型钢混凝土结构施工工法

型钢混凝土结构施工工法适用范围

《型钢混凝土结构施工工法》适用于工业与民用建筑中的各种型钢混凝土结构。

型钢混凝土结构施工工法工艺原理

《型钢混凝土结构施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.采用计算机三维建模的辅助方法，深化了型钢梁柱节点区型钢截面形式，钢筋定位、开孔和连接方式。节点区梁、柱主筋在型钢开孔率允许的条件下贯通通过，其余非贯通钢筋与型钢梁柱腹板或翼缘上预焊的连接器和连接板连接，使节点区钢筋连接可靠，操作方便易行。

2.利用自密实混凝土流动性大，易密实的特点，解决了型钢混凝土结构中钢筋密集部位的混凝土振捣不密实和振捣困难的施工难题。

3.为了进行模板体系设计，通过现场试验测定了混凝土浇筑过程模板所受侧压力值，经数据分析确定了超高型钢柱中模板侧压力计算方法。

型钢混凝土结构施工工法施工工艺

• 工艺流程

《型钢混凝土结构施工工法》的施工工艺流程如图1所示。

• 操作要点

《型钢混凝土结构施工工法》的操作要点如下：

一、深化设计

1.深化设计方法

由于节点区型钢梁、柱、钢支撑及梁、柱构件中受力钢筋和构造钢筋的存在，节点区型钢和钢筋的关系十分复杂。施工中利用计算机三维建模的辅助方法进行深化设计，通过三维模型确定节点区型钢和钢筋的位置，并完成深化图的绘制，以便型钢构件的加工

2.型钢柱钢筋深化设计

根据型钢柱钢筋规格、数量，结合型钢梁、钢支撑的截面形式和钢筋保护层厚度的要求，对型钢柱主筋进行排布定位。主筋间距需满足规范要求。型钢梁、钢支撑翼缘范围的型钢柱主筋利用穿孔的方式通过，为了保证穿孔率满足设计要求，梁端翼缘节点采用变截面的方法加大翼缘宽度。

由于柱顶没有足够的锚固和弯折空间，型钢柱柱顶设置锚固钢板，柱顶钢筋利用塞焊的方式锚固在锚板上。

3.型钢梁钢筋连接方法深化设计

1）在满足型钢柱腹板开孔率要求的前提下，型钢梁部分钢筋穿过型钢柱腹板，按照普通钢筋连接方法施工。

2）将型钢梁梁端翼缘加高、加宽，部分型钢梁钢筋焊接在梁端翼缘截面上，翼缘未焊接宽度需满足设计要求。梁底钢筋焊接前，先在加宽的下翼缘上开孔（工厂进行），利用补板的方式将梁底钢筋焊接在下翼缘板上。

3）复杂节点处型钢梁主筋采用连接器和连接板连接。图2钢筋连接器使用示意图。

4.节点区箍筋深化设计

节点区由于型钢腹板的影响，型钢梁、柱箍筋不能自然封闭。深化设计确定腹板范围的箍筋位置、数量，工厂加工时在腹板上焊接胡子筋，钢筋安装时箍筋与预焊接的胡子筋焊接。图3为节点处箍筋焊接实物照片。

5.型钢柱腹板上对拉螺栓孔深化设计

根据模板方案设计，型钢柱螺栓竖向间距在6米以下为450毫米，6米以上为900毫米，柱底第一道对拉螺栓距地面200毫米。深化设计时需确定对拉螺栓孔的位置。型钢柱在工厂加工时根据深化设计结果，在型钢柱腹板上开直径为30毫米的圆孔。避免了现场开孔的现象。

6.型钢柱中拉钩的深化设计

由于柱中型钢的存在，拉钩不能在柱截面内贯通布置。将贯通拉钩改为分段拉钩，与焊接在钢板上的ф12钢筋环拉接，钢筋拉环竖向间距同拉钩间距。图4为型钢柱中拉钩设置形式。

二、型钢柱安装

1.施测方法

1）轴线、中心线测量

对已安装完的劲性构件的定位轴线和中心线进行复验检查，监理单位验收合格后方可进行下道工序施工。

2）标高测量

依据甲方提供的原始水准点，对任意一个水准点桩进行测定。往、返各测2次，所测得的高程之差不大于3毫米为合格，取平均值作为最后观测结果。利用已测定的水准点桩，使用N3水准仪对其他点桩进行测定，往、返各测一次，2次观测结果不大于±0.5毫米为合格。

3）垂直度的控制

使用2台经纬仪，按正交的方法，对劲性柱进行垂直校正。

2.型钢柱吊装、校正、焊接

1）吊点采用工厂制作时设置的专用钢板制吊耳，每根钢柱设置2个吊耳，直接焊在钢柱的顶部两侧，吊耳距顶面10厘米，同时柱体翼缘板上焊接四个拴捯链的耳板。

2）柱子起吊前为保证柱子稳定性，采用4根ф14毫米钢丝绳作为缆风绳，分别拴在柱子顶部，作为找正、临时固定使用。选用两根6×37ф30毫米钢丝绳作为吊装索具，将柱头两侧吊耳吊起，见图5所示。柱子安装就位采用四个链。

3）型钢柱吊装方法采用直吊法，利用塔吊或汽车吊进行吊装。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50厘米时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，对正位置后，用连接板安装螺栓进行固定，同时将缆风绳与地面地锚固定。

根据起重设备的机械性能，确定型钢构件的加工长度，竖向构件的加工长度应尽量长，以减少吊装次数，提高功效，节约工期。

4）钢柱的校正主要是垂直度的校正。柱的垂直度检查使用2台经纬仪从柱的相邻两边检查柱的吊装准线的垂直度。钢柱找正方法采用倒链找正方法。

5）对接焊接要求熔透的双面对接焊缝，在一面焊接结束，另一面焊接前应彻底清除焊根缺陷至露出焊缝金属光泽，方可进行焊接。用背面钢垫板的对接坡口焊缝，垫板与母材之间的结合必须紧密，应使焊接金属与垫板完全熔合。

三、施工脚手架搭设

型钢柱钢筋绑扎前需根据柱高在型钢柱四周搭设施工作业架，作业架为双排架，在四个方向上连成整体。作业架立杆与型钢柱间的距离的确定需考虑模板加固时的空间需求。钢筋绑扎时利用小横杆挑出操作面，模板安装时拆除挑出的操作面，工人直接站在作业架内进行操作。

四、钢筋加工

型钢梁、柱的加工需严格按照深化设计结果进行，以便安装。型钢柱钢筋加工时需考虑主筋在梁顶面的甩出长度。若甩出长度太长会给型钢柱的安装带来困难，且为钢筋顺利穿过型钢梁翼缘孔，造成不便（没有调节空间）。

柱顶钢筋下料时，按现场实量尺寸进行下料，以免浪费。

五、钢筋安装

钢筋与型钢翼缘或连接板焊接时，严格按照设计和规范要求进行，保证焊缝厚度和高度。

型钢柱主筋在基础梁内插筋时，需严格按照深化设计结果进行插筋，必须保证穿过型钢梁翼缘板的主筋位置准确，且在柱子的整个施工过程中需保证该部分钢筋的竖直度。穿过型钢梁或钢支撑牛腿翼缘板的主筋安装时先将待连接的钢筋从下往上穿过穿筋孔，然后利用专用套筒与下端钢筋连接。

柱顶钢筋安装时穿过柱顶锚板上的预留孔后，切除多余的钢筋头，进行塞焊，焊缝需充满预留孔与钢筋间的空隙，焊缝顶部应与锚固板顶面平齐。

六、模板设计、加工、安装

1.不等高型钢柱模板设计

型钢柱混凝土结构实现了大跨度、大空间。但型钢柱的超高设计高度（且各柱高度不等）以及复杂的梁柱节点对混凝土施工带来了很大的困难，且限制了钢模板的使用。

工程中不等高的超高型钢柱采用了易加工的木模板和自密实混凝土。自密实混凝土呈高流态，其对模板的侧压力与浇筑高度和速度有关。模板设计前为了确定合理的计算模型，利用压力盒试验确定了自密实混凝土产生的侧压力的计算模型如式所示∶F=αγ_cH，式中α——折减系数。

经过计算，超高型钢柱模板体系设计如表1所示。

2.模板加工

1）内层模板使用新模板，按照建筑师的设计理念，水平蝉缝竖向间距2.0米，柱边长大于1.2米时设置居中竖向蝉缝，外层模板使用旧木胶合板。

2）模板连接∶模板面板与木工字梁用钢钉连接，钉眼用腻子刮平，板缝用玻璃胶嵌填严实。

3）木工字梁采用接高件的方法接长，接高件为两片加工好的80毫米×600毫米×6毫米钢板，在每根木工字梁端头用2根六角螺栓固定，相邻木工字梁接头间隔错开。

4）吊钩安装∶模板吊钩安装在模板边第二根工字梁端部。

3.模板安装

1）模板利用塔吊吊装。

2）模板下口无顶板或型钢梁时，在下一层柱顶设置柱箍，柱箍与模板下口间设置100毫米×100毫米方木支撑。

3）模板加固使用可拆式对拉螺栓（三节头），对拉螺栓两端与模板接触处分别套一硬聚酯锥套，锥套外侧与模板接触面顶紧，锥套与模板之间还要加一个直径与锥套相同的密封条垫圈，确保混凝土不漏浆。

七、混凝土浇筑

型钢混凝土结构采用自密实混凝土浇筑。自密实混凝土利用汽车泵或地泵进行泵送。"王"字形型钢柱将柱截面空间分为四个区，混凝土浇筑时从四个分区间隔下灰，以免从一个区连续下灰致使一侧模板压力过大，造成模板移位。混凝土浇筑速度不能过快，下灰速度应控制在3米/小时。

型钢梁下翼缘板以下混凝土浇筑时必须从型钢梁一侧下灰，以便气体的排出。

混凝土浇筑时利用振捣棒辅助振捣，这样可以减少混凝土表面的气泡、麻面等质量缺陷，但振捣持续时间不能过长，一般每个振捣点振捣时间不超过3秒。混凝土浇筑时利用橡皮锤敲击模板外侧，尤其是柱子四角处应多敲击，这样可以检查混凝土浇筑是否密实，而且有利于排除混凝土内部的气孔。

一、主要材料设备

《型钢混凝土结构施工工法》所用的材料及设备明细如下，施工单位根据工程情况选用：钢筋、混凝土（自密实）、连接板（材质同型钢母材）、连接器（与钢筋规格型号匹配、与型钢间的可焊性符合要求）、全站仪、铅直仪、钢丝绳、花篮螺栓、焊接设备（CO₂气体保护焊）、起吊设备、倒链、电焊机、烘箱、对拉螺栓等。

二、劳动力组织

《型钢混凝土结构施工工法》现场管理人员包括工长、技术员、质检员、安全员、材料员、测量员。作业工种包括电气焊工、吊装工、信号工、机械工、塔司、钢筋工、木工、混凝土工等。

《型钢混凝土结构施工工法》的工法特点是：

1.针对型钢混凝土框架梁柱节点提出梁端翼缘变截面设计方法，解决了型钢与钢筋节点施工难度大难题。

2.通过采用连接板和连接器的方法，解决了型钢混凝土结构梁柱节点区密集钢筋受型钢穿孔率限制的施工难题。

3.通过现场侧压力试验，确定了超高型钢柱混凝土浇筑中模板侧压力的计算方法。

4.采用适用于型钢混凝土结构的自密实混凝土，保证了型钢混凝土结构混凝土的成型质量。

随着中国建筑业的不断发展，建筑风格日益多样化。特别是2008年奥运会成功申办后，奥运工程中出现了一批造型新颖独特的建筑。各大型建筑为了实现使用功能的需求，均采用了型钢混凝土结构。型钢混凝土结构是实现大空间、大跨度建筑功能的主要结构形式。型钢与钢筋混凝土协同作用、受力合理，能减少构件截面尺寸，使可利用空间增大，同时能降低工程成本。型钢混凝土结构施工工艺复杂、施工难度大。北京城建集团通过不断的工程实践，对型钢混凝土结构中的型钢安装工程、钢筋安装技术、混凝土工程和模板工程等施工工艺进行了总结，形成了《型钢混凝土结构施工工法》。

一、规范规程

《型钢混凝土结构施工工法》遵循以下2005年前的规范及规程：《型钢混凝土组合结构技术规程》、《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204、《钢筋焊接及验收规程》、《钢筋机械连接通用技术规程》。

型钢柱安装质量执行《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205，允许偏差按表2执行。

钢筋工程安装质量执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》，允许偏差按表3执行。

模板工程安装质量执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》，允许偏差按表4执行。

二、关键部位质量要求

《型钢混凝土结构施工工法》关键部位质量要求如下：

1.型钢柱、梁、钢支撑工厂加工完后，应在工厂进行预拼，保证施工质量。

2.施工前钢筋连接形式、连接板、连接器的焊接工艺等必须先做工艺检验。现场同一部位钢筋有多种级别时，连接板、连接器、连接套筒、电焊条（丝）等按高级别钢筋强度考虑。

3.结构钢筋采用连接板、连接器的形式与型钢连接时，混凝土浇筑前要对连接板和连接器妥善保护。

4.竖向结构模板安装后、混凝土浇筑前要用钢丝绳缆风重新调校固定竖向型钢的顶部位置，在该层竖向结构模板拆除前撤除缆风。

5.当竖向型钢混凝土构件内钢筋密集，采用普通混凝土浇筑困难时，可以采用自密实混凝土进行浇筑。个别部位可以采用自密实混凝土并进行辅助振捣（二次振捣）的办法进行施工，此时要将混凝土的砂率控制在下限并适当提高混凝土浇筑标高，混凝土强度达到1.2兆帕后将表面浮浆层剔除。

《型钢混凝土结构施工工法》的效益分析如下：

一、经济效益

通过对型钢混凝土结构节点的空间关系的深化设计，保证了节点的受力状态且降低了工程质量风险。降低了操作难度，节约了人工费和工期。以国家体育馆工程为例，型钢混凝土框架施工节约的型钢、钢筋、模板等材料的材料费、机械费和人工费共计240万元。取得了经济效益。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算

二、社会效益

型钢混凝土框架节点处型钢、钢筋的处理方式简单、易操作，在施工中积累的丰富经验，将会在2005年以后类似工程施工中起到借鉴作用。

该工法成功实现了超高型钢柱混凝土一次浇筑施工技术，为木模板在类似工程中的使用积累了经验。工程中经过试验确定的自密实混凝土侧压力计算方法为类似工程施工提供了技术依据。

采用《型钢混凝土结构施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.专业工种必须持证上岗，戴好齐全合格的防护用品，所有工人必须经进场教育并考核通过后方可进行施工作业。

2.钢构件吊运时，下方禁止站人，耳板连接螺栓及缆风安装完成后方可摘钩。

3.从事电气焊、剔凿、磨削作业人员应使用面罩或护目镜。氧气瓶不得暴晒，瓶口处禁止沾油。氧气瓶和乙炔瓶工作间距不得小于5米。两瓶同焊炬或火源间的距离不得小干10米。未安装减压器的氧气瓶严禁使用。如采用二氧化碳气体保护焊接，应严格执行各项有关安全规定，保持良好通风。

4.严格遵守防护架使用规定，高空作业人员系安全带，观察好周围作业环境。操作架经验收合格后使用。

5.定期对钢丝绳等吊具进行检查，发现破损立即更换。

6.大模板及构件上要设置临时爬梯，爬梯要固定牢固，大模板场地要硬化。现场自制木模板吊环强度要满足吊装要求。

7.墙柱模板未固定前，要有可靠的临时防倾覆措施。

8.电焊作业时必须双线到位，漏电保护器灵敏有效。

9.5级以上风天及雨雪天不应进行模板及构件吊装作业。

10.用火应开用火证，设看火人，用火地点设置消防器材。

11.钢结构焊接应设接火盆。

《型钢混凝土结构施工工法》的应用实例如下：

• 实例1：国家体育馆工程

国家体育馆主体结构形式为框架—剪力墙结构与型钢混凝土框架—钢支撑相结合的混合型结构体系。场馆外排柱全部采用型钢柱，共78根，首层以上的型钢柱之间的框架梁为型钢梁，15.89米标高处的框架梁与外圈型钢柱之间以及看台顶部斜梁与型钢柱之间采用型钢梁连接，以加强子体系之间的连接和过渡区结构的抗震，型钢混凝土梁共437根。柱间支撑主要布置在场馆的转角部位和柱顶，共278组。

• 实例2：中央电视台电视文化中心工程

中央电视台电视文化中心工程位于北京CBD地区，建筑面积103648平方米，地下2层地上34层，建筑檐高140.68米，工程主体为型钢混凝土结构，工程型钢混凝土结构中型钢用量约10000吨。标准层施工时间平均每层6天，最快达到5天1层。工程中梁柱钢筋通过连接板和连接器与结构内型钢相连，解决了密集梁柱钢筋与型钢斜交的施工难题。

• 实例3：银泰大厦工程

银泰大厦工程由3座塔楼组成，其中东、西塔楼地上43层，建筑高度186米，为局部型钢混凝十结构；北塔楼地下部分为型钢混凝土结构，地上部分63层，建筑高度250米，为全钢结构。该工程型钢混凝土结构中型钢用钢量为2500吨，钢骨架截面为"十"形和"H"形。异形截面、变截面构件多。劲性结构构件截面尺寸较大，数量多，劲性柱截面最大尺寸达到2.5米×2.5米，劲性转换梁截面最大尺寸达到2米×6米，北塔楼单层劲性柱达55根，东、西塔楼单层劲性柱46根。

• 实例4：国家大剧院工程

国家大剧院工程202区包括歌剧院、戏剧院、音乐厅三部分。歌剧院共有8根型钢混凝土柱，其屋面板顶标高为33.500米，屋面主梁顶标高为34.000米。主舞台屋面下方空间为矩形的筒体，自—27.500米板面至屋面板底为超高大空间，凌空高度达到60.800米。该屋面在南北方向设置10根截面尺寸为750毫米×2000毫米的主梁，在东西方向设置2根截面尺寸为550毫米×1000毫米的次梁。屋面顶板厚200毫米，主梁高出板面500毫米。戏剧院共有10根型钢混凝土柱。音乐厅共有24根型钢混凝土柱，截面为椭圆形。型钢混凝土柱内型钢均为"工"字形，其中XG1、XG2、XG3、XG4型钢的长宽为400毫米×400毫米，腹板厚60毫米，翼缘板厚40毫米；XG5劲性柱内型钢的长宽为800毫米×800毫米，腹板厚50毫米，翼缘板厚25毫米。

《型钢混凝土结构施工工法》的环保措施如下：

1.施工垃圾采用封闭容器吊运到地面，施工垃圾严禁随意凌空抛撒。现场垃圾要及时清运，清运时要洒水，防止扬尘。

2.严格控制强噪声作业，施工现场在使用混凝土输送泵、电锯等强噪声机具前，采取隔声棚或隔声罩进行降噪封闭、遮挡，推荐使用免振捣混凝土或采用低噪声混凝土振捣棒。施工噪声白天控制在70分贝以下，夜间不得超过55分贝。

3.钢筋加工机具地面要采取防渗漏措施，防止润滑剂等对地面造成污染。

4.混凝土地泵下方设沉淀池清洗，污水经沉淀后排入市政污水。

5.电焊作业面做好防护遮挡，防止对周边环境造成光污染。

6.基础降水采用循环利用技术，养护混凝土和施工运输喷洒降尘。

2008年01月31日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2005-2006年度国家级工法的通知》建质[2008]22号，《型钢混凝土结构施工工法》被评定为2005-2006年度国家一级工法。 2100433B

GFRP管及钢管型钢混凝土结构内容简介

《GFRP管及钢管型钢混凝土结构》可供土木工程、水利工程、海洋结构工程等专业的教师、研究生、高年级本科生，以及从事该领域的研究和设计人员参考。

GFRP管及钢管型钢混凝土结构作者简介

王连广，教授，博士，博士研究生导师。现在东北大学资源与土木工程学院任教，兼辽宁省土木工程学会常务理事，中国钢协组合结构协会理事，辽宁工程技术大学客座教授，大连理工大学博士生导师,沈阳大学兼职教授。主要从事钢与混凝土组合结构、预应力技术及结构加固技术等方面的研究和教学工作。