鋼梁下翼缘板以下混凝土从钢梁一侧下料，并用振捣棒在下料一侧振捣，将混凝土从钢梁底挤向另一侧，待混凝土高度超过钢梁下翼缘板100mm以上时，改为从梁的两侧同时下料和振捣，待浇至上翼缘板100mm时再从梁跨中开始下料浇筑，从梁的中部开始振捣，逐渐向两端延伸，至上翼缘板下的全部气泡从钢梁梁端及梁柱节点位置排气孔中排出。
4 型钢混凝土由于节点核心区的不只是有型钢梁柱通过，而且梁柱钢筋也在此交汇，混凝土浇筑比较困难必须加强核心区混凝土的振捣，采用高塌落度细石混凝土。
3 质量控制
3.1工程质量控制标准
1型钢构件的制作与安装质量标准
钢构件制作、安装允许偏差及焊缝探伤检验要求按《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205)及《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138的要求。
2外包钢筋混凝土结构施工质量标准
钢筋混凝土结构施工质量执行《混凝土施工质量验收规范》(GB50204)规范规程的要求。
4、效益分析
H型钢与钢筋混凝土组合结构施工工法中采用型钢构件的制作与安装的方法、焊接方法、梁柱节点钢筋的安装方法、模板加固方法和混凝土浇筑方法等施工工艺，可节省施工机械台班、钢材以及人工等费用，对高层建筑施工具用可观的经济效益。在对钢筋混凝土组合梁拆模后进行检查,发现混凝土表面光洁,无麻面、蜂窝及弹模现象,表面平整度及垂直度均在优质工程允许偏差范围内，观感质量达到了清水混凝土的要求。