型钢混凝土结构建筑施工技术探讨

贾树盛

（山东高阳建设有限公司，山东 淄博 255000）

0 引言

随着我国经济不断发展，我国建筑业发展空间不断扩大，高层及超高层建筑由于最大限度地挖掘了土地的利用价值而得以快速发展。对建筑施工企业来讲，要提升高层及超高层建筑的施工质量，重点在于选择合适的施工技术。型钢混凝土结构是将型钢埋入到钢筋混凝土形成的一种独立的建筑结构。钢筋混凝土中由于添加了强度和延性强的型钢，相比传统的钢筋混凝土结构，建筑结构的承载力、刚度、抗震性能得以大大提升，在工程建筑特别是高层及超高层建筑施工中应用逐渐广泛，该结构也是未来工程建筑发展的趋势之一。本文主要对型钢混凝土结构的特点进行分析，并介绍其施工工艺。

1 型钢混凝土结构的特点

1.1 承载力高、刚度大

型钢混凝土结构是将型钢和混凝土包裹在一起，型钢和混凝土是受力的合体，共同承担建筑物的荷载，相比普通的钢筋混凝土，不仅发挥了钢筋混凝土本来的优势，而且由于在钢筋混凝土中增加了型钢，使得型钢原有的强度、刚度及其延性也在建筑结构中得到充分发挥，大大提高了型钢混凝土结构的承载力。

在型钢混凝土结构中，混凝土包裹型钢，对型钢具有较强的约束作用，从而提高型钢结构的刚度和抗扭能力，因此型钢混凝土结构具有刚性大的特点。

1.2 抗震性能好

在型钢外面包裹混凝土，型钢不会出现局部屈曲现象，有效提升了型钢骨架的刚性，型钢混凝土结构的构件承载力也增强。尤其是实腹式型钢混凝土结构的效果更加突出，抗剪承载力、延性极强，即便遇到地震，运用了型钢混凝土结构的建筑不会受到地震较大的影响。因此，型钢混凝土结构的建筑具有良好的抗震性能。

1.3 良好的经济性

与传统钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土结构中型钢不受含钢率的限制，型钢混凝土构件的承载能力可以高于同样截面的钢筋混凝土结构构件一倍以上，因而相同承载力条件下可以减小构件截面。在高层超高层建筑中，构件截面减少，能够实现对空间的有效利用，从而增加使用面积和层高；自重越小，建筑结构可以越高。在建筑施工中，型钢混凝土结构较高的承载力和刚度，也使建筑可以朝着跨度更大、高度更高、承载力更强的方向进行设计。通过这种形式，建筑产生的经济效益要远远高于普通混凝土结构建筑。而将混凝土包裹到型钢外，也能有效节约钢材的使用量，甚至能节省到50%甚至更多，节约了建筑材料，降低了建筑施工成本。

1.4 施工周期短

采用型钢混凝土结构的建筑施工过程中，由于型钢骨架的存在，即便混凝土还未硬化，但由于型钢骨架已经具备了承载能力，也能进行下一步的施工。在普通钢筋混凝土结构中，一般需要等待混凝土硬化达到一定强度后才能进行下一步施工。因此从这一点，相比普通的钢筋混凝土，在相同的施工条件下，型钢混凝土结构的建筑施工周期有效缩短。

综上，型钢混凝土结构的建筑具有很多优势，随着高层及超高层建筑发展的需要，可以将之应用到高层及超高层建筑施工中，优化高层超高层建筑的性能，对促进高层及超高层建筑的发展具有重要意义。

2 型钢混凝土结构施工技术

2.1 施工前型钢的加工

型钢混凝土结构是由混凝土、型钢、纵向钢筋、箍筋组成，相比钢筋混凝土，其施工工艺较为复杂，尤其是型钢混凝土组合结构的节点构造十分复杂，梁柱节点处的钢筋需穿过型钢。型钢混凝土组合结构中，一般情况下相交方向的两组型钢梁标高相同，但型钢与混凝土梁中配置的钢筋，由于要同时穿过纵向型钢柱，在此位置必须错开，因此位于竖向型钢柱上的孔位标高不会相同，同时还可能存在着型钢梁、柱节点位置为非正交连接的现象。这种情况下，节点处型钢、钢筋密度大且互相交错穿插，钢筋穿孔位置定位难，这使得型钢混凝土结构的连接施工难度加大。因此在大多情况下，型钢开孔、套筒焊接、牛腿焊接需要提前考虑，一般通过型钢厂家进行加工处理，在施工现场严格按照施工位置、标高进行控制，才能建设优质工程。

2.2 型钢混凝土结构的实施工艺

施工中首先要保证预留地脚螺栓位置，地脚螺栓的位置不准确，将会影响下一步工序施工。可以使用定型化模具将型钢与混凝土柱进行固定，通过模具确定型钢柱的准确位置。未确定最终固定位置前，再次复核土建基础施工中地脚定位轴线。一般采用现场放线，纵横轴线进行控制，再对模具进行最后的固定。模具固定后，确定出地脚螺栓位置、标高、垂直度，针对地脚螺栓，可通过钢筋支架对筏板下部及上部进行固定，防止在混凝土作用力下产生偏位，待筏板基础强度达到要求后再进行下一步工序施工。

型钢安装前，除了检查型钢整体截面、垂直度、平整度、开孔位置偏差外，还要对型钢原材试验报告、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置、焊后处理及焊接工艺参数、预热参数、后热参数等进行检查。安装过程中，柱脚安装孔应对准地脚螺栓，渐渐下落就位，安装地脚螺栓螺母，临时固定型钢，校正垂直度。待垂直度调整完成，型钢位置调整正确以后，再加固地脚螺栓，并用电焊固定。

后续型钢的安装，应首先在型钢骨架连接处进行临时连接，为防止上层型钢骨架垂直度偏差积累超过规定要求，除了要对型钢柱下部型钢进行校正外，还应将上部型钢垂直中心线调直，纠正垂直偏差、对接位置偏差，再进行型钢焊接或螺栓方式的固定。待所有型钢安装完成后，再进行复测和纠正因荷载增加、焊接收缩及螺栓受力不均带来的偏差。焊接型钢时，应按规范JGJ81及其他相关规定开展焊接工艺施工。焊接时应注意采用气保焊的形式，在保证美观的同时还能保证焊接效果的牢固性和安全性。

2.3 焊接应力的消除

如果图纸或技术条件中对焊后消除应力有额外要求，应按照要求开展消除应力的施工处理。消除应力处理过程中，加热和冷却速率以及保温时间等应遵守有关技术规定。型钢焊接前应清除焊接面表面的油及锈，焊接位置应达到规范要求。如果焊材烘干不到位，或者因为层面间清理不干净有油污、水等，焊缝间容易出现气孔，这些气孔一般是氮气孔、二氧化碳气孔和氧气孔，从而会影响型钢在钢体结构中的稳定性。同时还要避免型钢之间的重叠，避免产生焊缝互相交错，从而产生应力收缩的现象，否则会导致钢材变形，严重的会出现断裂。

2.4 钢结构焊接完工的检查及焊接瑕疵的处理

焊接部位不得留气泡，对一般部位的焊缝，应进行外观质量检查，针对不同的情况采用不同的处理方法：若焊缝处发现裂纹，应在裂纹两端钻止裂孔或挖除裂纹处的焊缝金属，再进行补焊；如果有孔穴，应在孔穴处进行补焊；若焊接位置存在固体夹杂，应剔除掉固体夹杂，再重新补焊；若出现未熔合、未焊透的现象，针对敞开性好的结构可进行焊缝背面直接补焊，对于不能直接补焊的重要焊件及部位，应铲除未焊透的焊缝金属，再进行补焊；若出现形状、咬边等缺陷时，对轻微的形状缺陷进行机械修整，使其平滑过渡，严重的应进行补焊处理。如果图纸有要求，应开展探伤试验，应达到二级焊缝要求。对于工字形型钢和十字形型钢的腹板、翼缘板应使用坡口熔透焊焊接方式，使探伤试验达到一级焊缝要求。

3 型钢混凝土结构施工中存在的问题及解决

3.1 安装时型钢和钢筋的结构冲突问题

型钢混凝土结构的安装施工，和钢筋混凝土的流程存在着很大不同。施工时，由于型钢和钢筋在结构方面的冲突，多数时候需要对连接方式进行调整。

由于大多数型钢存在于柱子及梁内，柱子纵向下，钢筋无法穿过型钢梁或型钢柱的翼缘板，钢筋只能设置在柱子截面的四角或翼缘板不碍事的位置。柱子箍筋无法通过型钢位置时，可通过对腹板进行机械开孔或箍筋分段再进行焊接处理。当箍筋与型钢柱翼缘板重叠，可采用焊接方式进行施工处理。在梁柱节点，梁主筋无法通过型钢柱腹板或翼缘板时，需要调节钢筋位置或对梁柱节点腹板位置的型钢进行机械开孔处理，翼缘板位置一般不进行开孔，不宜将梁主筋钢筋焊接到型钢柱翼缘板上。但遇到型钢与钢筋发生无法避免的冲突时，可以根据实际情况在翼缘板部位埋弧焊焊接套筒，然后将梁主筋通过机械连接，并在该位置焊接加劲肋以实现对翼缘板的补强处理。

当腹板开孔大小和位置不合适时，在征得设计者同意后，再用电钻补孔或绞刀扩孔，不得在现场使用气割开孔。开孔位置、开孔大小、开孔率等应符合规范要求，既要能穿过型钢，也不能损坏型钢腹板受力要求。当穿孔削弱型钢强度或开孔率超过规范要求，需进行补强处理。

3.2 现场施工中钢结构安装问题

型钢混凝土结构的施工中，安装型钢时，预留地脚螺栓应准确定位，当型钢柱底部预埋螺栓与螺栓孔不对中，螺栓孔偏差不大时，经设计人员同意，可沿型钢柱地脚板偏差方向将孔扩大为椭圆孔，再用加大的厚垫片进行加固处理。当预留螺栓偏差较大时，经设计人员同意将预留螺栓割除，用熔透焊接的方式将根部螺栓焊于预埋钢板上，再附加一块与预埋钢板等厚的钢板，采用塞焊法焊接在预埋钢板上，然后根据设计要求焊上新螺栓。当型钢柱螺栓孔预留位置不对，螺栓孔偏移位置不大，经设计人员同意，可将孔洞扩大为椭圆形，选用大垫片安装型钢柱。当螺栓孔洞偏移大时，在设计人员同意的前提下，对原孔进行塞焊处理，再重新补钻孔。

3.3 型钢混凝土结构浇筑过程中的问题

型钢混凝土结构的混凝土浇筑，应遵循相关混凝土施工规范和规程。在型钢混凝土结构中，不同材料之间由于摩擦力等原因容易出现混凝土裂缝，如梁柱节点等不容易被充分填满，或因梁的型钢翼缘过宽阻碍混凝土的浇筑。因此要在一些位置预留排出空气的孔洞和混凝土浇筑口，并仔细进行浇筑和振捣，保证其密实度，防止开裂。

4 结束语

随着社会的发展，高层及超高层建筑大量涌现，更因建筑功能需求的增加，建筑楼层空间、样式等要求不断提高，传统的混凝土结构无法满足高层及超高层建筑物设计要求，为有效利用土地资源，满足人们的生活需要，型钢混凝土结构将成为高层及超高层建筑实施中的一项最优选择，未来型钢混凝土结构还将有广阔的发展空间和应用空间。

在型钢混凝土结构技术的发展中，不仅要重视施工前型钢的加工，还要把控型钢混凝土结构施工工艺，不可忽视焊接应力的消除，钢结构焊接完工的检查及瑕疵的处理。型钢混凝土结构的施工，有可能存在型钢和钢筋的连接问题，型钢的安装问题，还有混凝土按要求顺利浇筑问题，必须引起重视。一定要借鉴、引进、开发优秀的型钢混凝土结构施工工艺及施工经验，在提高建筑施工质量上再上新台阶。