桁架梁—型鋼混凝土組合懸掛結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

杜 月 勝

(1．湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430000;2．山西一建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012)

1 概述

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種結(jié)構(gòu)形式。由于在鋼筋混凝土中增加了型鋼，型鋼以其固有的強(qiáng)度和延性，以及型鋼、鋼筋、混凝土三位一體的工作，使型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具備了比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力大、剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。在大同市公安局指揮中心及業(yè)務(wù)用房工程中，因建筑上的空間需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了鋼桁架梁結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)和鋼懸掛結(jié)構(gòu)。4．5m高的鋼桁架梁結(jié)構(gòu)營造了凈跨度為21．4 m的大跨度結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是大跨度鋼桁架梁的支座。鋼懸掛結(jié)構(gòu)在8層，9層，10層中局部采用，營造出了高達(dá)16．2 m的結(jié)構(gòu)空間(模型見圖1)。

圖1 組合結(jié)構(gòu)模型

型鋼與鋼筋混凝土組合鋼懸掛結(jié)構(gòu)中，跨度大，高度高。施工難點(diǎn)是型鋼與鋼筋混凝土組合鋼懸掛結(jié)構(gòu)如何施工才能保證鋼構(gòu)件正常受力，混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件共同承受荷載，防止單一構(gòu)件受力，其他構(gòu)件超負(fù)荷受力遭到破壞。所以鋼懸掛結(jié)構(gòu)的施工流程、鋼桁架梁與型鋼柱、混凝土梁與型鋼混凝土柱的節(jié)點(diǎn)施工控制是工程的難點(diǎn)，也是關(guān)鍵控制點(diǎn)。通過施工人員的反復(fù)論證、對比、模擬，重點(diǎn)解決了型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的鋼懸掛的施工流程、卸載順序以及型鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工方法。我公司的技術(shù)人員創(chuàng)立了一套切實(shí)可行的桁架梁、型鋼柱—混凝土組合鋼懸掛結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，確保了本工程圓滿完成。

2 工藝原理

設(shè)計(jì)施工流程應(yīng)是先施工作為支座的型鋼混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)，再施工作為屋蓋結(jié)構(gòu)的10層型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，懸掛內(nèi)部的8層，9層的鋼結(jié)構(gòu)。如果按設(shè)計(jì)流程施工，10層的屋蓋已封，不能再使用塔吊進(jìn)行吊裝，8層，9層，10層的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝成為施工難題。經(jīng)過多次討論、論證、模擬安裝，最后與設(shè)計(jì)院溝通改變了部分施工流程。先施工作為支座的型鋼混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)，再施工作為屋蓋結(jié)構(gòu)的10層型鋼結(jié)構(gòu)，然后安裝8層，9層，10層的懸掛鋼結(jié)構(gòu)，因屋蓋結(jié)構(gòu)還沒有與混凝土形成受力結(jié)構(gòu)，所以8層，9層，10層的懸掛鋼結(jié)構(gòu)下面需加臨時支撐，使之變成傳統(tǒng)的受力方式。最后待10層的型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，將臨時支撐拆除進(jìn)行卸載，完成整體懸掛結(jié)構(gòu)的施工。

3 操作要點(diǎn)

3．1 鋼柱安裝

3．1．1 鋼柱吊點(diǎn)及吊具的設(shè)置

鋼柱吊點(diǎn)的設(shè)置需考慮吊裝簡便，穩(wěn)定可靠，還要避免鋼構(gòu)件的變形。吊裝時利用鋼柱定位連接板的螺栓孔，為了便于吊裝和防止起吊時耳板的變形，采用專用吊具，吊具用螺栓與鋼柱連接板連接。

3．1．2 同心度的調(diào)整

上下節(jié)鋼柱的同心度通過千斤頂和反力架進(jìn)行調(diào)整，注意調(diào)整同心度時需松開定位耳板處的安裝螺栓，此工作需提前用塔吊將上節(jié)鋼柱吊起方可進(jìn)行。

3．1．3 標(biāo)高及垂直度的調(diào)整

鋼柱標(biāo)高的調(diào)整通過上下節(jié)鋼柱的標(biāo)高控制線進(jìn)行控制:首先在下節(jié)柱上端彈好距柱頂500 mm的標(biāo)高控制線，參照圖紙，在上節(jié)柱下端彈好距下節(jié)柱控制線為1 000 mm的標(biāo)高控制線(此控制線需從上節(jié)柱的上面節(jié)點(diǎn)處向下返出)，在精確調(diào)整時可通過專用工具調(diào)整這兩條控制線的距離來控制上節(jié)鋼柱的標(biāo)高。

3．1．4 鋼柱的臨時固定

鋼柱安裝好后立即在四面拉好纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩一側(cè)與鋼柱定位耳板相連接，另一側(cè)與在混凝土板預(yù)埋的地錨相連接(如圖2所示)。在鋼梁安裝好后相應(yīng)方向上的纜風(fēng)繩方可去掉。

圖2 鋼柱臨時固定圖

3．2 柱間鋼桁架梁的安裝

1)桁架梁在現(xiàn)場加工場地進(jìn)行組對拼裝，組對時，采用剛性拼裝胎架，現(xiàn)場按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行1∶1放樣，同時根據(jù)工廠組對數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場組對。組對完成后，采用塔吊吊運(yùn)至安裝部位，桁架起吊的速度應(yīng)均勻緩慢，同時將桁架上的穩(wěn)繩固定在各個角度，使起吊中不致擺動。安裝臨時固定穩(wěn)妥后，吊車方可摘去吊鉤，調(diào)整好位置后再對其接縫焊接牢固。2)鋼桁架梁與型鋼柱節(jié)點(diǎn)施工。因剪力墻的混凝土施工在先，鋼柱與桁架梁連接部位做成鋼牛腿。鋼桁架梁的凈跨度為21．4 m，減去鋼牛腿的預(yù)留長度，單榀桁架梁的長度變?yōu)?0．4 m，桁架梁的最大重量為13 t。鋼構(gòu)件為異地加工，因運(yùn)輸條件的限制分段制作，運(yùn)至現(xiàn)場后再將鋼桁架梁拼裝成整體，驗(yàn)收合格后進(jìn)行安裝。通過測量，所有鋼構(gòu)件均在7032塔吊的可吊范圍內(nèi)。桁架梁均可整榀吊裝，先安裝主桁架梁，后安裝次梁。

3．3 型鋼混凝土組合墻施工

按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，墻體中配置三排鋼筋，鋼桁梁正中位置有一排鋼筋，綁扎鋼筋時，先綁扎中間層鋼筋，再綁扎兩側(cè)鋼筋。當(dāng)中間層鋼筋遇鋼柱、鋼桁架梁時，采取如圖3所示的方法繞過鋼柱、鋼梁，綁扎鋼筋搭接長度滿足相關(guān)規(guī)范和圖集的規(guī)定。在2層～7層，局部鋼桁架梁位置處為跨層的連梁，連梁高度4．18 m(如圖4所示)，因其截面尺寸較大，所以箍筋的加工與安裝都要注意，加工時需2人～3人配合，防止加工形成的箍筋變形。安裝時應(yīng)確保其標(biāo)高準(zhǔn)確。

圖3 鋼筋綁扎

圖4 連梁示意圖

3．4 鋼懸掛結(jié)構(gòu)安裝

待鋼結(jié)構(gòu)兩側(cè)的包裹鋼柱的10層混凝土剪力墻強(qiáng)度達(dá)到100%時，可開始10層桁架梁的安裝，先安裝主桁架梁，再安裝次桁架梁，鋼桁架主梁在組對時要考慮到起拱高度，確保安裝完成后鋼桁架梁不下?lián)稀?/p>

待10層鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)焊接牢固，各節(jié)點(diǎn)檢查合格后，加設(shè)臨時支撐安裝8層，9層，10層的懸掛結(jié)構(gòu)，加臨時支撐時，在8層每根吊柱的下面采用千斤頂輔助加設(shè)臨時支撐，臨時支撐支設(shè)在7層的鋼桁架梁上。臨時支撐能力需經(jīng)過驗(yàn)算，需將8層，9層結(jié)構(gòu)的荷載和施工荷載同時施加在支撐點(diǎn)上進(jìn)行考慮，驗(yàn)算分為兩個方面:1)支撐點(diǎn)能否承受臨時支撐荷載的驗(yàn)算。2)臨時支撐本身的驗(yàn)算。

3．5 臨時支撐卸載

3．5．1 臨時支撐卸荷順序

卸荷順序遵照由弱到強(qiáng)的原則，即由中間向兩邊依次卸荷，分五批進(jìn)行卸荷，各批次卸荷桿件如圖5所示。

3．5．2 卸荷條件

1)8層～11層鋼結(jié)構(gòu)焊接完成，并且探傷合格。2)對卸荷點(diǎn)的初始位置進(jìn)行測定，記錄數(shù)據(jù)。3)下一級卸荷在上一級卸荷完成后至少間隔2 h方可進(jìn)行，以保證上一級卸荷后，完成內(nèi)力重分配，使構(gòu)件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。4)卸荷前對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行定期監(jiān)控和檢測，并記錄數(shù)據(jù)。5)卸荷前對參加施工的操作人員進(jìn)行專業(yè)和安全培訓(xùn)。6)卸荷前，應(yīng)報請甲方、監(jiān)理對桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接位置應(yīng)通過驗(yàn)收。7)結(jié)構(gòu)安裝完畢后、卸荷前應(yīng)對起拱位置進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，需滿足設(shè)計(jì)要求，并得到監(jiān)理單位的認(rèn)可。

圖5 各批次卸荷桿件

4 質(zhì)量控制

1)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)除參照規(guī)范規(guī)定外，以規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)文件為依據(jù)，對鋼柱、桁架梁構(gòu)件的下料、焊接、安裝等主要工序隨時進(jìn)行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，以確保質(zhì)量控制。2)桁架梁在制作和現(xiàn)場拼裝時要嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行起拱，保證安裝完成后不下?lián)稀?)安裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn):軸線位移:鋼柱、桁架梁的安裝軸線偏差不得大于±1 mm。垂直度:偏差不得大于2 mm。標(biāo)高:偏差不得大于2 mm。4)安裝焊接質(zhì)量:一級焊縫處要求100%探傷、無夾渣、氣孔、弧坑裂紋、電弧探傷、咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷，焊縫表面應(yīng)均勻、光滑，焊縫與母材應(yīng)平滑過渡。

5 結(jié)語

大同市公安局指揮中心用業(yè)務(wù)用房工程地下1層，地上10層，整體工程呈“U”字形?？偨ㄖ娣e為78 987．02m2，其中地上為62 461．12 m2，地下為16 525．90 m2。其為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，中間部位為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用以及鋼懸掛結(jié)構(gòu)的使用，營造了大跨度的結(jié)構(gòu)空間和高空連層結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所不能達(dá)到的大跨度。本工程于2012年4月全部施工完畢，經(jīng)設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位共同對工程進(jìn)行檢查驗(yàn)收，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求，評定為合格。經(jīng)過半年多的運(yùn)行使用，效果良好，用戶滿意。