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型钢混凝土组合结构施工工法 型钢混凝土组合结构施工工法完成人： 赵金琴晋中建设集团第一建筑工程有限公司二一五年十二月十五日目 录1.前言.22.工法特点.23.适用范围.24.工艺原理35.工艺流程及操作要点.36.材料及机械设备.117.质量要求.128.安全要求139.效益分析.1410.应用实例.14型钢混凝土组合结构施工工法1.前言随着高层、超高层建筑的发展，单纯的钢筋混凝土结构体系无法满足建筑使用功能的需要，如何减少结构构件的截面尺寸，减少结构构件占去的有效建筑面积是建筑结构契待解决的问题。近几年，钢与混凝土组合结构得到很快的发展，这种结构体系是充分利用了钢和混凝土两种材料的优点，让两种材料协同受力，从而有效减少了结构构件的截面尺寸，满足建筑使用功能要求，提高整个建筑物的品质，因此掌握和积累型钢柱砼施工具有非常重要的意义。结合荣军苑住宅小区2#底商住宅楼工程实际，总结在型钢混凝土组合结构施工过程中技术工艺质量控制要点，为今后型钢混凝土施工提供了非常宝贵的实践经验和技术指导，以此为基础，进行归纳和总结，形成本工法，极具推广应用价值。2.工法的特点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。由于在钢筋混凝土中增加了型钢骨架，使得这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点。2.1型钢混凝土设计上不受含钢率限制，刚度、承载力高。型钢混凝土结构的构件的承载能力可以高于同样尺寸的钢筋混凝土构件的一倍以上，因此，对于高层建筑，既可以减小构件截面，又可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。2.2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。2.3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。2.4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。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.工艺原理由钢筋混凝土包裹型钢所形成的结构被称为型钢混凝土组合结构，它的核心部分为型钢构件，即在型钢外侧配置适当的纵向受力筋并配以合适的箍筋加以约束的混凝土结构。在施工时，宜先在专业的钢结构加工厂根据设计要求事先将型钢加工好，钢结构专业吊装队伍进行吊装，完成后再交由土建施工队伍进行外包的钢筋混凝土施工。4.1根据国家标准：钢结构工程施工验收规范（GB502052012）、建筑钢结构焊接技术规程（JGJ812002）、型钢混凝土组合技术规程（JGJ138-2001）、钢混凝土组合结构施工规范（GB 50901- 2013）来指导整个型钢混凝土施工全过程。采用的施工工艺是依据国家现行，以及图纸设计要求的基础上应用切实可行的施工工艺。4.2采用可靠吊装方法分次将型钢柱、梁起吊到设计的标高和轴线位置。4.3型钢梁与柱对接焊接前，校核柱轴线位置、型钢柱翼缘的垂直度以及钢柱型钢梁钢板顶面标高。4.4用设置在型钢柱上的绳子配合吊车来调整柱子的垂直度，将误差严格控制在规范允许的范围内。4.5选用科学、合理的运输、安装工艺和焊接方法来控制施工中型钢梁的变形。4.6型钢梁、柱受气温影响有一定的热胀冷缩，应制定合理的测量方法和选择适当的吊装和焊接时间，来保证型钢梁、柱施工中的精确度。5.工艺流程及操作要点5.1工艺流程型钢梁、柱制作预埋地脚螺栓浇筑底板安装钢垫板、柱脚灌浆安装第一节型钢柱安装型钢梁绑扎柱子钢筋安装柱模安装水平结构模板绑扎梁、板钢筋浇筑柱、梁、板混凝土安装第二节型钢柱（图5.1） 预埋地脚螺栓安装钢垫板、柱脚灌浆型钢梁、柱制作安装型钢柱浇筑底板混凝土安装型钢梁柱子钢筋的绑扎安装柱模板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型钢梁、柱制作要点： 5.2.1.1型钢加工应严格按设计图及规范要求选材，所选材料质量证明书应与实物相符，并应符合现行国家有关规定，未经设计许可严禁擅自代用。5.2.1.2放样和号料应本着有效利用的原则进行，先下大料，后下小料。应先核对施工图，熟悉工艺要求、钢材规格、材质、批号等，根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割、刨边和铣平等的加工余量。5.2.1.3板材下料必须在专用的割机下料平台上进行，柱、梁有腹板及翼缘板下料时，应使其受力方向(即长度方向)一致。钢板切割后，应进行外观检查，对边缘的棱边、缺口及时补焊和打磨平整。5.2.1.4为保证钢结构焊接质量，板材对接焊缝处需用坡口焊接，坡口加工采用半自动气割机进行。焊接坡口尺寸的允许偏差应符合国家标准，手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸（GB985-2008）和埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸（GB9862008）中的有关规定。5.2.1.5型钢加工一般在工厂内制作，缘板和腹板的拼接是在钢平台上进行，焊接采用埋弧自动焊接，焊接前必须将各焊口清理干净，焊剂要充分干燥，焊接电流要调整适当，避免焊接咬边，未焊接夹渣、气孔等缺陷。焊接前应作同类材料焊接工艺评定确定其焊接工艺参数。5.2.1.6钢梁、柱翼缘边焊接后，若有变形现象时，须在钢翼缘矫正机上进行矫正，矫正后的钢材表面不得有明显的凹面损伤，表面划痕深度不宜大于0.5。5.2.1.7钢梁、柱及连接板上制孔应采用机械钻孔，加工后的孔周边用砂轮打磨机打磨毛刺，严禁使用氧焊割孔。制孔前考虑焊接收缩余量及焊接变形的因素，将焊接变形均匀分布在构件上。5.2.1.8构件制作完毕，在其相应表面划出其纵横轴线、垂直度控制线及标高控制线（同楼层50线）。5.2.1.9构件的运输应根据构件制作尺寸、重量，选择相应平板拖车进行运输，装车高度应控制，运输过程中，须用手拉葫芦固定好，确保运输路途中的安全。5.2.2预埋地脚螺栓5.2.2.1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-2F层就有，需要从基础内生根。 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。5.2.2.2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。图5.2安装完成后的地脚螺栓5.2.2.3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，以避免混凝土浇捣时对螺栓丝口的污染。5.2.2.4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筑工序。 5.2.3浇筑基础混凝土5.2.3.1在浇捣混凝土之时，要精心施工，派有经验的专人值班，既要振实混凝土又不要碰撞螺栓，以避免预埋螺栓的位移及标高的改变。5.2.3.2浇筑基础混凝土时注意在柱脚部位预留50-60mm（与钢柱底设计标高相比），用于填充型钢柱底板和基础顶面空隙，即微膨胀无收缩细石混凝土的高度。5.2.3.3基础混凝土浇捣之后，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。同时清理预埋螺栓杆及丝口上的残留混凝土。5.2.4 型钢柱的安装型钢柱多采用十字型或H型。为充分利用塔吊及起重机的能力和减少连接，结合工程实际层高，一般制成两层一节（或一层一节）。5.2.4.1第一节柱安装1）测量放线：将型钢柱的就位轴线弹在柱基表面，从现场水准点引楼层50标高控制线。2）安装钢垫板：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。保证钢板轴线、标高、水平度符合要求后与螺杆点焊接临时固定。3）柱脚灌浆：基础顶面与钢垫板的空隙采用无收缩（高于基础混凝土一个强度等级）细石混凝土进行二次灌浆。灌浆时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垫板板下表面为止，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。4）吊装：型钢柱吊装方法采用直吊法，吊装设备为现场布置的塔吊和汽车吊。钢柱起吊时钢丝绳固定在起重机吊钩上，起重机收钩，直到柱身呈直立状态，然后将柱吊离地面50cm时应停机检查吊索具是否安全可靠，确认无误后升到安装高度，移到就位柱上方，缓慢下降，将型钢柱底板的四个点与钢垫板轴线对正。5）钢柱就位后, 进行校正：采用互成90的两台经纬仪测量找垂直，用倒连与缆风绳配合经纬仪校正，校正完毕，柱底板安装螺栓进行临时固定，即可脱钩。6）型钢柱缆风绳松开不受力，柱身呈自由状态，再用经纬仪复查，如有偏差，重复上述过程直至无误，将螺栓拧紧，全部拧紧后焊牢。5.2.4.2第二节柱安装1）引测控制轴线：每节柱的定位轴线决使用下节柱的定位轴线，应从地面控制线引至高空，以保证每节柱正确无误，避免产生过大累积误差。2）第二节柱轴线调整：为使上下柱不出现错口，尽量做到上下柱中心线重合，如有偏差调整每次控制在3mm以内。3）第二节柱垂直度校正：重点是对钢柱有关尺寸的预检，安装时校正同第一节柱，只是临时固定用。5.2.4.3型钢梁的安装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。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。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。图5.3 型钢梁的吊装5.2.4.4构件焊接接焊接的一般顺序为：焊前检查 预热除锈 装焊垫板和引弧板 焊接 检验1)型钢柱节与节之间采用坡口焊接。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，2）柱两侧对称的梁应同时焊接，同一根梁的两端不能同时焊接。同一根梁的上下翼板应先焊下翼板，后焊上翼板。上下节柱的对接接头采用对称焊接，施焊时，采用二人同时对称焊接，防止焊接变形引起柱弯曲。3）焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。 4）预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化，预热温度。 5）重新检查预热温度，如温度不够应重新加热，使之符合要求。 6）装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表面相同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。 7)焊接：第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板的连接处，然后逐道逐层累焊至填满坡口，每道焊缝焊完后，都必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。 8)一个接口必须连续焊完，如不得已而中途停焊时，应进行保温缓冷处理，再焊前，应重新按规定加热。 9)遇雨、雪天时应停焊，构件焊口周围及上方应有挡风、雨棚，风速大于5m/s时应停焊。环境温度低于零度时，应按规定采取预热和后热措施施工。 10)碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度,进行焊缝探伤检验。5.2.5安装柱子钢筋5.2.5.1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。5.2.5.2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。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。5.2.6安装梁钢筋5.2.6.1梁主筋的施工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，通钢筋混凝土标准若主筋即不能穿过，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：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大于腹板面积的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。5.2.6.2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。 图5.4 梁箍筋5.2.7柱模板施工本工程方柱全部配制木模板，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：5.2.7.1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。5.2.7.2对拉螺栓：柱箍采用钢管加固，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。5.2.7.3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。5.2.8柱混凝土施工5.2.8.1普通型钢柱（十字柱）5.2.8.2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。2）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）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；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。图5.5 型钢混凝土柱 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501吊装2自动埋弧焊机AC1200/DC10005台焊接3栓钉焊机RSN20003台焊接4超声波探伤仪EPOCH-23005台无损检测5超声波测厚仪LA-104台钢板检测6经纬仪DJ22台轴线、垂直度检查7钢卷尺50m2把测量放线8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（GB50204-2010）建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2013）钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2012）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