探究钢―混凝土结构的施工技术

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【摘 要】随着建筑设计中对跨度及层高的要求越来越高，单一的使用钢筋混凝土结构体系已经无法满足建筑使用功能的需求，怎样达到使构件的截面尺寸相对较小和所占的有效建筑面积尽可能少是现行建筑结构待需解决的问题。这就使得钢与混凝土组合结构近十年来在我国有了一个很大的发展空间，这种结构充分利用了型钢、钢筋、混凝土三位一体的工作使钢-混凝土结构具备了比单一使用钢筋混凝土的结构承载力大、刚度大及抗震性能好等优点，且有效减少了结构构件的截面尺寸。现结合浙江广厦学院文体中心工程实际，主要利用现场典型相关施工照片来说明在钢-混凝土结构施工过程中如何保证施工质量，使所施工完成的结构符合结构设计的要求，符合建筑使用功能的要求，且在此基础上提高整个建筑物的品质。

【关键词】型钢混凝土柱梁；型钢柱节点；劲性钢骨柱外包混凝土结构

1.总体概况

浙江广厦学院文体中心工程位于东阳市江北人民路西侧，田径场东侧，由浙江大学建筑设计研究院设计，与新建住宅区相邻。它的建成将促进东阳市体育文化和经济的发展。浙江广厦学院文体中心工程建成后为东阳市目前的一个最大型体育活动场所，总建筑面积28743.4平方米，高约26.8米。浙江广厦学院文体中心工程空间构成主要为中庭空间网架结构。本建筑设计跨度大，层高较高，屋面为折板造型。集训练比赛等于一体的综合性乙级中型体育建筑和丙级中型剧院的1005座报告厅组成，体育馆观众席总座位数4935个。其中固定座位数4021个，活动座位数904个，无障碍座位数10个。防火耐火等级二级，防水工程：本工程地下防水等级为一级屋面防水等级二级。防水使用年限15年。本工程主楼部分柱子为劲性钢骨柱外包混凝土结构，主楼屋盖为双层网架结构，主楼部分屋顶层为钢梁外包混凝土结构、栓钉。主楼建筑物高度为20米，共有地下一层和地上三层。主楼以下类型的柱子：KZ6、KZ7、KZ8、KZ12、KZ15、KZ16、KZ23、KZ24、KZ25中设有劲性钢骨柱。

KZ6、KZ12、KZ23中的劲性钢骨柱为十字钢柱，钢柱截面尺寸为：400*250*16/16，其中KZ6钢骨柱范围为基础顶～4.950米，KZ12钢骨柱范围为4.950米～11.950米，KZ23钢骨柱范围为11.950米～20.000米。

KZ7、KZ15、KZ24中的劲性钢骨柱为十字钢柱，钢柱截面尺寸为：600*400*20/20，其中KZ7钢骨柱范围为基础顶～4.950米，KZ15钢骨柱范围为4.950米～11.950米，KZ24钢骨柱范围为11.950米～20.000米。

KZ8、KZ16、KZ25中的劲性钢骨柱为十字钢柱，钢柱截面尺寸为：600*400*20/20，其中KZ8钢骨柱范围为基础顶～4.950米，KZ16钢骨柱范围为4.950米～11.950米，KZ25钢骨柱范围为11.950米～20.000米。

主楼屋盖有三部分组成，分别体育馆网架、训练馆网架及报告厅网架，为双层网架结构，体育馆网架长度为78.4米，宽度72米，结构最高点标高为25.8米，网架最大悬挑6.4米，最大跨度72米，范围7～16轴交R～Y3轴，由圆管制作而成。训练馆网架长度为40米，宽度32.4米，结构最高点标高为13.4米，最大跨度为32.4米，范围1～5轴交T～Y1轴，由圆管制作而成。报告厅网架长度为51.75米，宽度32米，最高点标高为19.059米，最大跨度为32米，范围2～7轴交D～M轴，由圆管制作而成。主楼部分屋顶层为钢梁外包混凝土结构、栓钉，范围16～1/18轴交2/Q～Y3轴。

2.施工前对本工程的重点问题所采取的相关措施

本工程钢结构施工内容主要为主楼柱子中的劲性钢骨柱结构和主楼屋盖的双层网架结构，钢结构深化设计中如何保证深化设计的节点满足受力要求及设计要求，是本工程的重点。具体解决措施如下：

2.1配备足够的设计人员

针对本工程，拟配备3人的深化设计队伍。其中1人为细化翻样负责人。2人对结构进行深化设计和翻样，具备本科以上学历，5年以上工作经验，工程师以上职称。

2.2主要设计软件的投入

本工程节点设计将主要采用通用有限元分析软件ANSYS进行分析，对整体结构将主要采用IDAS通用结构有限元分析设计软件进行分析。

2.3深化设计软件

采用XSTEEL加工详图设计软件，通过对整个结构的三维实体建模，通过计算机一比一模拟设计，输出指令，自动拆分框架构件，并对各构件详细编号，最终形成一整套供加工设计用的详图以及供安装用的结构布置图。

MdiSystem加工详图设计软件对整个结构的数字化虚拟建模，通过计算机一比一模拟设计，输出指令，实现无图纸化加工。相贯线及坡口一次成形，杆件下料切割、坡口精度均由计算机控制一次完成，为高质量的完成相贯面切割提供了充分必要的条件。

在CAD绘图软件的平台上，针对本工程开发一些详图设计辅助软件，譬如：构件的自动编号、自动标注尺寸、自动列出详细的材料表、统计出各零件尺寸及重量等。

3.施工中钢结构加工制作重点、难点分析及解决措施

本工程型钢结构加工制作的内容有焊接十字钢骨柱和圆管网架。从钢构件制作难易角度分析，焊接圆管网架构件为工程制作的难点，但十字型钢柱数量多，结构用量大，工厂加工制作阶段也需重点控制；采取的措施为确保钢构件制作质量符合设计要求，钢柱牛腿节点组装采取“地样放样+全站仪精确定位技术”，有效控制组装牛腿的空间角度。组装焊接采取热输入量小的CO2气体保护焊，先腹板后翼板；焊接时由双人同时从趾部向根部施焊，确保焊接质量。

4.施工中变形检测是此工程施工的重点

测量定位是钢结构安装的重点，本工程主楼钢结构安装施工高度达到20m，钢结构安装施工测量要求高，圆管网架、钢柱的测量定位要求尤其高，测量施工难度大。针对这些实际问题所采取的措施如下：

（1）采用全站仪及激光经纬仪等高精度测量仪器，保证测量的准确性。同时由于多道工序对结构安装精度的影响，在结构施工过程中，对每道工序施工前均应进行测量复核和调整，在施工过程中要求跟踪测量。施工完成后进行复核，法线偏差及时采取措施纠正。

（2）现场检测的内容主要有主结构构件的变形监测和复杂节点的应力监测。

a.变形监测主要采用全站仪。

测量精度：测程（一般大气条件）：2500m圆棱镜（GPR1）；角度测量精度：0.5"；距离测量精度：1mm+1ppm/3.0秒。

监测方法：外侧测点可以在施工场地周围建立的测量平面控制点，中间可在混凝土核心筒内部建立测量平面控制点，直接利用测量仪器进行监测，获取监测数据。

b.应力监测主要采用无线三向应变传感器

无线三向应变传感器

技术指标：测试参数x，y，z三向应变；采样频率128HZ；量程±1500με；传输距离100米。监测方法使用无线应变传感器直接监测杆件应力，通过地面接收基站可实时采集和分析数据。

此外，构件吊装精度的控制，由于本工程钢结构定位尺寸较为复杂，特别是外框钢柱构件，钢柱数量多，吊装时钢柱为临边倾斜构件安装定位难度大，是钢结构安装的难点。施工中采取的措施主要利用经纬仪和全站仪对构件进行定位和复核，利用水准仪进行标高测量。每层首根钢柱的定位和测量，采取缆风绳配合千斤顶进行调整定位的方法进行安装。现场焊接工作量大、焊接难度大；钢柱对接采用焊接连接，梁柱连接也采用焊接连接方式，整个工程现场焊接工作量相当大，当结构安装达到一定的高度后，焊接施工受风力影响较大。针对这一实际情况采取的措施为在焊接接头处设置防风棚，保证施工环境要求。由于主体施工时正值冬季，因此冬季施工时对厚板焊接部位采取焊前预热和焊后保温措施；且增加焊机数量和焊接工人数量，保证焊接工期；派遣有资质和经验丰富的焊工施焊。安全防护要求高，钢柱施工为临边施工，安全防护难度大，施工中采取的措施为在结构设置安全防护网。在钢柱连接接头处设置安全防护棚；钢柱吊装时在柱头处设置操作平台和爬梯，保证人员操作安全和上下安全；连廊下部设置安全网，保证结构安装时有多道安全防护措施。为了保证整个工程的质量，施工中对原材料的检测工艺和方法如下：

（1）购入的钢材应详细检查钢厂出具的质量证明书或检验报告，其化学成分、力学性能和其它质量要求必须符合国家现行标准的规定，且其质量证明书上的炉批号应与钢材实物上的标记一致，否则不得入库。

（2）根据钢材质量证明书与尺寸规格表逐张检验、核对，并检查钢材表面质量、厚度、局部平面度，同时对每张钢板进行100%超声波探伤复检，合格后方可办理入库手续，对检验不合格的材料要进行处理，不得入库。钢板厚度公差的检测方法：钢板厚度按《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、垂直和允许偏差》（GB709）执行，当钢板厚度小于等于20mm时，钢板厚度公差不大于5.0%。用油标卡尺进行检测。钢板的局部平面度检测：为满足本工程加工精度，要求在1000mm范围内，允许误差为1.0mm，检测采用1米直尺进行测量。钢材的表面外观质量检测：表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度负允许偏差的1/2；钢材端边或断口处不应有分层、夹渣等缺陷，采用目测检测的方法检验。

（3）对有厚度方向性能要求的钢板，应逐张进行超声波检验，检验方法按国家规范GB/T2970执行，对Q345B按Ⅲ级。30mm以上厚度的焊接，为防止在厚度方向出现层状撕裂，宜在下料和焊接前，对母材焊道中心线两侧各2倍板厚加30mm的区域。

（4）钢管的直径、构件长度、管口圆度、管面对管轴的垂直度、弯曲矢高、对口错边、管壁厚度等项目，应该进行检验。原材料的检测和复验方案按设计钢结构施工质量验收标准及监理要求根据国家规范对本工程钢材进行复验。

5.工程的实施效果

在大跨度结构中钢-混凝土结构展现了其特具魅力的一面以及相对较高的优势，在实际施工中可以通过合理的组织设计和合理的处理复杂的施工技术，一般能达到其良好的施工可行性。