中建二局第四建筑工程有限公司 天津 300457

隨著科技的發(fā)展與建筑技術(shù)的進(jìn)步，大跨度建筑已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展方向之一，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)，它具有剛度大、變形小、應(yīng)力分布均勻、能大幅度減輕結(jié)構(gòu)自重和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，網(wǎng)架屋頂已廣泛應(yīng)用于大型商場(chǎng)及體育場(chǎng)館等公共建筑。在現(xiàn)有技術(shù)中大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)即屋頂基座多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，混凝土的抗壓強(qiáng)度高，但抗彎能力很弱，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)，且易被銹蝕、不耐高溫。利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架屋頂?shù)幕A(chǔ)，均不能充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。

針對(duì)目前網(wǎng)架屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，本文提出了一種新型的大跨度網(wǎng)架屋頂?shù)幕翠摴腔炷粱?，能充分發(fā)揮鋼與混凝土2種材料的特點(diǎn)，具有截面尺寸小、剛度大、延性及耐久性好，且節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)，利用該基座能增加建筑的有效使用空間，可充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)，并能提高施工精度、保證施工質(zhì)量，縮短工期[1-3]。

1 工程概況

某工程建筑高度99.90 m；層數(shù)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(nèi)鋼骨為φ510 mm×24 mm鋼管，所用材質(zhì)為Q345B，每層14根。每根柱質(zhì)量約1.50 t。鋼骨梁截面700 mm×1 300 mm，梁內(nèi)鋼骨為800 mm×300 mm×26 mm×14 mm的H型鋼，跨度最長(zhǎng)25 m、最短17 m，每根鋼梁質(zhì)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(zhǎng)度大于12 m的鋼梁均分成2段進(jìn)行剛性對(duì)接（圖1）。

圖1 橢圓形網(wǎng)架屋頂?shù)幕疽?/p>

2 施工技術(shù)特點(diǎn)

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(wǎng)架屋頂。

2）鋼骨混凝土基座能充分發(fā)揮鋼與混凝土2種材料的特點(diǎn)。

3）具有截面尺寸小、剛度大、延性及耐久性好，且節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)。

4）可增加建筑的有效使用空間。

5）能充分發(fā)揮網(wǎng)架屋頂剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。

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(nèi)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(yǎng)護(hù)[4,5]

3.2 施工方法

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法比較復(fù)雜，構(gòu)件內(nèi)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(wèn)題、模板安裝問(wèn)題和混凝土澆筑問(wèn)題，必須經(jīng)過(guò)周密的計(jì)劃。

首先需要進(jìn)行鋼骨混凝土柱及鋼骨混凝土梁內(nèi)的鋼骨的制作，其中的H型鋼翼緣焊接采用坡角熔透焊，對(duì)接焊接順序?yàn)椋?/p>

1）接口處開(kāi)雙面坡口，先焊大坡口一側(cè)，焊至深約15 mm時(shí)，翻轉(zhuǎn)焊另一側(cè)；

2）翻轉(zhuǎn)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(nèi)焊渣，至焊道露出金屬光澤，焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制底層焊接電流，反面焊縫應(yīng)焊滿；

3）再翻轉(zhuǎn)鋼板繼續(xù)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(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行。

在完成鋼骨混凝土柱的鋼骨即鋼管柱的制作后，開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行安裝，安裝流程為：埋設(shè)預(yù)埋件→吊裝鋼柱至樓層→人工平移到位→吊裝支架搭設(shè)→鋼柱吊裝就位→垂直度校核→螺栓終擰、垂直度復(fù)核→會(huì)審安裝測(cè)量記錄、確定焊接順序→施焊中跟蹤觀測(cè)柱垂直偏差→焊接完成，垂直度測(cè)量→校正驗(yàn)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(biāo)高為1 m的截面，并做一明顯標(biāo)記，鋼骨柱的四側(cè)用數(shù)字及字母分別做好標(biāo)記，便于校正立柱標(biāo)高及軸線時(shí)使用。上下鋼骨柱連接時(shí)，用鋼楔子或千斤頂通過(guò)調(diào)整柱與柱之間的縫隙，按照先標(biāo)高、后位移、最后垂偏的原則進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝校正。鋼柱安裝時(shí)每節(jié)鋼柱垂直度校正控制采用外控借線法觀測(cè)，用2臺(tái)經(jīng)緯儀安裝在外控點(diǎn)位上，在2個(gè)垂直方向上同時(shí)觀測(cè)，配合安裝校正。上下鋼骨柱進(jìn)行對(duì)接時(shí)，采用全熔透坡口焊，一級(jí)焊縫。2次吊裝過(guò)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(jié)，長(zhǎng)約6.30 m，質(zhì)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(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，并采用一定的防滑保護(hù)措施。吊裝時(shí)不采用焊接吊耳，在構(gòu)件本身用鋼絲繩綁扎時(shí)，對(duì)構(gòu)件及鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)。

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

（3）鋼柱起吊安裝時(shí)采用一點(diǎn)捆綁起吊，吊點(diǎn)設(shè)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(jìn)行吊裝。嚴(yán)禁直接穿入普通索具進(jìn)行吊裝，以防在起吊過(guò)程中磨損栓孔和索具。索具要求捆扎穩(wěn)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(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，并采用一定的防滑措施。吊裝時(shí)不采用焊接吊耳，在構(gòu)件本身用鋼絲繩綁扎時(shí)對(duì)構(gòu)件及鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)。

（2）上下型鋼柱連接時(shí)，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(qiáng)螺栓，用鋼楔子或千斤頂通過(guò)調(diào)整柱與柱之間的縫隙，按照先標(biāo)高、后位移、最后垂偏的原則進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝校正。鋼柱安裝時(shí)每節(jié)鋼柱垂直度校正控制采用外控借線法觀測(cè)，用2臺(tái)經(jīng)緯儀安裝在外控點(diǎn)位上，在2個(gè)垂直方向上同時(shí)觀測(cè)，配合安裝校正。上下型鋼柱進(jìn)行對(duì)接時(shí)，采用全熔透坡口焊，一級(jí)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(jié)束之后進(jìn)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(kāi)始進(jìn)行模板安裝，并完成混凝土的澆筑。

在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)施工中，鋼骨混凝土梁鋼筋的安裝是其難點(diǎn)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(guò)程中，充分考慮鋼筋的布置情況，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鋼筋都進(jìn)行CAD放樣，明確了鋼筋的位置關(guān)系，尤其在多根梁交匯于1根框架柱部位時(shí)，必須進(jìn)行鋼筋排布，遇到鋼筋排列不下的問(wèn)題，可采用鋼筋的等強(qiáng)度代換或等面積代換；鋼骨混凝土梁的上部縱向鋼筋應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)；當(dāng)梁內(nèi)鋼筋要穿過(guò)柱內(nèi)鋼管時(shí)，應(yīng)先安裝需穿過(guò)鋼管的鋼筋，再安裝不穿過(guò)鋼管的鋼筋；鋼筋連接采用機(jī)械連接；梁端第1個(gè)箍筋應(yīng)設(shè)置在距離柱節(jié)點(diǎn)邊緣50mm處，梁端與柱交界處箍筋應(yīng)加密，加密區(qū)箍筋間距與加密區(qū)的長(zhǎng)度均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；梁側(cè)面受力筋及下部受力筋位置均應(yīng)設(shè)置墊塊，以保證保護(hù)層厚度；當(dāng)受力鋼筋為雙排時(shí)，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(zhǎng)度為梁寬減去兩側(cè)保護(hù)層厚度[6,7]。

值得注意的是，在鋼骨混凝土梁的鋼骨安裝過(guò)程中，應(yīng)將長(zhǎng)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(qiáng)螺栓連接、翼緣板焊接時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行高強(qiáng)螺栓連接，后進(jìn)行翼緣焊接。高強(qiáng)螺栓應(yīng)在孔中自由穿入，當(dāng)孔有少量錯(cuò)位時(shí)，用沖釘找正，然后穿入，同一節(jié)點(diǎn)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(kuò)展，由節(jié)點(diǎn)剛度較大的部位向剛度較小的部位過(guò)渡。

鋼筋安裝完畢后，進(jìn)行鋼骨混凝土梁模板的安裝，安裝時(shí)應(yīng)先安裝梁底模板，再安裝梁側(cè)模板，梁底模板及梁側(cè)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(cè)模板外先水平設(shè)置40 mm×90 mm木方作為水平肋，水平肋外再豎向設(shè)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(cè)模板通過(guò)M12對(duì)拉螺桿連接，沿梁高度方向等距離設(shè)置3道對(duì)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(guò)程中，混凝土投料時(shí)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(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)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(dá)到一定的強(qiáng)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(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，24 h后適當(dāng)松動(dòng)梁側(cè)模，確保側(cè)向的養(yǎng)護(hù)效果，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在14 d以上。

3.3 注意事項(xiàng)

1）澆筑的過(guò)程中要高頻率的振搗，并進(jìn)行外部振搗。

2）控制混凝土配合比及澆筑的連續(xù)性。

3）混凝土澆筑班主要協(xié)調(diào)好澆筑時(shí)的措施。

4）鋼骨梁混凝土澆筑必須連續(xù)作業(yè)，并分層進(jìn)行，每層厚度控制在350～400 mm，每層間隔時(shí)間不超過(guò)2 h?；炷帘仨氂忙?5 mm振動(dòng)棒振搗，振搗到位密實(shí)，不得出現(xiàn)漏漿?；炷翝仓尚秃?，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，24 h后適當(dāng)松動(dòng)大梁側(cè)模，確保側(cè)向的養(yǎng)護(hù)效果，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在14 d以上。

4 施工效果

在大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中采用鋼骨混凝土基座施工技術(shù)，有效地解決了傳統(tǒng)施工技術(shù)中存在的不足，減小了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，節(jié)省了鋼材用量，減輕了結(jié)構(gòu)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(xué)與結(jié)構(gòu)安全的矛盾，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[8,9]。