型鋼混凝土結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)探討

賈樹盛

（山東高陽建設(shè)有限公司，山東 淄博 255000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國建筑業(yè)發(fā)展空間不斷擴大，高層及超高層建筑由于最大限度地挖掘了土地的利用價值而得以快速發(fā)展。對建筑施工企業(yè)來講，要提升高層及超高層建筑的施工質(zhì)量，重點在于選擇合適的施工技術(shù)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是將型鋼埋入到鋼筋混凝土形成的一種獨立的建筑結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土中由于添加了強度和延性強的型鋼，相比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、抗震性能得以大大提升，在工程建筑特別是高層及超高層建筑施工中應用逐漸廣泛，該結(jié)構(gòu)也是未來工程建筑發(fā)展的趨勢之一。本文主要對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點進行分析，并介紹其施工工藝。

1 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點

1.1 承載力高、剛度大

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是將型鋼和混凝土包裹在一起，型鋼和混凝土是受力的合體，共同承擔建筑物的荷載，相比普通的鋼筋混凝土，不僅發(fā)揮了鋼筋混凝土本來的優(yōu)勢，而且由于在鋼筋混凝土中增加了型鋼，使得型鋼原有的強度、剛度及其延性也在建筑結(jié)構(gòu)中得到充分發(fā)揮，大大提高了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。

在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土包裹型鋼，對型鋼具有較強的約束作用，從而提高型鋼結(jié)構(gòu)的剛度和抗扭能力，因此型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有剛性大的特點。

1.2 抗震性能好

在型鋼外面包裹混凝土，型鋼不會出現(xiàn)局部屈曲現(xiàn)象，有效提升了型鋼骨架的剛性，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件承載力也增強。尤其是實腹式型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的效果更加突出，抗剪承載力、延性極強，即便遇到地震，運用了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的建筑不會受到地震較大的影響。因此，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的建筑具有良好的抗震性能。

1.3 良好的經(jīng)濟性

與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼不受含鋼率的限制，型鋼混凝土構(gòu)件的承載能力可以高于同樣截面的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件一倍以上，因而相同承載力條件下可以減小構(gòu)件截面。在高層超高層建筑中，構(gòu)件截面減少，能夠?qū)崿F(xiàn)對空間的有效利用，從而增加使用面積和層高；自重越小，建筑結(jié)構(gòu)可以越高。在建筑施工中，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)較高的承載力和剛度，也使建筑可以朝著跨度更大、高度更高、承載力更強的方向進行設(shè)計。通過這種形式，建筑產(chǎn)生的經(jīng)濟效益要遠遠高于普通混凝土結(jié)構(gòu)建筑。而將混凝土包裹到型鋼外，也能有效節(jié)約鋼材的使用量，甚至能節(jié)省到50%甚至更多，節(jié)約了建筑材料，降低了建筑施工成本。

1.4 施工周期短

采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的建筑施工過程中，由于型鋼骨架的存在，即便混凝土還未硬化，但由于型鋼骨架已經(jīng)具備了承載能力，也能進行下一步的施工。在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一般需要等待混凝土硬化達到一定強度后才能進行下一步施工。因此從這一點，相比普通的鋼筋混凝土，在相同的施工條件下，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的建筑施工周期有效縮短。

綜上，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的建筑具有很多優(yōu)勢，隨著高層及超高層建筑發(fā)展的需要，可以將之應用到高層及超高層建筑施工中，優(yōu)化高層超高層建筑的性能，對促進高層及超高層建筑的發(fā)展具有重要意義。

2 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

2.1 施工前型鋼的加工

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土、型鋼、縱向鋼筋、箍筋組成，相比鋼筋混凝土，其施工工藝較為復雜，尤其是型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造十分復雜，梁柱節(jié)點處的鋼筋需穿過型鋼。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，一般情況下相交方向的兩組型鋼梁標高相同，但型鋼與混凝土梁中配置的鋼筋，由于要同時穿過縱向型鋼柱，在此位置必須錯開，因此位于豎向型鋼柱上的孔位標高不會相同，同時還可能存在著型鋼梁、柱節(jié)點位置為非正交連接的現(xiàn)象。這種情況下，節(jié)點處型鋼、鋼筋密度大且互相交錯穿插，鋼筋穿孔位置定位難，這使得型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的連接施工難度加大。因此在大多情況下，型鋼開孔、套筒焊接、牛腿焊接需要提前考慮，一般通過型鋼廠家進行加工處理，在施工現(xiàn)場嚴格按照施工位置、標高進行控制，才能建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程。

2.2 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的實施工藝

施工中首先要保證預留地腳螺栓位置，地腳螺栓的位置不準確，將會影響下一步工序施工?？梢允褂枚ㄐ突＞邔⑿弯撆c混凝土柱進行固定，通過模具確定型鋼柱的準確位置。未確定最終固定位置前，再次復核土建基礎(chǔ)施工中地腳定位軸線。一般采用現(xiàn)場放線，縱橫軸線進行控制，再對模具進行最后的固定。模具固定后，確定出地腳螺栓位置、標高、垂直度，針對地腳螺栓，可通過鋼筋支架對筏板下部及上部進行固定，防止在混凝土作用力下產(chǎn)生偏位，待筏板基礎(chǔ)強度達到要求后再進行下一步工序施工。

型鋼安裝前，除了檢查型鋼整體截面、垂直度、平整度、開孔位置偏差外，還要對型鋼原材試驗報告、焊接材料、焊接方法、接頭形式、焊接位置、焊后處理及焊接工藝參數(shù)、預熱參數(shù)、后熱參數(shù)等進行檢查。安裝過程中，柱腳安裝孔應對準地腳螺栓，漸漸下落就位，安裝地腳螺栓螺母，臨時固定型鋼，校正垂直度。待垂直度調(diào)整完成，型鋼位置調(diào)整正確以后，再加固地腳螺栓，并用電焊固定。

后續(xù)型鋼的安裝，應首先在型鋼骨架連接處進行臨時連接，為防止上層型鋼骨架垂直度偏差積累超過規(guī)定要求，除了要對型鋼柱下部型鋼進行校正外，還應將上部型鋼垂直中心線調(diào)直，糾正垂直偏差、對接位置偏差，再進行型鋼焊接或螺栓方式的固定。待所有型鋼安裝完成后，再進行復測和糾正因荷載增加、焊接收縮及螺栓受力不均帶來的偏差。焊接型鋼時，應按規(guī)范JGJ81及其他相關(guān)規(guī)定開展焊接工藝施工。焊接時應注意采用氣保焊的形式，在保證美觀的同時還能保證焊接效果的牢固性和安全性。

2.3 焊接應力的消除

如果圖紙或技術(shù)條件中對焊后消除應力有額外要求，應按照要求開展消除應力的施工處理。消除應力處理過程中，加熱和冷卻速率以及保溫時間等應遵守有關(guān)技術(shù)規(guī)定。型鋼焊接前應清除焊接面表面的油及銹，焊接位置應達到規(guī)范要求。如果焊材烘干不到位，或者因為層面間清理不干凈有油污、水等，焊縫間容易出現(xiàn)氣孔，這些氣孔一般是氮氣孔、二氧化碳氣孔和氧氣孔，從而會影響型鋼在鋼體結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定性。同時還要避免型鋼之間的重疊，避免產(chǎn)生焊縫互相交錯，從而產(chǎn)生應力收縮的現(xiàn)象，否則會導致鋼材變形，嚴重的會出現(xiàn)斷裂。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)焊接完工的檢查及焊接瑕疵的處理

焊接部位不得留氣泡，對一般部位的焊縫，應進行外觀質(zhì)量檢查，針對不同的情況采用不同的處理方法：若焊縫處發(fā)現(xiàn)裂紋，應在裂紋兩端鉆止裂孔或挖除裂紋處的焊縫金屬，再進行補焊；如果有孔穴，應在孔穴處進行補焊；若焊接位置存在固體夾雜，應剔除掉固體夾雜，再重新補焊；若出現(xiàn)未熔合、未焊透的現(xiàn)象，針對敞開性好的結(jié)構(gòu)可進行焊縫背面直接補焊，對于不能直接補焊的重要焊件及部位，應鏟除未焊透的焊縫金屬，再進行補焊；若出現(xiàn)形狀、咬邊等缺陷時，對輕微的形狀缺陷進行機械修整，使其平滑過渡，嚴重的應進行補焊處理。如果圖紙有要求，應開展探傷試驗，應達到二級焊縫要求。對于工字形型鋼和十字形型鋼的腹板、翼緣板應使用坡口熔透焊焊接方式，使探傷試驗達到一級焊縫要求。

3 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工中存在的問題及解決

3.1 安裝時型鋼和鋼筋的結(jié)構(gòu)沖突問題

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的安裝施工，和鋼筋混凝土的流程存在著很大不同。施工時，由于型鋼和鋼筋在結(jié)構(gòu)方面的沖突，多數(shù)時候需要對連接方式進行調(diào)整。

由于大多數(shù)型鋼存在于柱子及梁內(nèi)，柱子縱向下，鋼筋無法穿過型鋼梁或型鋼柱的翼緣板，鋼筋只能設(shè)置在柱子截面的四角或翼緣板不礙事的位置。柱子箍筋無法通過型鋼位置時，可通過對腹板進行機械開孔或箍筋分段再進行焊接處理。當箍筋與型鋼柱翼緣板重疊，可采用焊接方式進行施工處理。在梁柱節(jié)點，梁主筋無法通過型鋼柱腹板或翼緣板時，需要調(diào)節(jié)鋼筋位置或?qū)α褐?jié)點腹板位置的型鋼進行機械開孔處理，翼緣板位置一般不進行開孔，不宜將梁主筋鋼筋焊接到型鋼柱翼緣板上。但遇到型鋼與鋼筋發(fā)生無法避免的沖突時，可以根據(jù)實際情況在翼緣板部位埋弧焊焊接套筒，然后將梁主筋通過機械連接，并在該位置焊接加勁肋以實現(xiàn)對翼緣板的補強處理。

當腹板開孔大小和位置不合適時，在征得設(shè)計者同意后，再用電鉆補孔或絞刀擴孔，不得在現(xiàn)場使用氣割開孔。開孔位置、開孔大小、開孔率等應符合規(guī)范要求，既要能穿過型鋼，也不能損壞型鋼腹板受力要求。當穿孔削弱型鋼強度或開孔率超過規(guī)范要求，需進行補強處理。

3.2 現(xiàn)場施工中鋼結(jié)構(gòu)安裝問題

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工中，安裝型鋼時，預留地腳螺栓應準確定位，當型鋼柱底部預埋螺栓與螺栓孔不對中，螺栓孔偏差不大時，經(jīng)設(shè)計人員同意，可沿型鋼柱地腳板偏差方向?qū)⒖讛U大為橢圓孔，再用加大的厚墊片進行加固處理。當預留螺栓偏差較大時，經(jīng)設(shè)計人員同意將預留螺栓割除，用熔透焊接的方式將根部螺栓焊于預埋鋼板上，再附加一塊與預埋鋼板等厚的鋼板，采用塞焊法焊接在預埋鋼板上，然后根據(jù)設(shè)計要求焊上新螺栓。當型鋼柱螺栓孔預留位置不對，螺栓孔偏移位置不大，經(jīng)設(shè)計人員同意，可將孔洞擴大為橢圓形，選用大墊片安裝型鋼柱。當螺栓孔洞偏移大時，在設(shè)計人員同意的前提下，對原孔進行塞焊處理，再重新補鉆孔。

3.3 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)澆筑過程中的問題

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑，應遵循相關(guān)混凝土施工規(guī)范和規(guī)程。在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，不同材料之間由于摩擦力等原因容易出現(xiàn)混凝土裂縫，如梁柱節(jié)點等不容易被充分填滿，或因梁的型鋼翼緣過寬阻礙混凝土的澆筑。因此要在一些位置預留排出空氣的孔洞和混凝土澆筑口，并仔細進行澆筑和振搗，保證其密實度，防止開裂。

4 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展，高層及超高層建筑大量涌現(xiàn)，更因建筑功能需求的增加，建筑樓層空間、樣式等要求不斷提高，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)無法滿足高層及超高層建筑物設(shè)計要求，為有效利用土地資源，滿足人們的生活需要，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)將成為高層及超高層建筑實施中的一項最優(yōu)選擇，未來型鋼混凝土結(jié)構(gòu)還將有廣闊的發(fā)展空間和應用空間。

在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展中，不僅要重視施工前型鋼的加工，還要把控型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝，不可忽視焊接應力的消除，鋼結(jié)構(gòu)焊接完工的檢查及瑕疵的處理。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工，有可能存在型鋼和鋼筋的連接問題，型鋼的安裝問題，還有混凝土按要求順利澆筑問題，必須引起重視。一定要借鑒、引進、開發(fā)優(yōu)秀的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝及施工經(jīng)驗，在提高建筑施工質(zhì)量上再上新臺階。