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大空间型钢混凝土组合结构施工技术

日期：2015-9-11 15:53:22　来源：转载　浏览数：
　

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郑州国家干线公路物流港位于郑州市郑东新区，是国家干线公路网络物流中心之一。物流港综合楼是一栋集商务、展览、餐饮、会议、办公等使用功能为一体的综合性超高层建筑，主楼为一门式不对称双塔连体，由28层塔楼A和23层塔楼B以及A塔楼的四层裙房组成，A、B塔楼通过20～23层连接体联系，地下二层，塔楼A女儿墙高度120m，塔楼B女儿墙高度96.35m，从塔楼第20层标高77.75m～96m处设计为连接体钢结构，连接体钢结构使两塔楼贯通，由两榀主桁架及次结构组成。两榀主桁架跨度分别为33.6米和50.9米，宽16.8m，连体钢结构安装高度从77.75m至96.00m，总高度18.85m。钢结构柱及梁在不同的部位采用规格不同的箱形柱、梁及H型钢梁结构。工程总建筑面积为8.8万m2，结构类型为框架－核心筒结构。
    该工程有5根型钢混凝土柱自基础生根，在20～23层又增设3根型钢混凝土柱，这些型钢混凝土柱与20～23层的型钢混凝土梁共同构成钢结构连接体的支撑体系。型钢混凝土组合结构，相对于一般的框架结构，可显著提高结构的抗震性能，并且与纯钢结构相比，还可以提高结构的刚度和防火性能，具有良好的经济效益。
    一、型钢混凝土组合结构施工分析
    型钢混凝土结构作为本工程的结构特色，是施工的重点和难点，其施工质量直接影响钢结构连接体吊装后的就位，对钢结构连接体的结构安全至关重要。
    该工程主体施工阶段，A、B塔楼共有5根型钢混凝土柱自基础底板生根，其中A塔楼3根，钢骨柱截面尺寸700×1000，B塔楼2根，钢骨柱截面尺寸700×700，均为箱型截面，钢板厚度25mm。施工至19层（连接体高度）时，A、B塔楼在楼层内又增设7根型钢混凝土柱，该部位的型钢混凝土柱和型钢混凝土梁共同作为钢结构连接体的受力体系。待钢结构连接体在地面整体拼装完毕后整体吊装并与塔楼边缘的型钢混凝土柱预留的牛腿用高强螺栓固定。
    连接体部位示意如下图所示：

    二、施工方法及创新点
    1.重点、难点分析
    在连接体楼层部位的型钢混凝土柱与型钢混凝土梁连接时，框梁受力钢筋较多，特别是在A塔楼裙房10/D轴交会处，有3根框架梁纵筋均连接在一根型钢混凝土柱上，多达76根直径22和25的受力钢筋和18根受扭纵向钢筋均需连接在1根型钢混凝土柱的侧面，连接情况复杂，与型钢混凝土柱纵筋“打架”现象较多。
    型钢混凝土梁与型钢混凝土柱采用刚性连接固定后，型钢混凝土柱纵筋如何贯通也是施工的难点。
    2.方案选择
    针对型钢混凝土梁、柱节点区域梁纵筋如何绑扎、连接，项目部通过召开专题会议，对问题进行了深入探讨，最终确定了以下四种处理措施：
    措施1：在型钢柱上穿孔，梁筋伸入型钢柱；采用该措施，要保证型钢柱在穿孔时，型钢截面损失率不大于20%。
    措施2：梁纵向钢筋在端部弯折一定长度，竖向焊接在钢柱上，焊缝长度满足单面焊10d的要求；
    措施3：在型钢混凝土柱加工过程中，预先在型钢柱与型钢梁梁筋标高部位加焊水平连接板，水平连接板厚20mm，在型钢梁钢筋安装时，将型钢混凝土梁纵筋全部焊接在连接板上，连接板长度满足钢筋焊接长度要求；
    措施4：利用钢筋机械连接的方法，在型钢柱加工过程中，在梁筋标高处预先按型钢梁钢筋的直径焊接直螺纹套筒，型钢混凝土梁的纵筋通过套丝机加工丝头，在钢筋安装时直接拧入型钢柱上的直螺纹套筒内；
    在确定了以上几种施工措施之后，经过对图纸的细化和分析，并结合STS钢结构深化设计软件，对型钢梁纵筋的连接均进行了反复比较，考虑到型钢梁纵筋在现场的连接可能会遇到如下问题：
    （1）梁筋孔径偏差，导致粗直径的螺纹钢筋无法穿入；
    （2）用于连接梁纵筋的连接板和套筒位置出现偏差，导致梁筋无法按要求焊接；
    （3）套筒在钢结构加工厂焊接时，可能存在焊接的套筒与现场加工的丝头不匹配，出现正丝与反丝不能对接现象；
    （4）钢筋加工长度偏差，导致钢筋焊接后不满足焊接长度或锚固长度的要求；
    （5）由于钢柱牛腿和钢筋连接板的存在，导致封柱模、梁模困难，混凝土浇筑、振捣时可能出现涨模、漏浆现象。
    3.施工安排
    为有效保证型钢混凝土组合结构的施工质量，工程充分利用钢结构深化设计的STS软件，加强对节点施工质量的预控。
    钢结构的STS软件可以将比较抽象的CAD平面图形通过输入特定的参数转化为非常直观的3D图形，在3D图形里面可以将每块钢板甚至每个螺栓都显示的非常清楚。三、质量保证措施
    梁柱节点区域的细部控制要将土建的钢筋翻样和钢结构的深化设计紧密结合，对梁柱节点区域的细部控制主要包括以下几个方面：
    （1）钢筋采用穿孔方式连接时，应保证孔径的大小，穿孔的位置尽量避免碰到型钢柱腹板内的加劲肋，且要保证型钢截面损失率不超过20%的设计要求；
    （2）采用在钢柱上焊接套筒方式连接钢筋时，应注意焊接的套筒规格和型号，避免出现正反丝不匹配现象，且套筒标高位置应与土建钢筋绑扎位置一致；
    （3）钢筋采用连接板方式连接时，应注意连接板的长度和宽度，长度要满足钢筋在连接板上焊接10d的要求，宽度要保证钢筋水平间距和粱侧模封模要求。
    （4）型钢梁箍筋的绑扎方式和普通混凝土梁有很大差别，型钢混凝土梁的箍筋必须在梁底模支设前由下向上穿入型钢梁中，然后采用扳手将箍筋进行对弯后焊接，最终形成封闭箍，如下图所示：

    型钢梁箍筋完成穿插后应及时支设梁底模，另外，考虑到型钢混凝土梁、柱节点区域形状很不规则，要将模板分成很多块进行拼接，在施工中应加强梁柱节点区模板的加固，以避免混凝土浇筑过程中出现跑模、漏浆现象。
    按照相关质量验收规范的要求，对型钢混凝土结构的施工质量提出了以下两点要求。①保证受力钢筋间距允许偏差控制在±8mm以内；②保证梁、柱保护层厚度允许偏差控制在±3mm以内；
    四、结语
    大空间的型钢混凝土结构，特别是型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接，在河南省较少见，该工程又作为河南省“十一五”期间的重点工程，因此确保型钢混凝土组合结构的施工质量，其施工质量直接影响钢结构连接体吊装后的就位，对钢结构连接体的结构安全尤其重要。该工程通过对型钢混凝土梁、柱节点区域梁纵筋绑扎、连接的四种处理措施和利用STS软件对钢结构的深化设计，加强对型钢混凝土梁、柱节点施工质量的预控，有效保证型钢混凝土组合结构的施工质量。该项目工程已编制《型钢混凝土组合结构施工方案》（YYJQG-09-02），对类似工程的设计与施工，能起到很好的指导作用。