探究鋼—混凝土結構的施工技術

【摘 要】隨著建筑設計中對跨度及層高的要求越來越高，單一的使用鋼筋混凝土結構體系已經無法滿足建筑使用功能的需求，怎樣達到使構件的截面尺寸相對較小和所占的有效建筑面積盡可能少是現行建筑結構待需解決的問題。這就使得鋼與混凝土組合結構近十年來在我國有了一個很大的發展空間，這種結構充分利用了型鋼、鋼筋、混凝土三位一體的工作使鋼-混凝土結構具備了比單一使用鋼筋混凝土的結構承載力大、剛度大及抗震性能好等優點，且有效減少了結構構件的截面尺寸。現結合浙江廣廈學院文體中心工程實際，主要利用現場典型相關施工照片來說明在鋼-混凝土結構施工過程中如何保證施工質量，使所施工完成的結構符合結構設計的要求，符合建筑使用功能的要求，且在此基礎上提高整個建筑物的品質。

【關鍵詞】型鋼混凝土柱梁；型鋼柱節點；勁性鋼骨柱外包混凝土結構

1.總體概況

浙江廣廈學院文體中心工程位于東陽市江北人民路西側，田徑場東側，由浙江大學建筑設計研究院設計，與新建住宅區相鄰。它的建成將促進東陽市體育文化和經濟的發展。浙江廣廈學院文體中心工程建成后為東陽市目前的一個最大型體育活動場所，總建筑面積28743.4平方米，高約26.8米。浙江廣廈學院文體中心工程空間構成主要為中庭空間網架結構。本建筑設計跨度大，層高較高，屋面為折板造型。集訓練比賽等于一體的綜合性乙級中型體育建筑和丙級中型劇院的1005座報告廳組成，體育館觀眾席總座位數4935個。其中固定座位數4021個，活動座位數904個，無障礙座位數10個。防火耐火等級二級，防水工程：本工程地下防水等級為一級屋面防水等級二級。防水使用年限15年。本工程主樓部分柱子為勁性鋼骨柱外包混凝土結構，主樓屋蓋為雙層網架結構，主樓部分屋頂層為鋼梁外包混凝土結構、栓釘。主樓建筑物高度為20米，共有地下一層和地上三層。主樓以下類型的柱子：KZ6、KZ7、KZ8、KZ12、KZ15、KZ16、KZ23、KZ24、KZ25中設有勁性鋼骨柱。

KZ6、KZ12、KZ23中的勁性鋼骨柱為十字鋼柱，鋼柱截面尺寸為：400*250*16/16，其中KZ6鋼骨柱范圍為基礎頂～4.950米，KZ12鋼骨柱范圍為4.950米～11.950米，KZ23鋼骨柱范圍為11.950米～20.000米。

KZ7、KZ15、KZ24中的勁性鋼骨柱為十字鋼柱，鋼柱截面尺寸為：600*400*20/20，其中KZ7鋼骨柱范圍為基礎頂～4.950米，KZ15鋼骨柱范圍為4.950米～11.950米，KZ24鋼骨柱范圍為11.950米～20.000米。

KZ8、KZ16、KZ25中的勁性鋼骨柱為十字鋼柱，鋼柱截面尺寸為：600*400*20/20，其中KZ8鋼骨柱范圍為基礎頂～4.950米，KZ16鋼骨柱范圍為4.950米～11.950米，KZ25鋼骨柱范圍為11.950米～20.000米。

主樓屋蓋有三部分組成，分別體育館網架、訓練館網架及報告廳網架，為雙層網架結構，體育館網架長度為78.4米，寬度72米，結構最高點標高為25.8米，網架最大懸挑6.4米，最大跨度72米，范圍7～16軸交R～Y3軸，由圓管制作而成。訓練館網架長度為40米，寬度32.4米，結構最高點標高為13.4米，最大跨度為32.4米，范圍1～5軸交T～Y1軸，由圓管制作而成。報告廳網架長度為51.75米，寬度32米，最高點標高為19.059米，最大跨度為32米，范圍2～7軸交D～M軸，由圓管制作而成。主樓部分屋頂層為鋼梁外包混凝土結構、栓釘，范圍16～1/18軸交2/Q～Y3軸。

2.施工前對本工程的重點問題所采取的相關措施

本工程鋼結構施工內容主要為主樓柱子中的勁性鋼骨柱結構和主樓屋蓋的雙層網架結構，鋼結構深化設計中如何保證深化設計的節點滿足受力要求及設計要求，是本工程的重點。具體解決措施如下：

2.1配備足夠的設計人員

針對本工程，擬配備3人的深化設計隊伍。其中1人為細化翻樣負責人。2人對結構進行深化設計和翻樣，具備本科以上學歷，5年以上工作經驗，工程師以上職稱。

2.2主要設計軟件的投入

本工程節點設計將主要采用通用有限元分析軟件ANSYS進行分析，對整體結構將主要采用IDAS通用結構有限元分析設計軟件進行分析。

2.3深化設計軟件

采用XSTEEL加工詳圖設計軟件，通過對整個結構的三維實體建模，通過計算機一比一模擬設計，輸出指令，自動拆分框架構件，并對各構件詳細編號，最終形成一整套供加工設計用的詳圖以及供安裝用的結構布置圖。

MdiSystem加工詳圖設計軟件對整個結構的數字化虛擬建模，通過計算機一比一模擬設計，輸出指令，實現無圖紙化加工。相貫線及坡口一次成形，桿件下料切割、坡口精度均由計算機控制一次完成，為高質量的完成相貫面切割提供了充分必要的條件。

在CAD繪圖軟件的平臺上，針對本工程開發一些詳圖設計輔助軟件，譬如：構件的自動編號、自動標注尺寸、自動列出詳細的材料表、統計出各零件尺寸及重量等。

3.施工中鋼結構加工制作重點、難點分析及解決措施

本工程型鋼結構加工制作的內容有焊接十字鋼骨柱和圓管網架。從鋼構件制作難易角度分析，焊接圓管網架構件為工程制作的難點，但十字型鋼柱數量多，結構用量大，工廠加工制作階段也需重點控制；采取的措施為確保鋼構件制作質量符合設計要求，鋼柱牛腿節點組裝采取“地樣放樣+全站儀精確定位技術”，有效控制組裝牛腿的空間角度。組裝焊接采取熱輸入量小的CO2氣體保護焊，先腹板后翼板；焊接時由雙人同時從趾部向根部施焊，確保焊接質量。

4.施工中變形檢測是此工程施工的重點

測量定位是鋼結構安裝的重點，本工程主樓鋼結構安裝施工高度達到20m，鋼結構安裝施工測量要求高，圓管網架、鋼柱的測量定位要求尤其高，測量施工難度大。針對這些實際問題所采取的措施如下：

（1）采用全站儀及激光經緯儀等高精度測量儀器，保證測量的準確性。同時由于多道工序對結構安裝精度的影響，在結構施工過程中，對每道工序施工前均應進行測量復核和調整，在施工過程中要求跟蹤測量。施工完成后進行復核，法線偏差及時采取措施糾正。

（2）現場檢測的內容主要有主結構構件的變形監測和復雜節點的應力監測。

a.變形監測主要采用全站儀。

測量精度：測程（一般大氣條件）：2500m圓棱鏡（GPR1）；角度測量精度：0.5\"；距離測量精度：1mm+1ppm/3.0秒。

監測方法：外側測點可以在施工場地周圍建立的測量平面控制點，中間可在混凝土核心筒內部建立測量平面控制點，直接利用測量儀器進行監測，獲取監測數據。

b.應力監測主要采用無線三向應變傳感器

無線三向應變傳感器

技術指標：測試參數x，y，z三向應變；采樣頻率128HZ；量程±1500με；傳輸距離100米。監測方法使用無線應變傳感器直接監測桿件應力，通過地面接收基站可實時采集和分析數據。

此外，構件吊裝精度的控制，由于本工程鋼結構定位尺寸較為復雜，特別是外框鋼柱構件，鋼柱數量多，吊裝時鋼柱為臨邊傾斜構件安裝定位難度大，是鋼結構安裝的難點。施工中采取的措施主要利用經緯儀和全站儀對構件進行定位和復核，利用水準儀進行標高測量。每層首根鋼柱的定位和測量，采取纜風繩配合千斤頂進行調整定位的方法進行安裝。現場焊接工作量大、焊接難度大；鋼柱對接采用焊接連接，梁柱連接也采用焊接連接方式，整個工程現場焊接工作量相當大，當結構安裝達到一定的高度后，焊接施工受風力影響較大。針對這一實際情況采取的措施為在焊接接頭處設置防風棚，保證施工環境要求。由于主體施工時正值冬季，因此冬季施工時對厚板焊接部位采取焊前預熱和焊后保溫措施；且增加焊機數量和焊接工人數量，保證焊接工期；派遣有資質和經驗豐富的焊工施焊。安全防護要求高，鋼柱施工為臨邊施工，安全防護難度大，施工中采取的措施為在結構外圍設置安全防護網。在鋼柱連接接頭處設置安全防護棚；鋼柱吊裝時在柱頭處設置操作平臺和爬梯，保證人員操作安全和上下安全；連廊下部設置安全網，保證結構安裝時有多道安全防護措施。為了保證整個工程的質量，施工中對原材料的檢測工藝和方法如下：

（1）購入的鋼材應詳細檢查鋼廠出具的質量證明書或檢驗報告，其化學成分、力學性能和其它質量要求必須符合國家現行標準的規定，且其質量證明書上的爐批號應與鋼材實物上的標記一致，否則不得入庫。

（2）根據鋼材質量證明書與尺寸規格表逐張檢驗、核對，并檢查鋼材表面質量、厚度、局部平面度，同時對每張鋼板進行100%超聲波探傷復檢，合格后方可辦理入庫手續，對檢驗不合格的材料要進行處理，不得入庫。鋼板厚度公差的檢測方法：鋼板厚度按《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、垂直和允許偏差》（GB709）執行，當鋼板厚度小于等于20mm時，鋼板厚度公差不大于5.0%。用油標卡尺進行檢測。鋼板的局部平面度檢測：為滿足本工程加工精度，要求在1000mm范圍內，允許誤差為1.0mm，檢測采用1米直尺進行測量。鋼材的表面外觀質量檢測：表面有銹蝕、麻點或劃痕等缺陷時，其深度不得大于該鋼材厚度負允許偏差的1/2；鋼材端邊或斷口處不應有分層、夾渣等缺陷，采用目測檢測的方法檢驗。

（3）對有厚度方向性能要求的鋼板，應逐張進行超聲波檢驗，檢驗方法按國家規范GB/T2970執行，對Q345B按Ⅲ級。30mm以上厚度的焊接，為防止在厚度方向出現層狀撕裂，宜在下料和焊接前，對母材焊道中心線兩側各2倍板厚加30mm的區域。

（4）鋼管的直徑、構件長度、管口圓度、管面對管軸的垂直度、彎曲矢高、對口錯邊、管壁厚度等項目，應該進行檢驗。原材料的檢測和復驗方案按設計鋼結構施工質量驗收標準及監理要求根據國家規范對本工程鋼材進行復驗。

5.工程的實施效果

在大跨度結構中鋼-混凝土結構展現了其特具魅力的一面以及相對較高的優勢，在實際施工中可以通過合理的組織設計和合理的處理復雜的施工技術，一般能達到其良好的施工可行性。