恩學(xué)斌
摘? ? 要:我國的建筑工程行業(yè)隨著市場需求激增而飛速發(fā)展,同時施工工藝方面也在市場刺激下不斷優(yōu)化,這些年施工方根據(jù)工程實踐反饋結(jié)果總結(jié)經(jīng)驗后不斷做出各種改善。例如,通過將型鋼與鋼筋、混凝土材料組合形成的結(jié)構(gòu),通過三者的共同作用來抵抗外部應(yīng)力。這種方式可以自由組合成許多個品種的構(gòu)件,較其他常規(guī)結(jié)構(gòu)在承載能力、剛度、抗震性能方面都表現(xiàn)得更為優(yōu)秀,這種結(jié)構(gòu)從橫截面來看型鋼全部被包在混凝土內(nèi)部,80年代后逐步被廣泛和深入地運用在地震頻發(fā)區(qū)的高層建筑、海洋工程、城市立交橋、橋梁、鐵路、大跨度公路、工業(yè)廠房、超高層建筑等工程當(dāng)中。但因為我國對于整個型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究和使用仍然處在初級階段,經(jīng)驗不足,沒有較為系統(tǒng)地完整施工方法,這種結(jié)構(gòu)在多樣性和施工的復(fù)雜性的荷載作用下始終還是缺乏足夠施工經(jīng)驗和性能研究,本文從理論上分析了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁的荷載性能,并且研究了混凝土施工振搗對構(gòu)件的影響情況,其中包括施工機(jī)具和操作人員荷載、模板重量與混凝土重量,通過公式進(jìn)行彎矩的計算。詳細(xì)探討了型鋼混凝土的梁和類似不同構(gòu)件的制作工藝和流程,其中著重介紹了構(gòu)件的制作方法和注意要點,希望能夠為型鋼混凝土梁構(gòu)件在我國的發(fā)展前景介紹給后來者。
關(guān)鍵詞:型鋼混凝土;施工;受力性能
1? 概述
型鋼混凝土結(jié)構(gòu)從橫截面看是由型鋼、鋼筋、混凝土三種材料組合而成,其中型鋼全部被混凝土包裹在內(nèi)部,根據(jù)三種材料的使用比例、位置不同可以組合成許多個品種的構(gòu)件,如此組合較其他常規(guī)結(jié)構(gòu)在承載能力、剛度、抗震性能方面都表現(xiàn)得更為優(yōu)秀,更加適合現(xiàn)在各類大胯結(jié)構(gòu),地震頻發(fā)區(qū)的高層建筑、高聳建筑。由于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在我國處于初級使用階段,專業(yè)的學(xué)術(shù)理論研究和實踐的施工經(jīng)驗相對貧乏。本文從理論上分析了型鋼混凝土梁正截面在施工階段的荷載性能,荷載性能主要測量施工階段的混凝土自重、模板的重量、操作人員和施工機(jī)具的重量、振搗混凝土對構(gòu)件的影響,并給出受彎承載力的計算方式。本文對于型鋼混凝土梁構(gòu)件相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土構(gòu)件的優(yōu)缺點進(jìn)行了討論,著介紹了型鋼混凝的制作工藝和流程,以及他的受力特點。在國際上因為型鋼混凝土構(gòu)件出現(xiàn)的相對較晚,具體受力標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),但截面計算方法相對比較普遍,應(yīng)用的也比較廣泛,也是我們著重介紹的一種方法 [1]。
2? 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的類型及特點
2.1? 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的類型
型鋼混凝土結(jié)構(gòu)一般分為兩種,一種空腹式,一種實腹式,都是將型鋼置放進(jìn)混凝土當(dāng)中。實腹式的根據(jù)橫截面不同可以有很多種,比如圓形、矩形、王字形、L形、H形、T形、工字形等等,多是由型鋼或鋼板組成。而空腹式的型鋼則在材料的節(jié)省方面比實腹型更為優(yōu)秀,他們可以由綴條或綴板將槽鋼和角鋼連接在一起,它們的抗震效果更為優(yōu)秀,但是,這種結(jié)構(gòu)的型鋼混凝土在在延展性方面不太理想,不如實腹型。我國建筑早期應(yīng)用空腹式較多,但從70年代開始普遍更替采用實腹式[2]。型鋼混凝土從置入型鋼的位置在截面形狀有可以分為規(guī)則截面和不規(guī)則截面,目前建筑中多采用規(guī)則截面形式即型鋼及混凝土從橫截面看上下左右布置對稱,不規(guī)則截面主要應(yīng)用于許多特殊情況下。
2.2? 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點
(1)良好的抗風(fēng)抗震性能。由于置入了抗拉亞性的型鋼,而且型鋼被包裹在混凝土的內(nèi)部,受到混凝土產(chǎn)生的約束力,使得型鋼混凝土構(gòu)件獲得了更高的韌性,這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的鐵筋混凝土相比具備更好的力學(xué)性能。通過良好的設(shè)計,型鋼構(gòu)件可以在地震有有較好的震能消耗,在高層風(fēng)壓下也能有良好的耗能表現(xiàn)[3]。
(2)綜合經(jīng)濟(jì)效益高。工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益是衡量工程的重要指標(biāo)之一。從建設(shè)成本角度來看,型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中鋼材用量只有鋼結(jié)構(gòu)的百分之三十左右,構(gòu)件的梁截面尺寸減小同時減小了結(jié)構(gòu)總高度,從而整個房屋造價成本大幅降低;從保養(yǎng)方面看,型鋼結(jié)構(gòu)的鋼材被混凝土包裹,完美克服了鋼結(jié)構(gòu)的銹化和腐化,既提高了防火性能,又減少了維護(hù)工作;從建筑布置靈活方面看,型鋼混凝土建筑由于承重構(gòu)件截面尺寸下,占據(jù)空間更低,使建筑的使用面積大大增加。
(3)施工便捷,縮短周期。型鋼本身的承載能力很強,即便沒有澆灌也具有一定的承載能力,所以在澆筑混凝土的時候可以不用另設(shè)支撐而是直接將模板掛在型鋼上,這樣可以一定程度上節(jié)省支撐材料和減少支模的工作量,在工序上因為不用考慮混凝土要達(dá)到某個強度才能繼續(xù)上層施工作業(yè),大大的縮短了施工工期。
(4)型鋼混凝土的缺點。[①]由于繁瑣復(fù)雜的節(jié)點配筋構(gòu)造,組合結(jié)構(gòu)缺乏關(guān)鍵的連接構(gòu)造技術(shù),導(dǎo)致工程施工困難,需要進(jìn)一步做詳細(xì)研究。[②]型鋼混凝土的缺陷之一是他的造價,一般情況下型鋼混凝土要比正常的鋼筋混凝土的造價多出一半。[③]各國學(xué)者對型鋼混凝土計算理論觀點和計算公司都有出入,不盡相同。缺乏型鋼混凝土的受力性能的影響因素以及非線性分析的系統(tǒng)研究。
綜上所述,型鋼混凝土結(jié)構(gòu)兼容了型鋼、鋼筋、混凝土三者的優(yōu)勢特性,具備了比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所不具備的特性,如承載力增大、剛度增大、防火性能增強、抗震性能增強、防風(fēng)性能增強等優(yōu)勢,同時減少了鋼材的使用量[4]。因此,在我國推廣型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的應(yīng)用具有重要的價值和意義。隨著組合結(jié)構(gòu)的廣泛使用,不斷積累經(jīng)驗,豐富理論研究,總結(jié)實踐結(jié)果,型鋼混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)也將逐步完善成為主流應(yīng)用結(jié)構(gòu)。
3? 型鋼混凝土主梁施工工藝
3.1? 型鋼混凝土用料的選擇
(1)型鋼用料選擇:高層建筑結(jié)構(gòu)的主要承重鋼材一般不考慮采用A級鋼材,因為A級鋼材通常不做沖擊和冷彎試驗。(2)鋼筋用料選擇:一級、二級熱軋鋼筋適合作為箍筋材料,二級、三級熱軋鋼筋適合作為縱向鋼筋材料。(3)栓釘用料選擇:為了保證型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體工作抗剪連接作用,應(yīng)采用國家標(biāo)準(zhǔn)《圓柱頭焊釘》規(guī)定的合格產(chǎn)品,不可以采用短鋼筋代替栓釘,導(dǎo)致力學(xué)性能無法保障。(4)混凝土用料選擇:考慮到混凝土在結(jié)構(gòu)中既要在截面抗彎中承擔(dān)壓力又要防止型鋼的翼緣局部和腹板壓屈,應(yīng)采用高強度等級的混凝凝土,等級通常不低于C30。
3.2? 型鋼混凝土梁和柱的施工工藝流程
施工工藝的步驟較為繁復(fù),先要將底板鋼筋綁扎好,然后在型鋼柱底節(jié)插入底板,在固定和校正后再插入柱筋,都做好后再進(jìn)行底板的混凝土澆筑,隨后開始綁扎柱筋,合攏柱模,然后澆筑柱子的混凝土,之后開始搭設(shè)梁模板,綁扎梁板鋼筯并安裝型鋼梁,然后又到了澆筑梁板混凝土的環(huán)節(jié),澆筑完成后再構(gòu)筑長鋼并對構(gòu)件進(jìn)固定和校正,再然后又是一輪綁扎柱筋、合攏模板,澆筑混凝土,如此反復(fù)。
3.3? 型鋼混凝土梁和柱的制作加工
(1)工藝流程:第一步先要進(jìn)行原材料的質(zhì)量復(fù)核,完成后進(jìn)行劃線找方,再下一步進(jìn)行切割,鉆孔,對于坡口也要注意處理,然后將處理過的材料組成成型并進(jìn)行貼角焊,栓釘熔焊等,整個成品就完成了,但是還需要進(jìn)行探傷檢查,最后一步是進(jìn)行產(chǎn)品驗收。
(2)檢驗標(biāo)準(zhǔn):焊縫金屬表面光滑不得有裂縫、夾渣、焊結(jié)、焊穿、弧坑、針孔點,鋼材表面不能有深度超過1.5mm的劃痕及明顯凹陷或損傷。塊體、切割誤差應(yīng)控制在1.5mm范圍內(nèi),對接間隙的誤差控制在1.0mm的范圍內(nèi),任意兩個相鄰孔距偏差控制在1.0mm范圍內(nèi),埋弧自動焊的焊絲和焊劑要相匹配。
3.4? 鋼柱梁安裝和鋼筋綁扎施工
施工的流程步驟:第一步是要進(jìn)行防線,然后是安裝鋼柱并進(jìn)行箍筋套柱,不要忘了在鋼梁外箍要套在梁內(nèi),然后進(jìn)行鋼梁的安裝,進(jìn)行鋼筋的穿孔和綁扎。通常我們采用更為先進(jìn)的交叉焊接方法,這樣可以很大程度保證鋼構(gòu)件的質(zhì)量和尺寸。
3.5? 混凝土施工
在進(jìn)行型鋼混凝土柱構(gòu)件澆筑時,需要嚴(yán)格控制施工工藝,混凝土應(yīng)從型鋼柱四周均勻下料,每層混凝土厚度要控制在50cm左右。振搗需要同時采用4根振搗棒,由下至上振搗,避免鋼筋圍繞的死角區(qū)域無混凝土或者混凝土澆筑不密實的情況。
梁混凝土在施工澆筑的時候,應(yīng)該從工字梁的下端開始,從下側(cè)開始澆筑,然后用儀器將混凝土從一側(cè)振搗到底部的另一側(cè)。如果混凝土的高度太高,已經(jīng)超過了鋼梁的下翼板100mm,則采用振搗棒進(jìn)行兩側(cè)同時的振搗也可稱為對稱振搗,這種方法可以使得整個鋼梁的混凝土相對均勻。在進(jìn)行鋼梁腹板的澆筑時,也需要注意一些細(xì)節(jié),在離上翼板100mm的時候,應(yīng)該注意從中部進(jìn)行振搗,這樣可以能夠最大限度的將上翼板的汽泡排出。
3.6? 支撐加固及模板拆除和養(yǎng)護(hù)
(1)加固:型鋼梁自重是一個不得不考慮的因素,不僅需要考慮到這一層的各種荷載要求,還要考慮到其他數(shù)層的荷載傳遞和自重,所以在施工前務(wù)必對下層梁先進(jìn)行加固措施[3]。
(2)拆模:澆筑底模的時間一定要注意掌握,必須達(dá)到28天而且強度檢測也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才可以對模具進(jìn)行拆除,側(cè)模則要求在澆筑完成后至少七天才可以拆除,而且每間隔14天進(jìn)行4次/天的澆水養(yǎng)護(hù)工作;對于外側(cè)模板也要注意養(yǎng)護(hù),因為混凝土?xí)驗闇囟茸兓瘡亩斐蔁釒だ淇s,這樣就很容易產(chǎn)生裂縫,我們采取澆水養(yǎng)護(hù)的辦法則可以在一定程度上防止裂縫的出現(xiàn)。
4? 型鋼混凝土梁正截面受彎承載力計算
4.1? 型鋼和混凝土共同工作
型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的剪力鍵作用十分重要,它可以使得混凝土與型鋼上翼緣交界地方在受到外力時發(fā)生的變形與整體保持致,這樣就不會出現(xiàn)特別明顯的混凝土裂縫了,使得整個建筑構(gòu)件在抗裂縫變形方面能夠有良好表現(xiàn)。如果混凝土構(gòu)件缺少了這個剪力鍵,那整個構(gòu)件在外力作用時都可能會發(fā)生箍筋間距變形,構(gòu)件粘合強度變低等情況,嚴(yán)重時還會造成外包的混凝土脫落,使得整個構(gòu)件的承載能力都會受到影響。
4.2? 澆筑混凝土后型鋼混凝土梁正截面受力性能計算
目前型鋼混凝土結(jié)構(gòu)通常都是中和軸在鋼腹板中通過,短形的截面梁在計算時,型鋼的彈性模量ESS,鋼筋的彈性模量ES,受拉鋼筋A(yù)S,型鋼腹板厚度TW,型鋼至受壓區(qū)邊緣的距離AS,型鋼下翼緣至受拉區(qū)邊緣AS,用H來代表梁截面的高度,用HS來表示型鋼的截面高度,用B來表示截面寬度,AR表示受拉區(qū)邊緣到受拉鋼筋重心的距離,AR表示受壓區(qū)邊緣到受壓區(qū)鋼筋的距離。
5? 結(jié)論
型鋼混凝土相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土而言,有著極大優(yōu)點。比如良好的抗風(fēng)減震性,良好的整體經(jīng)濟(jì)性,施工十分便捷而且周期很短,可以極大的改以往建筑工程上的一些弊端。當(dāng)然,型鋼混凝土同時也存在諸多缺點,比如單個型鋼構(gòu)件的造價較貴,其中一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也對施工人員提出了技術(shù)上的要求還有就是對于這種新型的構(gòu)件,國際上還沒有統(tǒng)一的計算受力的標(biāo)準(zhǔn)。相信隨著人們研究的不斷深入,算法的不斷成熟,型鋼混凝土將會在工程上有更為廣闊的發(fā)展前景。
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