钢骨混凝土在控制大楼工程中的应用

　　随着我国高层建筑技术的进步，大跨度、超高层已成为建筑结构急需解决的重要问题。高层建筑的底层柱荷载达数万千牛顿，采用传统的钢筋混凝土结构，由于其强度低、延性差、柱截面大得让人无法接受，影响建筑功能，而且形成肥梁胖柱，影响结构抗震性能;钢结构虽然强度高、延性好，但目前造价过高。钢骨混凝土结构是由钢骨、钢筋、混凝土3种材料组合而成，见图1。骨混凝土结构中的外包混凝土对钢骨的约束作用，可防止钢骨的局部屈曲，提高了钢骨的整体刚度。并可明显改善钢骨的防火性和耐久性。钢骨混凝土结构符合我国国情，具有良好的发展前景，是实现高层及超高层建筑的必要技术手段。

　　由于在钢筋混凝土柱中加入了型钢，所以钢骨混凝土柱同时具有钢筋混凝土结构和钢结构的特点，除计算和构造措施外，在设计中还要注意钢构件的加工、运输、吊装、预留钢筋孔等因素。本文结合深圳港大铲湾港区集装箱码头一期控制大楼工程，介绍了钢骨混泥土在工程中的施工应用。

　　图1钢骨混凝土柱截面图

　　1工程概况

　　本工程位于深圳宝安大铲湾港区集装箱箱码头区，地上13层办公楼，地下1层人防、车库和配发电房，屋顶层为机房、设备层。屋顶钢桁架结构、其余整栋钢筋混凝土框架结构和钢骨混凝土结构，多桩(预制管桩和冲孔灌注桩)承台基础带地下室底板;建筑总面积为24665。56㎡，其中地上总建筑面积19901。84m2、地下总建筑面积3622。73m2，办公楼层高多数为4。20m，总高度(消防高度)58。20m;外墙全部玻璃和铝板幕墙，室内各种装修和配置机电设备、消防设施。整栋工程建成后为一栋完整的综合性办公楼。本工程抗震设计等级三级，抗震设防烈度为7度，建筑耐火等级一级，人防工程等级六级。

　　本工程属于国家交通部及广东省的重点工程，总合同工期365个日历天，基础开工日期2006年11月1日，土建工程竣工日期2007年12月6日，历时370个日历天。

　　本工程从地下室开始，主要塔楼结构柱采用十字型的钢结构柱，加工及安装难度很高。

　　2结构特点

　　2.1构造形式

　　内置钢构架钢骨混凝土转换梁式结构是在普通钢筋混凝土转换梁内设置钢结构构架，在保证二者共同工作的前提下，充分利用钢构架优越的受力特性、高承载力以及良好的抗震性能，并通过外包钢筋混凝土保证钢构架的稳定性以及提高转换梁的刚度及承载力。该形式的转换梁用于承托层数较多或跨度较大、重荷载，尤其当梁截面高度接近或超过层高的深梁结构中其优越性更加显著.另外，钢构架可以根据上下结构传力的需要变换形式，以最短的传力路线、最直接简单的传力方式替代复杂的结构转换，在特殊情况下可以满足建筑使用功能要求，增加建筑使用面积。

　　2.2受力性能

　　配置了型钢的构件，尤其是配置实腹式型钢的梁、柱的抗剪承载力有很大提高，这是因为，一方面型钢本身就可以承担相当大的剪力，再受到混凝土的约束，型钢腹板不易发生局部屈曲，其强度更能得到充分发挥，另一方面混凝土自身的力学性能也得到改善。试验研究与有限元分析结果表明，该类型的转换梁结构具有承载力高、刚度大、变形能力强等诸多优点.相同参数条件下的普通钢筋混凝土转换梁与内置钢构架钢一混凝土转换梁相比较，承载力方面后者比前者提高约30%～40%(抗剪承载力提高幅度尤为显著)，刚度提高30%～50%，对比数据说明该类型转换梁在受力性能方面较普通钢筋混凝土转换梁有显著的改善。同时在试验中发现，内置钢构架钢一混凝土转换深梁可避免普通钢筋混凝土转换梁(尤其是深梁)的脆性破坏形态，表现出良好的塑性，这对提高转换层结构的抗震性能非常关键。

　　3 13层控制大楼钢骨混凝土结构的施工方法

　　钢骨混凝土结构的施工方法比较复杂，构件内有型钢，型钢外包钢筋混凝土。如何处理好型钢安装与钢筋安装的衔接问题、模板安装问题和砼浇捣问题，必须经过周密的计划。

　　钢骨混凝土结构施工主要工序有：型钢柱、型钢梁制作一型钢柱安装一钢骨柱钢筋安装一钢骨梁底筋安装一型钢粱安装一粱上起柱插筋设置一柱模安装—粱底模安装一粱侧模安装一柱混凝土浇捣一梁混凝土第一次浇至板底一钢骨粱面筋安装一钢骨梁箍筋焊接一梁混凝土第二次浇至板面一养护。

　　控制大楼在12层的钢骨柱截面为650rmm×750mm，钢骨采用30mm厚Q235一B钢板焊接成H型，型钢翼缘为一500mm×30mm，腹板为一400mm×30mm。钢骨梁截面为800rnm×1300mm，钢骨亦用30mm厚钢板焊接成H型，型钢翼缘为一400mm×30mm，腹板为一940mrn×30mm，13层钢骨柱每根重1.2t，钢骨梁每根重3.2t。

　　3.1H型钢骨的加工制作

　　原设计要求翼缘焊接采用熔透焊;根据现场情况，经设计同意改为双面坡角焊，焊缝厚度为30mm，采用手工电弧焊，焊条为E50。因钢板厚度为30mm，属厚钢板.金属局部受高温熔化，再凝固成焊缝，产生收缩变形和收缩应力，相邻的母材同时受到激热骤冷的作用引起膨胀和收缩。使钢板焊接部分的小范围内，产生较大的收缩变形和残余应力。焊接过程是在极短的时间完成熔渣形成、金属熔化、脱氧、掺人合金元素、钢的相变等一系列过程，焊接质量要求高、难度大，必须选用考核合格有操作证的熟练焊工，采用正确的焊接方法，以获得优良的焊接质量。

　　3.2柱钢骨安装

　　加工好的钢柱高3.6m、重1.2t，可用现场的QASOT塔吊进行吊装。吊装前应对基层楼面迸行找平，并弹好控制线，钢柱垂直度用两台经纬仪进行测定，钢柱经校正后，用钢管斜撑作临时点焊固定。

　　3.3钢骨梁底钢筋绑扎

　　因钢骨粱下部的梁底钢筋密集，应先安装好梁底筋后才安装钢骨梁内的型钢。钢柱安装完成后.可进行钢骨梁底钢筋安装，此时因梁底模未安装，梁底筋可临时以梁下部的钢管架作支撑，并在钢柱上定好梁的中心线和梁底标高。按设计要求能伸入钢骨柱的梁底钢筋的，则锚人柱砼内;与钢骨柱型钢翼缘相交的，则与翼缘搭接焊牢。因此，要求钢筋下料精确，避免误差安装不上。实际施工时，可在现场待钢柱安装固定好后实量钢筋长度再下料制作。

　　3.4钢骨梁安装

　　梁底筋安装好后，可以对加工好的H型钢梁进行吊装。因钢梁长7m，重3.2t，经过验算，可用塔吊进行吊装。梁上设两个吊点。从地面吊装到56.25m标高的15层屋面，属高空作业，吊装前必须搭设好操作平台，对起吊点进行检查，对安装工人进行安全技术交底。吊装就位对好轴线和标高后，焊接固定在钢骨柱型钢上，连接焊缝要满足设计要求。钢骨的砼保护层厚度均为150mm，安装时应满足要求。

　　3.5钢骨模板混凝土梁模板施工

　　第一次浇筑混凝土所需钢筋全部安装就位后。便可安装梁底部的模板，最后安装梁两侧模板。因钢骨粱处有次梁，相交处的次梁底模和侧模需留待钢骨梁侧模安装好后才能封模。底部模板选用胶合板模板，板下纵向布置90mm×90mm方木4根，再下面是90mm×90ram的横方木。横方木间距为750mm，直接与底部钢管满堂架连接。粱侧模纵向用4根90mm×90mm方木，竖向用2根60mm×90mm方木，间距为500mm。梁支撑预先加工好西12的穿墙螺杆，每组3根，上下两排分别布置在型钢粱上翼缘顶面以上和下翼缘底面以下，中间与腹板相交时，与腹板点焊在一起。螺杆沿钢骨梁轴线纵向布置，间距为500mm。

　　3.6钢骨混凝土梁混凝土施工

　　因梁高为1300mm，梁内钢筋和型钢密集，混凝士浇筑可分两次进行。第一次浇筑到板底之下20mm，浇筑高度为1160mm;第二次配合楼板浇筑，浇筑高度为140mm。混凝土应采用细石混凝土。

　　在第一次浇筑混凝土前，因属屋面结构，粱面纵筋向钢筋需锚人柱内，伸至粱底1050mm，可分段先安装锚入柱内的粱面筋，其余梁面纵筋先不安装绑扎，全部箍筋做成开口式，加工制作预留长度.预留长度部分向上外伸。第一次浇筑完毕后，再安装绑扎余下部分的梁面筋并用墩粗直螺纹接头连接拧紧，然后将向上外伸的箍筋预留部分弯折90度，使之形成封闭的箍筋，并按各50%的比例在左右两侧作焊接接头。最后配合楼板混凝土进行浇筑。

　　钢骨梁混凝土浇筑必须连续作业，并分层进行，每层高度控制在350—400mm，每层间隔时间不超过2h。混凝土必须用直径为35mm振动棒振捣。振捣到位密实，不得出现漏浆。混凝土浇筑成型后，及时洒水养护，2Ah后适当松动大梁侧模，确保侧向的养护效果，砼养护时间应在14d以上。

　　4小结

　　内置钢骨构架一钢筋混凝土深梁是一种高承载力的既安全又经济的新型转换构件，它不仅可以在高层建筑转换层上使用，还可以推广应用到超高层建筑大空问转换层、桥梁工程、大跨重载结构或其它特殊结构上。

　　参考文献

　　[1]程文壤，高仲学，苏毅等.钢骨混凝土柱框架节点的试验研究[J].建筑结构学报，2002.

　　[2]冯乃谦.钢骨钢筋混凝土结构计算标准及说明[M].叶列平译，北京：能源出版社，1998.

　　[3]刘之洋,王连广等.钢与混凝土组合结构[M].沈阳：东北大学出版社，2000.