大跨度網架屋頂的鋼骨混凝土基座施工技術

中建二局第四建筑工程有限公司 天津 300457

隨著科技的發展與建筑技術的進步，大跨度建筑已經成為建筑結構發展方向之一，網架結構是一種新型大跨度空間結構，它具有剛度大、變形小、應力分布均勻、能大幅度減輕結構自重和節省材料等優點，近年來，網架屋頂已廣泛應用于大型商場及體育場館等公共建筑。在現有技術中大跨度網架屋頂的支撐結構即屋頂基座多為鋼筋混凝土結構或鋼結構，混凝土的抗壓強度高，但抗彎能力很弱，鋼筋混凝土結構的截面往往較大限制了建筑的有效使用空間，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩，且易被銹蝕、不耐高溫。利用鋼筋混凝土結構或鋼結構作為網架屋頂的基礎，均不能充分發揮網架屋頂剛度大、抗震性能好的優點。

針對目前網架屋頂的支撐結構存在的問題，本文提出了一種新型的大跨度網架屋頂的基座即鋼骨混凝土基座，能充分發揮鋼與混凝土2種材料的特點，具有截面尺寸小、剛度大、延性及耐久性好，且節省鋼材的優點，利用該基座能增加建筑的有效使用空間，可充分發揮網架屋頂剛度大、抗震性能好的優點，并能提高施工精度、保證施工質量，縮短工期[1-3]。

1 工程概況

某工程建筑高度99.90 m；層數最高34層，地下2層。地下1層至地上3層采用鋼骨混凝土柱，地上2層、3層、4層為大跨度鋼骨混凝土梁。其中：鋼骨柱φ1 000 mm，柱內鋼骨為φ510 mm×24 mm鋼管，所用材質為Q345B，每層14根。每根柱質量約1.50 t。鋼骨梁截面700 mm×1 300 mm，梁內鋼骨為800 mm×300 mm×26 mm×14 mm的H型鋼，跨度最長25 m、最短17 m，每根鋼梁質量在0.50 t左右。④-⑧軸/軸、軸間14根圓形鋼骨柱及18根矩形鋼骨梁（包括懸挑鋼骨梁）分別組成1～3層的高大圓形及橢圓形空間。長度大于12 m的鋼梁均分成2段進行剛性對接（圖1）。

圖1 橢圓形網架屋頂的基座示意

2 施工技術特點

1）基座主要包括圓形鋼骨混凝土柱及矩形鋼骨混凝土梁，鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁中配有鋼筋。鋼骨混凝土梁支撐于鋼骨混凝土柱上，其包括兩端支撐梁及懸挑梁，由鋼骨混凝土梁組成圓形或橢圓形空間，用于支撐建筑物上部的網架屋頂。

2）鋼骨混凝土基座能充分發揮鋼與混凝土2種材料的特點。

3）具有截面尺寸小、剛度大、延性及耐久性好，且節省鋼材的優點。

4）可增加建筑的有效使用空間。

5）能充分發揮網架屋頂剛度大、抗震性能好的優點。

3 施工方法

3.1 工藝流程

鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁內的鋼骨制作→鋼骨混凝土柱的鋼骨安裝→鋼骨混凝土柱的鋼筋安裝→鋼骨混凝土柱模板安裝→鋼骨混凝土柱混凝土澆筑→鋼骨混凝土梁底部鋼筋安裝→鋼骨混凝土梁的鋼骨安裝→鋼骨混凝土梁上部鋼筋安裝→鋼骨混凝土梁模板安裝→鋼骨混凝土梁混凝土澆筑→養護[4,5]

3.2 施工方法

鋼骨混凝土結構的施工方法比較復雜，構件內有型鋼，型鋼外包鋼筋混凝土，如何處理好型鋼安裝與鋼筋安裝的銜接問題、模板安裝問題和混凝土澆筑問題，必須經過周密的計劃。

首先需要進行鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁內的鋼骨的制作，其中的H型鋼翼緣焊接采用坡角熔透焊，對接焊接順序為：

1）接口處開雙面坡口，先焊大坡口一側，焊至深約15 mm時，翻轉焊另一側；

2）翻轉后反面采用碳弧氣刨清根，深度為4～5 mm，清根后采用砂輪打磨，清除坡口內焊渣，至焊道露出金屬光澤，焊接時應嚴格控制底層焊接電流，反面焊縫應焊滿；

3）再翻轉鋼板繼續焊接另一面，直至焊滿；

4）為減小變形，以上順序亦可增加翻轉次數進行。

在完成鋼骨混凝土柱的鋼骨即鋼管柱的制作后，開始對其進行安裝，安裝流程為：埋設預埋件→吊裝鋼柱至樓層→人工平移到位→吊裝支架搭設→鋼柱吊裝就位→垂直度校核→螺栓終擰、垂直度復核→會審安裝測量記錄、確定焊接順序→施焊中跟蹤觀測柱垂直偏差→焊接完成，垂直度測量→校正驗收。

本工程鋼管柱采用塔吊分2次吊裝，第1次先將鋼柱吊上樓層，第2次再吊裝安裝到位。鋼骨柱吊裝到位后，在安裝之前，從立柱頂端向下量出理論標高為1 m的截面，并做一明顯標記，鋼骨柱的四側用數字及字母分別做好標記，便于校正立柱標高及軸線時使用。上下鋼骨柱連接時，用鋼楔子或千斤頂通過調整柱與柱之間的縫隙，按照先標高、后位移、最后垂偏的原則進行鋼結構安裝校正。鋼柱安裝時每節鋼柱垂直度校正控制采用外控借線法觀測，用2臺經緯儀安裝在外控點位上，在2個垂直方向上同時觀測，配合安裝校正。上下鋼骨柱進行對接時，采用全熔透坡口焊，一級焊縫。2次吊裝過程為：

1）下部鋼管柱吊裝。因考慮到鋼管混凝土澆筑高度限制，鋼管柱采用每層1節，長約6.30 m，質量約1.90 t。鋼管柱采用塔吊分2次吊裝。第1次先將鋼柱吊上樓層，第2次再吊裝安裝到位。

（1）鋼柱第1次吊裝至樓層，為保證安全起吊，鋼柱橫放，設置2個吊點，并采用一定的防滑保護措施。吊裝時不采用焊接吊耳，在構件本身用鋼絲繩綁扎時，對構件及鋼絲繩進行保護。

（2）在鋼柱被吊裝至樓層后進行安裝前，從立柱頂端向下量出理論標高為1 m的截面，并做一個明顯的標記，型鋼柱的四側用數字及字母分別做好標記，便于在校正立柱標高及軸線時使用。在立柱下底腳板上表面，做通過立柱的縱橫十字交叉軸線。經抄平放線，嚴格控制與支承面的行列軸線和標高，經驗收合格并出具合格資料后方可進行吊裝。

（3）鋼柱起吊安裝時采用一點捆綁起吊，吊點設置在柱頂處，并利用柱端的耳板螺栓孔，穿入專用吊裝索具或銷軸進行吊裝。嚴禁直接穿入普通索具進行吊裝，以防在起吊過程中磨損栓孔和索具。索具要求捆扎穩固可靠（圖2）。

圖2 鋼柱吊裝示意

2）上部鋼管柱吊裝。

（1）先將型鋼柱吊裝至樓層，為保證安全起吊，型鋼柱橫放，設置2個吊點，并采用一定的防滑措施。吊裝時不采用焊接吊耳，在構件本身用鋼絲繩綁扎時對構件及鋼絲繩進行保護。

（2）上下型鋼柱連接時，首先將型鋼柱吊裝就位至安裝面，然后找出柱底軸線位移，再安裝鋼柱耳板上的高強螺栓，用鋼楔子或千斤頂通過調整柱與柱之間的縫隙，按照先標高、后位移、最后垂偏的原則進行鋼結構安裝校正。鋼柱安裝時每節鋼柱垂直度校正控制采用外控借線法觀測，用2臺經緯儀安裝在外控點位上，在2個垂直方向上同時觀測，配合安裝校正。上下型鋼柱進行對接時，采用全熔透坡口焊，一級焊縫，腹板采用夾板焊接連接（圖3）。

圖3 鋼柱連接示意

在鋼管柱吊裝結束之后進行鋼骨柱鋼筋的安裝，其安裝方式與普通柱基本相同。待鋼骨柱鋼筋安裝完畢后即開始進行模板安裝，并完成混凝土的澆筑。

在鋼骨混凝土結構施工中，鋼骨混凝土梁鋼筋的安裝是其難點之一，而我們所采取的措施是：在鋼骨混凝土梁底部鋼筋安裝和鋼骨混凝土梁上部鋼筋安裝的過程中，充分考慮鋼筋的布置情況，對每個節點的鋼筋都進行CAD放樣，明確了鋼筋的位置關系，尤其在多根梁交匯于1根框架柱部位時，必須進行鋼筋排布，遇到鋼筋排列不下的問題，可采用鋼筋的等強度代換或等面積代換；鋼骨混凝土梁的上部縱向鋼筋應貫穿中間節點；當梁內鋼筋要穿過柱內鋼管時，應先安裝需穿過鋼管的鋼筋，再安裝不穿過鋼管的鋼筋；鋼筋連接采用機械連接；梁端第1個箍筋應設置在距離柱節點邊緣50mm處，梁端與柱交界處箍筋應加密，加密區箍筋間距與加密區的長度均應符合設計要求；梁側面受力筋及下部受力筋位置均應設置墊塊，以保證保護層厚度；當受力鋼筋為雙排時，用φ25 mm的短鋼筋墊在2層鋼筋之間，短鋼筋間距2 000 mm，短鋼筋長度為梁寬減去兩側保護層厚度[6,7]。

值得注意的是，在鋼骨混凝土梁的鋼骨安裝過程中，應將長度大于12 m的H型鋼骨分2段制作安裝，鋼骨與鋼骨之間采用腹板高強螺栓連接、翼緣板焊接時，應先進行高強螺栓連接，后進行翼緣焊接。高強螺栓應在孔中自由穿入，當孔有少量錯位時，用沖釘找正，然后穿入，同一節點上螺栓穿入方向一致；螺栓的緊固順序由螺栓群中部向四周擴展，由節點剛度較大的部位向剛度較小的部位過渡。

鋼筋安裝完畢后，進行鋼骨混凝土梁模板的安裝，安裝時應先安裝梁底模板，再安裝梁側模板，梁底模板及梁側模板均選用厚18 mm木模板；梁底模板下縱向布置40 mm×90 mm木方，木方間距均為500 mm，木方下采用鋼管作托梁，托梁直接與底部鋼管滿堂架連接；梁兩側模板外先水平設置40 mm×90 mm木方作為水平肋，水平肋外再豎向設置40 mm×90 mm木方作為縱肋，水平肋間距為250 mm，縱肋間距為500 mm；梁兩側模板通過M12對拉螺桿連接，沿梁高度方向等距離設置3道對拉螺桿，螺桿兩端加上雙螺帽，具體如圖4所示。

圖4 鋼骨混凝土梁模板支撐示意

在鋼骨混凝土梁混凝土澆筑過程中，混凝土投料時要從型鋼兩邊下料，分層投料高度在50 cm左右；混凝土分3次分層澆筑，第1次澆至H型鋼下翼緣上緣水平位置，待混凝土達到一定強度后，進行第2次分層澆筑，將混凝土澆筑到鋼骨梁的上翼緣上緣水平位置，待混凝土達到一定的強度后，澆筑上翼緣以上部分及混凝土樓板，混凝土澆筑成型后，及時灑水養護，24 h后適當松動梁側模，確保側向的養護效果，混凝土養護時間應在14 d以上。

3.3 注意事項

1）澆筑的過程中要高頻率的振搗，并進行外部振搗。

2）控制混凝土配合比及澆筑的連續性。

3）混凝土澆筑班主要協調好澆筑時的措施。

4）鋼骨梁混凝土澆筑必須連續作業，并分層進行，每層厚度控制在350～400 mm，每層間隔時間不超過2 h?；炷帘仨氂忙?5 mm振動棒振搗，振搗到位密實，不得出現漏漿。混凝土澆筑成型后，及時灑水養護，24 h后適當松動大梁側模，確保側向的養護效果，混凝土養護時間應在14 d以上。

4 施工效果

在大跨度網架結構中采用鋼骨混凝土基座施工技術，有效地解決了傳統施工技術中存在的不足，減小了結構構件的截面尺寸，節省了鋼材用量，減輕了結構自重，增加了建筑的有效使用空間，并可使施工工期縮短，有效地解決建筑美學與結構安全的矛盾，具有較好的社會效益和經濟效益[8,9]。