劲性混凝土结构施工与应用

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摘要：劲性混凝土结构为一种新型结构，具备混凝土结构与钢结构双重优点而广泛应用于建筑当中。本文根据笔者多年施工经验，对劲性混凝土结构的构件制作及安装施工进行探讨。

关键词：劲性混凝土；安装施工

一、工程概况

某工程为劲性钢筋混凝土结构体系，采用Q235B钢板加工焊接成“十”、“工”字形劲性钢柱。基础采用螺栓预埋。“工”字形钢梁腹板厚一l6，翼板厚一20，在简区间连梁内设置劲性小钢梁翼板宽为100，每侧锚入支座内450，钢梁采用钢牛腿预埋人柱墙等支座内采用连接板用高强螺杆连接后将连接板周边进行焊接。

二、材料及施工要求

（一）型钢柱梁内钢骨、连接板、加劲板采用Q235B级碳素结构钢。按现行检测标准进行原材复试，各种规格钢材的化学成分及物理力学性能应符合国家标准GB700（（碳素结构钢》的相关要求。

（二）钢骨混凝土构件中所用的栓钉，应符合国家现行标准GB10433{圆桩头焊钉》，规定，焊接采用专用设备确保锚钉质量，不得采用手工焊，将锚钉打弯成90度检查是否发生开裂。

（三）钢骨柱由钢板焊接而成，每一截钢骨长度为层高减5mm，对接在现场采用手工电弧焊接。柱翼缘开v形坡，腹板开K形坡，采用全熔透焊缝，焊条采用ES0型，根据国家标准《手工电弧焊焊缝坡口的形式和尺寸》和《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》的规定，焊接连接处的焊缝强度不小于构件强度，现场工地钢骨结构的焊缝应进行无损伤检验。

（四）劲性钢构件，必须由专业厂家根据设计文件二次深化设计，二次深化须充分考虑现场施工做法，考虑梁柱节点施工，控制好钢牛腿及穿筋孔的标高位置，报施工单位复核无误后送设计院审批、确认。钢骨按二次深化在工厂的标准流水线工作平台上焊接、检测、调直。

（五）必须事先做好详细的施工技术方案，经业主现场工程师和监理工程师审定。钢骨柱、型钢梁连接、安装过程中，严格执行现行规范、规程和方案的要求。采取有效措施并优化方案确保钢骨柱、型钢梁安装、焊接质量和尺寸、位置的正确性。

（六）密切配合钢结构厂，采取有效措施，确保钢结构的加工质量及钢结构上各预焊牛腿、钢筋预留洞等位置的正确性，确保钢骨在运输、吊装过程中不产生变形，以及受力钢筋位置和钢结构构件的连接质量。

三、劲性钢构件制作和验收

钢结构构件制作，必须由专业钢结构加工厂按照《钢结构工程施工及验收规范》制作。采用自动埋弧焊进行焊接，确保划线、切割、焊接、组装的施工工艺和技术参数要求。

首先根据二次深化将构件分解放样编号，并对分解构件部位的穿筋孔位置及标高复核，对牛腿标高进行检查元误后发现场开料，现场穿筋孔采用磁力钻进行打孔，检查无误后进行组装。组装中必须注意组装顺序，十字形钢骨柱由工字板及两块T字板顺序进行操作组装必须设计加工专用的拼装模架各夹具，钢板加工合格后在组装前须进行校正，用专门的模架及夹具将刨边处理好的型材组装。

凡工厂制作构件须保证质量在出厂前应有测试合格报告，对现场全熔透焊的连接应在24小时后进行100%的超声波焊缝探伤检测，探测合格后方可出厂，不合格的采用电弧气刨刨掉然后去渣打磨重新施焊，然后检测合格后方可出厂，钢结构出厂时除提品合格证外，并提供钢材连接材料等材料的合格证明书、各项试验报告。

现场验收钢构件的外观，包括：钢构件的表面及焊缝清理、有无损伤、钢构件的长度、截面尺寸、是否扭曲、牛腿的标高、穿筋孔的位置、大小及数量等，并做好详细的检验记录。

四、劲性钢结构施工

（一）劲性铜柱分段

劲性钢柱的生产及现场施工必须充分考虑现场吊装环境，针对现场吊机的位置制定合理的吊装路线，分析各吊装点起重量，严格控制大型机械的安全使用，严禁超重作业，对部分钢柱层高较高，吊臂较远起重量较轻的进行分段，分段原则上，主要按设计要求的连接节点，结合塔机最大起重臂长及起重量性能，按照卸料区塔机起重臂长及起重量、楼层钢柱每节重量，确定钢柱长度及重量。具体现场卸料区对应臂长最大吊重。

（二）柱脚施工

钢柱脚埋设采用高强螺杆预埋式。在基础底板面上钢柱下 口采用端板连接与底脚预埋件连接，端板与底板之间预留50空隙采用上海宝冶BY60系列高强灌浆料进行填实，固定板中间开直径150以便排气，确保固定板 下口密实。

基础节钢柱下 口开坡口与一40厚端板焊接，待混凝土浇筑完成后精确定位测量放线后进行吊装，端板与固定板之间使用双螺母便于钢柱垂直度调节，用两台精纬仪精确进行垂直校正后，清理后灌灌浆料同时观察校正。

泵送混凝土浇筑前将柱筋焊接固定死，然后用020的钢筋从 四个方向将螺杆与底筋进行斜拉将螺杆校正后焊牢确保不产生偏移。

（三）吊装

塔吊在整个建筑物平面及卸料区内，均满足钢骨的起吊要求。由于钢骨柱的长度不太长、板材较厚，整个强度和稳定性均满足吊装要求。

将夹板连接孔调至钢柱腹板上，吊装时利用钢柱腹板上的连接孔吊装。就位后，利用连接板作临时固定。柱就位时，使上下柱接头处两个方向的安装线对齐，用高强螺栓（充当临时螺栓）把连接板和连接夹板连接，并充分拧紧，柱与柱接头处按照工艺要求采用5mm锲块进行调节。

操作人员上下，禁止直接攀缘柱外侧的抗剪栓钉上下，必须搭设专用云梯。

（四）校正

钢结构柱、梁等安装就位后立即进行校正和固定。当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。用经纬仪分别在两个方 向对型钢柱进行初步校正。控制安装标高及轴线精度。

底脚安装时，在固定上测设十字向轴线标志，与钢柱底脚钢板上的十字线对应；标高控制，利用钢柱底脚螺母进行调节。在固定板与钢柱底板间设置双螺母。精调后螺栓上下双面围焊。如图1：

各节钢柱间的连接，采用楔块校正。从钢柱接头处的四处耳板间隙打人钢楔块，通过打人钢楔块的深度校正钢柱的垂直度、标高以及钢柱组装对接间隙。校正后紧同高强螺栓完成终拧。如图2：

钢柱标高出现误差时，及时反馈让加工厂下料时及时控制和调整构件长度。

（五）现场安装焊接

钢柱的接头在工地现场焊接，翼缘接头采用V形坡 口焊，腹板接头采用K形坡口焊。采用E5OXX焊条，工地焊接遵循现行国家标准《手工电弧焊焊缝坡口的形式和尺寸》和《埋弧焊焊缝坡1：3的基本形式和尺寸》的规定。焊缝质量等级为一级，焊接连接处的焊缝强度不小于构件强度。及时做好焊接工艺试验。工地钢骨结构的焊缝进行无损伤检验。

①焊接工艺顺序

钢柱的焊接工艺顺序为：焊前检查… 安装垫板及引弧板校正钢牛腿标高――预热测温――对称焊接――保温或后热――检验――记录。

②焊接材料的选用及管理

本工程母材为Q235B，焊接材料选用低氢碱性焊条E5016（506）。焊条在使用前应进行360"C的烘焙，保温ld，时后，将温度降至1IOZ：恒温，使用时置于保温筒内，随用随取，焊条的露放时间不得超过4/1，时，用不完的焊条回收后再烘焙使用，但焊条回烘不得超过两次。焊条入库、烘焙、领用必须专人负责记录。

③焊接前 的准备 工作

1）焊接坡口按图设计在厂加工，坡口不得产生裂纹且光顺，并没有大于1mm的深缺 口；

2）焊接时，采用直流正极，电流输出应稳定，焊机接线牢固；

3）定位采用3.2mm碱性焊条点焊，定位点焊缝处不得有裂纹、弧坑等缺陷产生；

4）焊接前将所有焊缝边缘的氧化皮、毛刺等杂质清理干净；

5）T型接头的角焊缝和对接接头的平焊缝，在两端应装引、收弧板，材质及坡口型式与被焊工件相同，规格为60*50mm；

6）在寒冷 的气温下或雨雪天气时应禁止焊接，风速>5m/s时须采取有效的防风措施；

7）如焊区表面潮湿或有冰雪时，清除并加热于燥后，预热后方能焊接；

8）焊接施工前，检查脚手架或操作平台的安全可靠性，确认安全后方可焊接。

④焊接参数 gL-Y--艺要 求

1）所有构件安装结束后应以质量检查部门（或监理）检查合格后方能进行焊接；

⑤焊接操作

施焊时，第一层焊道要封住坡口内母材与垫板的连接处，然后逐道逐层累焊，填满坡口，每焊完一道焊缝都要清理铲磨，出现焊接缺陷及时磨去并修补。

每道焊接层间温度控制在50一80℃，温度太低时重新预热，太高时暂停焊接。一个接口必须连续焊完，否则再焊时要重新预热。

现场焊接每根柱由两名焊工对称同步等速焊接。按“先翼板后腹板，同时对称”的施焊原则。采用手工电弧焊多道横向焊法，每个方向焊接了一层后，换一个方向焊接，并随时观测垂直度变化，如发现钢柱某个方向的垂直度和位置发生偏差时，应立即停止该方向的焊接，再在相对的方向多焊几层，待纠偏调好后，再开始同步对称焊接；上下柱平缝必须一次焊完，以免在焊缝处出现裂缝。

焊接后热处理消除残余应力，同时还可溢出残留氢。在焊缝区板厚的2―3倍范围内，用气焊枪均匀加热矫正，并尽可能缓慢冷却至常温。

（六）测量控制

劲性钢柱的人为加工误差、吊装就位误差，均对钢结构安装精度产生影响，安装中采取有效措施，严格控制安装垂直误差和安装水平标高误差。

①安装垂直度偏差的控制。

估计可能出现的垂直度偏差变化方向和数值，预留预倾量，在安装焊接过程中，将其抵消，保证钢柱垂直度。采用临时支撑稳固，初次校正、支撑，焊接、测量闭合循环检查。

②水平标高误差控制

根据楼层标高测量劲性钢柱顶标高误差，现场按1米高进行控制，每节劲性钢柱制作时，就控制钢柱尺寸为“负值”，即比原下料尺寸略小点，控制在5mm以内。以便决定处理方案。由于控制钢柱尺寸为负值，柱接头之间产生了缝隙，加5mm厚钢垫片调整。

（七）钢筋工程

劲性混凝土柱、粱节点处，在劲性梁翼缘或框架梁上下排纵向主筋相对应处增设水平加劲板，并在柱钢骨翼缘上加焊“工”形钢牛腿。既可加强被削弱的钢柱、钢梁，又便于焊接纵向钢筋。劲性梁体受力主筋与一20劲性柱钢骨处，中央主筋直接穿过腹板锚固，边端主筋夹住翼缘板通过，并穿过梁腹板预留孔，使混凝土梁体主筋在钢柱节点处满足设计要求。

此类柱上水平加劲板，外侧可稍向上形成一定的坡度，并在十字交叉部位留孔。以便混凝土浇筑对内部气体排出及振动棒插入，确保混凝土的密实性，而不形成内部空洞。

（八）混凝土工程

劲性钢柱根据层高进行分段施工，每层劲性钢柱模板采用一次支模成型，分层浇筑的方式，每层浇筑高度约为400―600，采用插入式振捣器振捣。放料均匀从四个面施放，避免因为集中放料导致钢柱出现倾斜，由于劲性柱不同于普通钢筋混凝土柱，钢结构限制了砼的流动，振捣棒需从四面插入振捣，投料也需四面下料，保证混凝土浇筑的密实性。浇筑时不要让输送泵的输送 口直接对准钢柱，减少对柱身的冲击力，加强施工过程监控。

五、结束语

劲性钢结构施工的质量及过程控制显得尤为重要，应从选择具有资质及较强施工能力的专业施工队伍开始，严格审核深化设计，对材料构件的加工制作安装等设置相应的质量控制点，跟综检查复核，消除质量隐患，我们要借鉴先进的施工及管理经验，在施工过程中强化管理意识提高责任心，从根本上提高劲性钢结构产品的质量水平。