恩學斌

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)工程實踐反饋結果總結經(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構，通過三者的共同作用來抵抗外部應力。這種方式可以自由組合成許多個品種的構件，較其他常規(guī)結構在承載能力、剛度、抗震性能方面都表現(xiàn)得更為優(yōu)秀，這種結構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中。但因為我國對于整個型鋼混凝土結構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，這種結構在多樣性和施工的復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構梁的荷載性能，并且研究了混凝土施工振搗對構件的影響情況，其中包括施工機具和操作人員荷載、模板重量與混凝土重量，通過公式進行彎矩的計算。詳細探討了型鋼混凝土的梁和類似不同構件的制作工藝和流程，其中著重介紹了構件的制作方法和注意要點，希望能夠為型鋼混凝土梁構件在我國的發(fā)展前景介紹給后來者。

關鍵詞：型鋼混凝土;施工;受力性能

1? 概述

型鋼混凝土結構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件，如此組合較其他常規(guī)結構在承載能力、剛度、抗震性能方面都表現(xiàn)得更為優(yōu)秀，更加適合現(xiàn)在各類大胯結構，地震頻發(fā)區(qū)的高層建筑、高聳建筑。由于型鋼混凝土結構在我國處于初級使用階段，專業(yè)的學術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、操作人員和施工機具的重量、振搗混凝土對構件的影響，并給出受彎承載力的計算方式。本文對于型鋼混凝土梁構件相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土構件的優(yōu)缺點進行了討論，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件出現(xiàn)的相對較晚，具體受力標準還沒有形成統(tǒng)一的標準，但截面計算方法相對比較普遍，應用的也比較廣泛，也是我們著重介紹的一種方法 [1]。

2? 型鋼混凝土結構的類型及特點

2.1? 型鋼混凝土結構的類型

型鋼混凝土結構一般分為兩種，一種空腹式，一種實腹式，都是將型鋼置放進混凝土當中。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，這種結構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)則截面主要應用于許多特殊情況下。

2.2? 型鋼混凝土結構的特點

（1）良好的抗風抗震性能。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，使得型鋼混凝土構件獲得了更高的韌性，這種結構與傳統(tǒng)的鐵筋混凝土相比具備更好的力學性能。通過良好的設計，型鋼構件可以在地震有有較好的震能消耗，在高層風壓下也能有良好的耗能表現(xiàn)[3]。

（2）綜合經(jīng)濟效益高。工程建設的經(jīng)濟效益是衡量工程的重要指標之一。從建設成本角度來看，型鋼混凝土結構中鋼材用量只有鋼結構的百分之三十左右，構件的梁截面尺寸減小同時減小了結構總高度，從而整個房屋造價成本大幅降低;從保養(yǎng)方面看，型鋼結構的鋼材被混凝土包裹，完美克服了鋼結構的銹化和腐化，既提高了防火性能，又減少了維護工作;從建筑布置靈活方面看，型鋼混凝土建筑由于承重構件截面尺寸下，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]由于繁瑣復雜的節(jié)點配筋構造，組合結構缺乏關鍵的連接構造技術，導致工程施工困難，需要進一步做詳細研究。[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，型鋼混凝土結構兼容了型鋼、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構所不具備的特性，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構在高層建筑的應用具有重要的價值和意義。隨著組合結構的廣泛使用，不斷積累經(jīng)驗，豐富理論研究，總結實踐結果，型鋼混凝土結構施工技術也將逐步完善成為主流應用結構。

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：高層建筑結構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構構件的整體工作抗剪連接作用，應采用國家標準《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，導致力學性能無法保障。（4）混凝土用料選擇：考慮到混凝土在結構中既要在截面抗彎中承擔壓力又要防止型鋼的翼緣局部和腹板壓屈，應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，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)，澆筑完成后再構筑長鋼并對構件進固定和校正，再然后又是一輪綁扎柱筋、合攏模板，澆筑混凝土，如此反復。

3.3? 型鋼混凝土梁和柱的制作加工

（1）工藝流程：第一步先要進行原材料的質(zhì)量復核，完成后進行劃線找方，再下一步進行切割，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行貼角焊，栓釘熔焊等，整個成品就完成了，但是還需要進行探傷檢查，最后一步是進行產(chǎn)品驗收。

（2）檢驗標準：焊縫金屬表面光滑不得有裂縫、夾渣、焊結、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：第一步是要進行防線，然后是安裝鋼柱并進行箍筋套柱，不要忘了在鋼梁外箍要套在梁內(nèi)，然后進行鋼梁的安裝，進行鋼筋的穿孔和綁扎。通常我們采用更為先進的交叉焊接方法，這樣可以很大程度保證鋼構件的質(zhì)量和尺寸。

3.5? 混凝土施工

在進行型鋼混凝土柱構件澆筑時，需要嚴格控制施工工藝，混凝土應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。在進行鋼梁腹板的澆筑時，也需要注意一些細節(jié)，在離上翼板100mm的時候，應該注意從中部進行振搗，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

（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，所以在施工前務必對下層梁先進行加固措施[3]。

（2）拆模：澆筑底模的時間一定要注意掌握，必須達到28天而且強度檢測也要達到標準才可以對模具進行拆除，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天進行4次/天的澆水養(yǎng)護工作;對于外側(cè)模板也要注意養(yǎng)護，因為混凝土會因為溫度變化從而造成熱帳冷縮，這樣就很容易產(chǎn)生裂縫，我們采取澆水養(yǎng)護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

型鋼混凝土結構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，使得整個建筑構件在抗裂縫變形方面能夠有良好表現(xiàn)。如果混凝土構件缺少了這個剪力鍵，那整個構件在外力作用時都可能會發(fā)生箍筋間距變形，構件粘合強度變低等情況，嚴重時還會造成外包的混凝土脫落，使得整個構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

目前型鋼混凝土結構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AS，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。比如良好的抗風減震性，良好的整體經(jīng)濟性，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。當然，型鋼混凝土同時也存在諸多缺點，比如單個型鋼構件的造價較貴，其中一些復雜的結構也對施工人員提出了技術上的要求還有就是對于這種新型的構件，國際上還沒有統(tǒng)一的計算受力的標準。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。

參考文獻：

[1] 陳瑞生，周曉悅，惲波，等.鋼骨混凝土柱非線性有限元分析[J].浙江建筑，2003（6）：97～103.

[2] 姜維山，趙世春，孫慧中，等.型鋼混凝土結構構件的研究[J].建筑鋼結構進展，2002（3）：23～54

[3] 江韓，侯善民，包紅燕.南京圖書館的結構設計[J].工程抗震，2004（4）.

[4] 王向峰，張仲先，阮成堂，等.鋼骨混凝土梁的受彎性能試驗研究[J].特種結構，2002（1）：74～78.