型钢混凝土工法.doc

型钢混凝土组合结构施工工法1.前言山西省图书馆工程地处汾河西岸河漫滩，位于新建长风文化商务区“文化岛”西端，大部分土层岩性为粉土和中砂，地下水位埋深在现地面以下3.40-4.50m之间，建筑物基础持力层为第二层粉土层上。这不仅需要主体结构施工过程中结构的安全，还需要保证在工程在使用过程中的安全性能。型钢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。型钢混凝土可以做成多种构件更能组成多种结构，它可代替钢筋混凝土结构和钢结构应用于各类建筑和桥梁结构中。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。2.工法的特点2.型钢混凝土组合结构具有良好的耐久性和耐火性。型钢外包裹的混凝土具有抵抗有害介质侵蚀，防止钢材锈蚀等作用，同时型钢外混凝土的保护层厚度也决定结构构件的耐火性能。2.2型钢混凝土组合结构节约钢材，由于以混凝土和型钢共同承担荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一个重要手段。2.3型钢混凝土组合结构受力性能好，普通的钢结构构件常具有受压失稳的弱点，而型钢混凝土结构构件内的型钢因周围混凝土的约束，型钢受压失稳的弱点得到了克服。2.4型钢混凝土组合结构抗震性能好，由于型钢的设置其延性比钢筋混凝土结构有明显提高，因此在大震中此种结构呈现出较好的抗震性能。3.适用范围型钢混凝土组合结构是在钢结构和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，也可以于部分构件。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。型钢混凝土组合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。5.工艺流程及操作要点5.1工艺流程施工技术交底绑扎承台及筏板钢筋预埋地脚埋件浇筑底板、承台混凝土安装第一节型钢柱柱脚灌浆安装型钢梁绑扎柱子钢筋安装柱模板浇筑柱子混凝土至梁底拆除柱模安装水平结构模板绑扎梁、板钢筋浇筑梁、板混凝土安装第二节型钢柱（图5.1）绑扎承台及底板钢筋预埋地脚螺栓安装型钢柱施工技术交底柱脚灌浆浇筑承台混凝土安装型钢梁柱子钢筋的绑扎安装柱模板浇筑柱子混凝土至梁底拆除柱模支水平结构模板绑扎梁板钢筋浇筑梁板混凝土安装第二节型钢柱钢构件进场检验合格图5.1型钢混凝土组合结构施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1预埋地脚螺栓图5.2.1 安装完成后的地脚螺栓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B1层就有，需要从基础承台内生根。 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。安装地脚螺栓需专人在纵横两个方向用经纬仪和水准仪控制预埋件轴线及标高。并在四个方向加固，安放调节螺母利用水准仪调节螺杆的高度，保证埋件标高。校正并加固牢固，检查合格后，请监理工程师验收。预埋验收合格后，在螺栓丝头部位上涂黄油并包上油纸保护。在浇筑混凝土前再次复核，确认其位置及标高准确、固定牢固后方可进行浇灌工序。浇筑混凝土时，拉通线控制以避免预埋件发生位移。5.2.2浇筑承台基础混凝土图5.2.2 承台混凝土按图纸设计要求浇筑承台混凝土至设计标高，浇筑承台基础混凝土时注意留出后浇的（用于填充型钢柱底板和基础顶面空隙）微膨胀无收缩细石混凝土的高度。浇筑完成后重新复核预埋件的标高及轴线位置，确保混凝土浇筑过程中埋件无位移。5.2.3 型钢柱的吊装1.型钢柱多采用十字型或圆形截面，型号为2H-10004001430、2H-600(1000)3001220、2H-600(700)3001225、2H-5003001020、2H-5002501020、90025、80025、60025、60020、40020等，为充分利用塔吊及起重机的能力和减少连接，结合该工程（层高4.800m）特点，一般制成一层一节、节与节之间采用坡口焊接。2.型钢柱就位后立即对垂直度、轴线、牛腿标高进行初校， 安设临时螺栓固定，采用倒连与钢丝绳或缆风绳配合经纬仪校正检查柱子的垂直度。图5.2.3.2 耳板临时固定型钢柱3.型钢柱的焊接1）若安装第一节型钢柱，在钢柱安装前取掉辅助用的钢垫板将地脚罗栓螺纹清理干净，对已损伤的螺牙要进行修复，然后吊装。若型钢柱的轴线、标高、垂直度有偏差应立即采用液压千斤顶顶起调节柱脚的上下螺母配合经纬仪或吊线进行检查校正，柱脚校正后立即紧固地脚螺栓，并将承重钢垫板上下点焊固定防止走动。图5.2.3.3型钢柱焊缝探伤检查2）型钢柱节点焊接部位，若上、下接触面的间歇一般不大于1.5mm,若上、下接触面间隙在1.66.0mm之间，可采用低碳钢的垫板垫实间隙后，再进行焊接，坡口焊接应先做好准备焊接口的预热。柱与柱的对接焊接一般采用二人同时对称焊接，以减少焊接变形和残余应力。对于厚板的坡口焊多采用5mm焊条，底层多采用4mm焊条焊接，中间层可采用5mm或6mm焊条，盖面层多用5mm的焊条 ，三层应连续施焊，每层焊接完成后及时清理。盖面层焊缝搭坡口两边各2mm,焊后如温度低于0以下，要用石棉布保温，使焊缝缓慢冷却。焊缝质量检查采用二级检查。5.2.4柱脚灌浆料的施工图5.2.4 柱脚灌浆型钢柱安装校正、定位并形成空间刚度单元后及时对型钢柱底板和承台基础顶面的50mm空隙采用无收缩C35细石混凝土进行二次浇灌。浇灌前先在柱脚四周立模板，将基础混凝土表面清洗干净，清除积水，然后浇筑混凝土，浇筑无收缩细石混凝土时，从一侧浇灌并振捣，至另一侧溢出并明显高于锚板下表面为止，严禁从两个以上方向轮流浇筑。开始浇筑后必须连续进行，不能间断并尽可能的缩短浇灌时间。5.2.5型钢梁的吊装1.型钢梁的吊装前的准备1）型钢梁吊装前在型钢梁翼缘处适当位置焊接耳板作为吊点。2）对型钢梁的规格型号、长度、截面尺寸和牛腿的位置标高进行检查。3）对采用高强螺栓联接的构件，要对构件的摩擦面进行抗滑移的加工处理，一般采用喷砂或砂轮打磨处理，经过处理的构件连接件摩擦面应进行摩擦系数的测定，其数值应符合设计要求，安装前应逐组复验摩擦系数，合格后方可安装。处理后的摩擦面应在生锈前进行安装，亦可在生锈后安装，安装时应先用钢丝刷清除表面的氧化铁皮、泥土、毛刺等略呈赤锈即可。 2.型钢梁的施工型钢梁与型钢柱的连接、次梁与主梁、主梁与主梁一般上、下翼缘采用坡口焊接，而腹板采用高强螺栓连接。图5.2.5 型钢梁的吊装1）当一节型钢梁吊装完毕后，即需要对已吊装的柱、梁进行误差检查和校正。校正内容包括标高、垂直度、轴线及净跨。型钢梁校正完毕后，采用高强螺栓连接再进行柱子校正。2）安装高强螺栓，应用尖头撬棒及冲钉对正上下或前后连接板的螺孔，将螺栓自由插入。对于连接构件不重合的孔，应用钻头或绞刀扩孔或修孔，使其符合要求时方可安装。高强螺栓的紧固应分两次宁紧（初拧和终拧），每组拧紧顺序应从节点中心开始逐步向边缘施拧。整体结构的不同连接位置或同一节点的不同连接位置有两个连接构件时应先紧主要构件再紧次要构件。当日安装的螺栓应在当日终拧完毕，以防止构件摩擦面、螺纹沾污、生锈和螺栓漏拧。螺栓初拧、终拧后要做不同的标记，以便识别，避免重拧或漏拧并在48小时内进行终拧扭矩检查。高强螺栓紧固后应按钢结构工程施工质量验收规范中钢结构螺栓连接工程质量和检查方法进行检查和测定，若发现欠拧、漏拧应补拧；超拧时要更换。处理后的扭矩值要符合设计要求。紧固连接高强螺栓，高强螺栓要经过（当天初拧的螺栓当天终拧）终拧并用扭矩扳手验收合格。3）柱与梁焊接、梁与梁的对接一般在柱子的两侧对称同时焊接以减少焊接变形和残余应力，然后进行超声波探伤试验。5.2.6安装柱子钢筋1柱主筋的施工型钢混凝土组合结构竖向结构钢筋的施工。柱主筋2032的钢筋，采用直螺纹连接。水平方向设有多肢箍筋组成的箍筋组及拉钩。主筋的安装与普通钢筋工程基本相同。2柱箍筋的施工箍筋是型钢混凝土组合结构中对混凝土起约束作用的重要钢筋构件，必须保证其完全闭合，并与主筋牢固连接。柱箍筋由矩形箍筋、八边形箍筋和拉筋组成，大部分箍筋均设计为12的钢筋，硬度大，可调性差。钢筋加工时严格控制下料长度和弯折角度，保证成品箍筋安装顺利。为加快工程进度方便施工，我们常用U型或L型开口箍筋，然后现场焊接成封闭箍筋的办法来解决。焊接位置宜避开主筋，以免伤及主筋。箍筋安装过程中要注意保护主筋连接丝头，一旦破坏将无法修复。图5.2.6 梁柱节点箍筋梁柱节点核心区范围内箍筋对提高型钢混凝土框架的延性和节点的抗震能力起着非常重要的作用，因此箍筋的构造要求非常重要，由于核心区内型钢梁柱的存在，其封闭箍筋穿过型钢则十分困难。因此，我们常采用将柱箍筋加工成90开口箍，然后焊接在型钢梁的腹板上。 5.2.7安装梁钢筋1梁主筋的施工5.2.7安装梁钢筋1梁主筋的施工图5.2.7.2 梁柱节点（二）图5.2.7.1 梁柱节点（一）梁钢筋在上部或下部遇有型钢梁时，需要提前进行深化设计， 若梁的主筋能穿过型钢柱的腹板则可在型钢柱腹板上，主筋标高处打眼，若主筋无法穿过腹板则可根据普通钢筋混凝土的规范要求核实柱边到腹板的长度能否满足锚固长度，若满足要求则按普通钢筋混凝土标准图籍0.4laE的锚固要求施工，若主筋即不能穿过，柱边到腹板的长度亦无法满足锚固要求则可采用单面搭接焊，将梁的主筋焊接在型钢牛腿上，焊缝长度必须满足规范要求。如图：图5.2.7.3 梁箍筋型钢混凝土梁柱节点处，当钢筋必须穿过型钢时，穿孔位置及穿孔直径必须符合要求：穿孔位置应尽量避开在型钢的翼缘上。在柱内型钢腹板上预留孔时，型钢腹板截面损失率不打于腹板面积的25%；穿孔的直径宜按所穿过钢筋公称直径加46mm确定。需要时穿孔的孔径可放宽为所穿过钢筋公称直径加8mm。当钢筋穿孔造成型钢截面损失而不能满足承载能力要求时，应对型钢采取加固补强措施，最简单的补强措施是采取型钢截面局部加厚的方法，但是要注意两个问题,一是型钢梁柱刚度不宜突变过大，二是确保不影响混凝土的浇筑质量。2梁箍筋的施工由于梁底模已经安装完成，必须先将梁筋连接好后方可施工，且箍筋必须做开口箍，梁的主筋套好后将箍筋焊接封闭并绑扎牢固。5.2.8柱模板施工本工程方柱全部配制木模板，圆柱采用定型钢模。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，型钢混凝土结构模板施工与普通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。本工程方柱采用四片木模板组拼，方便快捷，圆柱采用定型钢模提前浇筑柱子混凝土至梁底。2.对拉螺栓：柱箍采用槽钢加固，若柱截面小于800mm时不需要对拉螺栓，若柱截面大于800mm时采用对拉螺栓，对拉螺栓按焊接长度焊接在型钢柱上。3.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。图5.2.7.3 安装完成后的柱模5.2.9柱混凝土施工1.普通型钢柱（十字柱）工艺流程：浇筑部位施工缝的清理 相关专业的验收(土建、水电) 施工缝提前浇水湿润 混凝土输送泵试运行 铺设50mm的水泥砂浆（其配合比与混凝土的砂浆成分相同） 分层浇筑混凝土分层振捣柱上口混凝土标高检查清除混凝土表面浮浆拆模养护成品保护2浇筑方法1）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，分层厚度不大于400mm。2）由于地下一层柱的高度为8.4米，柱混凝土采用分段浇筑法施工，同时在混凝土浇筑过程中，要加溜槽，混凝土下落高度控制在2米以下，保证混凝土在浇筑过程中不出现离析现象。3）软管出口混凝土离模板内侧面不应小于50mm，且不得向模板内侧面直冲布料，也不得直冲钢筋骨架；混凝土下料点分散布置，间距控制在2米左右。4）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。5）振捣棒不得触及模板钢筋预3埋管件；浇筑时，应设专人看护模板、钢筋有无位移、变形，发现问题及时处理。振捣棒应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，点的间距控制在450mm为宜，十字型钢柱应在柱四角进行插棒振捣。振捣棒插入混凝土的深度以进入下一层混凝土50mm为宜，做到快插慢拔，振捣密实。6）型钢梁混凝土的施工同普通梁板混凝土的施工，但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，可以采用30棒加强振捣或采用高塌落度细石混凝土。6.材料与机械设备6.1材料：本工法无特别说明的材料。6.2机具设备见表6.1表6.1机具设备表 序号机械或设备名称型号、规格数量功能1塔式起重机504台吊装2CO2气体保护焊机KR-60030台焊接3自动埋弧焊机AC1200/DC100010台焊接4栓钉焊机RSN20003台焊接5砂轮打磨机/10台抗滑移处理6磁力钻JC49A1最大钻孔40mm7氧气、乙炔/套切割构件8超声波探伤仪EPOCH-230010台无损检测9超声波测厚仪LA-104台钢板检测10经纬仪DJ24台轴线、垂直度检查11钢卷尺50m2把测量放线12振捣棒505台混凝土浇筑7.质量要求7.1本工法实施过程中必须严格执行下列标准和规范：混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2001）钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）等相关规定的有关要求7.2质量保证措施 7.2.1从型钢梁柱的制作加工、安装方法及质量要求，在每一工序施工前均由技术人员进行详细交底及现场指导。对于复杂节点的处理先做样板，组织现场操作人员现场学习，同时加强三检制度。将质量检查工作贯穿于施工全过程，并严格执行质量奖罚制度，使施工工序质量达到内控要求。 7.2.2防止钢框架、柱主筋偏位。在型钢安装、柱主筋连接时要对钢骨和连接好的柱筋进行临时固定，防止偏位或扭曲后无法套箍。对个别偏位的柱筋要在箍筋绑扎前进行调较。 7.2.3型钢柱的安装应严格按图纸规定的轴线方向和位置定位，受力和孔位应正确；吊装过程中应使用经纬仪严格校准倾斜角度，并及时定位。表7.1地脚螺栓（柱脚预埋件）的允许偏差mm项目允许偏差(mm)建筑物定位轴线l/20000,且不应大于3.0mm基础柱底标高2.0基础柱上的定位轴线1.0地脚螺栓位移2.0表7.2柱子安装允许偏差项目允许偏差（mm）底层柱柱底轴线对定位轴线偏移30mm柱子定位轴线10mm单节柱的垂直度h/1000，且不大于10。0主体结构的整体垂直度（H/2500+10.0）且不应大于50.0表7.3多层钢结构中构件安装允许偏差项目允许偏差检验方法上下柱连接处的错口30同一层柱的各柱顶高度差50水准仪检查同一根梁两端顶面的高差l/1000，且不应大于10.0水准仪检查主梁与此梁表面的高差2.0用直尺和钢直尺检查8.安全要求8.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，公司按规定在施工现场设专职安全员，专门负责组织与协调施工现场安全工作，落实有关安全生产的规章制度，做好现场施工人员安全施工宣传教育，使全体施工人员真正认识安全的重要性。8.2施工现场设专人负责防火工作，配备消防器材和消防设备，作到经常检查，发现隐患及时上报处理；现场施工作业，设备、材料堆放不得占用或堵塞消防通道。8.3严格执行现场用火制度，电气焊用火前必须办理用火证，并设专人看火，配备消防器材。电、气焊工作业前，清除作业范围内易燃物品或采取有效隔离措施。8.4施工安装时，不得违章操作，遇有特殊情况，经请求有关部门领导同意后，方可施工。材料的堆放、吊运必须服从业主及土建单位的统一指挥；未经有关人员批准不得任意拆出安全设施和安全装置。8.5施工过程中，应在业主、监理公司、土建单位指定的地点休息，施工现场不准使用电炉子，不准随意扔烟头，并远离易燃、易爆物品。8.6 特种作业必须持证上岗，且所持证件必须是专业对口、有效期内的有效证件。8.7不准穿拖鞋、高跟鞋、赤脚或赤膊进入施工现场；不准穿硬底鞋进行登高作业。9.效益分析9.1型钢混凝土组合结构的型钢可以不受含钢率的限制，其承载力可以高于同样外形尺寸的钢筋混凝土构件的承载力1倍以上，因而可以减小构件的截面，增加使用面积和净高，其经济效益是可观的。9.2型钢混凝土中的型钢在混凝土未浇筑之前就已形成钢结构骨架，它具有相当大的承载能力，能够承受构件的自重和施工荷载，并且在施工过程中可将模板固定在型钢结构上，又可以省去为支模板而设置的支撑，从而减少了支模板的人工和材料。此外型钢混凝土结构不必等到混凝土强度达到一定强度就可施工上一层，其施工工期比普通的钢筋混凝土结构大为缩短。9.3型钢混凝土组合结构在我国工程领域已广泛应用，其施工工艺标准和规程也在进一步完善中，本工程型钢混凝土组合结构的施工技术给类似工程的施工提供了宝贵的经验，并且培养了一批优秀的专业施工人员，进一步促进了型钢混凝土组合结构在我国建筑行业中的发展与应用。10.应用实例本工法在中铁十七局集团建筑工程有限公司承建的山西省图书馆工程中得到了应用。山西省图书馆工程为山西省一级大型图书馆，是山西省会太原市新建文化商贸区大型重要公共建筑之一。型钢混凝土结构的应用增加了该工程的使用面积，提高了该工程的净高，为读者提供了开阔而舒适的阅览空间。型钢混凝土组合结构中的型钢骨架，在混凝土未达到一定强度之前就可承受上部传来的荷载，继续上一层结构的施工，大大缩短了施工工期，提前十天完成甲方的工期要求，并在省城十大重点工程中，成为第一个封顶的施工单位。得到了省委省政府的广泛好评和甲方的认可和肯定。该工程地下一层，地上五层，建筑面积49900m2，结构形式为框架结构，在走廊、门厅、楼房拐角等公共部位梁柱设计为型钢混凝土组合结构，型钢柱48根，其中十字柱32根，圆形柱16根，型钢梁若干根，总重930T，造价715万元，占主体结构造价12%。该工程在施工过程中执行该工法精心策划、道道程序严格把关，认真施工并得到了预期效果。中铁十七局集团建筑工程有限公司第八项目部孙丰安2009年12月4日科技成果审核表成果名称 型钢混凝土组合结构施工工法上报单位第八项目部上报时间2009年12月责任人孙丰安类型工法科技部审核意见修改意见：形式基本符合工法格式的要求，但有些内容需要进一步充实，比如前言、效益分析等内容根据30日的工法培训中老师的授课要求再进一步修改。领导审批意见：1、 工艺原理：应从受力作用机理或设计原理进行阐述，2、 钢柱的加工制作质量、以及深化设计的重点内容等做为重要内容之一，另外有混凝土的浇筑（节点）、钢筋连接（节点）。卫立志日期：2010 年 1 月 3 日