摘要：当前，型钢混凝土结构在高层建筑及超高层建筑中得到广泛的应用，研究型钢混凝土结构钢骨架安装施工技术具有重要的现实意义。本文结合工程实例，指出了型钢混凝土结构钢骨架安装施工的难点，并对型钢混凝土结构钢骨架安装施工技术进行了详细的介绍，为类似工程提供参考。
关键词：钢骨架；安装；施工技术
0 引言
随着城市建设的不断进步，高层建筑及超高层建筑的建设越来越多。在高层建筑及超高层建筑施工中，型钢混凝土结构以其承载能力高、延性好、刚度大及抗震性能好等优点得到了广泛的应用。但是，由于型钢混凝土结构受力复杂，施工难度较大，设计理论和施工经验都相对较少。因此，研究型钢混凝土结构钢骨架安装施工技术具有十分重要的现实意义。
1 工程概况
某建筑工程项目由1#楼、2#楼及裙房、附楼、整体地下室组成，建筑结构类型为30层框支剪力墙结构，总高度99.57m，总建筑面积58907m2。其中五层以下裙楼为门厅（20m×20m×13m）、餐厅、宴会厅（56m×30m×11m）、等公共大空间，五层为型钢混凝土结构转换层，楼层面积4360m2，型钢混凝土组合柱采用实腹式焊接十字型钢柱，截面尺寸1.3×1.3m、1.3×2.2m、1.4×1.4m、1.5×1.5m计12个柱位，柱内型钢采用贯通型，型钢柱的安装是从地下室地板开始焊接安装，逐层向上焊接安装至转换层；从基础承台面至五层楼面设置，全高为33.57m；型钢混凝土组合梁采用实腹式焊接H型钢，梁断面尺寸0.8×1.8m到2.2×2m、1.2×2.6m不等，计5根钢梁，钢梁净跨29.6m，单根钢梁重9.96t。所有型钢均采用Q345B型钢板。钢柱牛腿与钢梁、钢梁与钢梁之间均采用栓焊连接，腹板采用10.9级摩擦型高强螺栓连接，翼板采用加垫板现场焊接。
2 型钢混凝土转换层钢骨架安装施工难点
型钢混凝土结构钢骨架有钢柱和钢梁，钢柱为十字柱，高度33.47m，重量达34.8t；钢梁为H型，梁长29.6m，重9.96t，现场不具备构件整体运输和塔吊吊装条件。对构件进行合理的分段、场内运输、吊装及精确定位连接安装是型钢施工的关键。
配置型钢的转换梁配筋率高，在梁柱节点区钢筋异常密集，与型钢排布矛盾突出，相互影响较大，绑扎难度大，是钢筋施工安装的难点。
3 型钢混凝土结构钢骨架安装施工
3.1 型钢的吊装、连接
本工程型钢混凝土结构钢骨架有钢柱和钢梁，因安装位置的不同，以及作业现场不具备构件整体运输和塔吊吊装条件，故采取场外分段制作、运输，场内拼装、吊装。
3.1.1 型钢柱的吊装
施工前制定施工方案，依据施工图钢柱所在平面位置的分布情况详见图1，将钢柱的吊装、连接施工划分成2个施工段，在垂直的竖向面上，各段钢柱依自然层进行分段，下层钢柱安装完毕后再逐层向上施工，在两个施工段均完成下部楼层型钢混凝土浇筑，以及最后一层钢柱的吊装、连接后，再进行钢梁的吊装、连接工作。
各段钢柱构件在场外制作完成后运至现场，因施工场地及塔吊吊重的限制（单段最大重量为10t），采用30t汽车吊将钢柱构件卸至操作层，再使用专用平板拖车将构件转运至安装位置附近进行焊接组合，每段接口均设在楼层面以上1.3m处。钢柱焊接组合完成后，进行无损检验合格，而后采用摇臂拔杆吊装。
经计算比选，钢构件吊装采用1套16m高摇臂杆抬吊的方法吊装，桅杆基本参数为：最大的起重量11t，工作幅度5.0m，桅杆长度16.0m，起重滑轮组采用4定4动，工作线数为8直径为18.5的钢丝绳，滑轮组自重0.5t，卷扬机牵引动力为3t。
吊装钢柱时，摇臂拔杆设置在钢柱位置附近1m处，为使吊装拔杆稳定，设置四向稳定拉拔缆风绳、固定绳，即在拔杆顶端设缆风绳，在拔杆柱脚设固定绳，并将缆风绳、固定绳拉结在锚固点上（在已浇捣的钢筋混凝土楼层上预埋钢筋地锚作为锚固点）。吊装的吊点设置在柱顶，柱子起吊前，在结构面上1m处划一水平观测线，用以观测、复核钢柱安装标高。首段钢柱安装固定时，应对地脚螺栓进行保护，以防止钢柱构件吊装就位时撞碰损伤螺栓，而影响螺栓紧固。钢柱吊装示意图详见图2。
为使钢柱的垂直度与标高符合设计要求，必须及时进行钢柱的安装校正。校正测量采用两部经纬仪，同时在纵横两个方向上校对钢柱的垂直度，将经纬仪纵中丝对准柱子座的基线，发现钢柱垂直偏差，调整柱底的矫正螺母，直至钢柱垂直，以同样的方法测横线，使钢柱的另一方向垂直。经纬仪多向观测，确定钢柱垂直后，及时紧固地脚螺栓螺母，并将柱脚垫板与柱脚板焊接固定，同时做好焊缝检查工作，确保焊缝质量达到要求。钢柱焊接固定后，要及时在柱顶设置多向缆风绳，并将配有法兰螺栓的缆风绳拉紧固定，保证钢柱垂直度，不倾覆，方便后续工序的施工。二层以上钢柱吊装方法同下部钢柱，上下两段钢柱的连接改为安装螺栓，在调整好钢柱垂直度后，紧固连接螺栓，再次校正垂直度，合格后再焊接固定。
3.1.2 型钢梁的拼接、吊装
转换层型钢梁在3层楼板进行操作焊接、吊装，型钢梁全长29.6m，分3段焊接成型，每段先由汽车吊吊至3层板面，再用自制小平板拖车水平运输至焊接成型位置（即靠近吊装位置），组拼焊接完毕后用摇臂拔杆起吊安装；为使拼装完成的钢梁不对已完工的混凝土梁板造成损害，须在拼装的钢梁下垫方木，以减少钢梁对混凝土梁板的损害。
钢梁的拼接：因现场施工与设计的相关数据会存在误差，故钢梁长度以现场实际数据确定。钢梁长度的确定应综合考虑一下3个因素：一是，钢梁两端钢柱的间距。钢梁两端钢柱安装完成后，用测距仪从至少2个方位测量钢柱的间距，并将测量数据校核验证，核验后的数据作为钢梁的安装长度；二是，因钢梁较长，在采取分3段现场组对拼装时，钢梁拼装的实际长度按设计要求起拱100mm，该起拱会影响钢梁的安装长度；三是，因吊装作业，钢梁挠曲会产生长度变化，故要考虑减小梁长。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在对影响因素进行综合考虑后，经计算确定钢梁拼装的实际长度，并进行实际控制。钢梁的对接焊，采用底部垫衬板，单面坡口熔透焊接成型的方法焊接。
钢梁的吊装：钢梁吊装采用2套摇臂杆抬吊的方式吊装钢梁，每次抬吊一支安装一支。摇臂拔杆起吊位置布设在3楼板面，靠近型钢梁安装位置一侧。为确保板面有足够的承载力，施工过程中做到：①三楼板面砼达到100%强度；②一、二楼满堂模板支撑体系保留未予拆除；③在每一摇臂拔杆起吊位置板面下部进行支撑加强，即摇臂拔杆起吊位置板面下部水平面2×2m范围内立杆间距按0.5m设置，纵横向水平杆加密紧固，同时竖向四面进行剪刀撑紧固搭设。该支撑体系将摇臂拔杆起吊时受力向下传递至一楼板面。根据设计选点，在已拼装完成的钢梁上焊置2个吊耳，穿入钢丝绳，每台摇臂杆起吊一端。2套摇臂杆将构件抬吊到安装高度时，由牵引绳引导钢梁，使钢梁靠向安装位置，摇臂杆垂直降落将钢梁搁置钢牛腿上。
3.1.3 钢柱、钢梁的连接
钢柱和钢梁的板材采用Q345B，钢梁腹板采用10.9级摩擦型高强螺栓连接，翼缘板为坡口熔透焊连接。因人员业务素质、仪器精度、机械加工精度及吊装时钢梁的挠曲变形，将会使预先加工的梁、柱连接孔位不能对齐，导致高强连接螺栓无法全部穿过，故设计上允许梁柱采用全焊接连接。
钢梁腹板增加安装耳板，使摩擦型高强螺栓满足施工要求，钢梁腹板在准确定位并进行耳板连接后，即进行高强摩擦螺栓安装的初拧和终拧工序，高强度螺栓严格按顺序施拧，由螺栓群的中央向外拧紧。翼缘板为坡口熔透焊连接，设计焊缝等级为二级，并进行100%超声波探伤检测，确保焊缝质量。安装过程中，始终采用全站仪坐标法进行定位及校正，保证安装和连接效果。钢梁对接焊缝采用底部垫衬板，单面坡口熔透焊接成型。
焊接变形控制是现场焊接工作的重点，本工程通过在焊接部位增加连接板约束，采取对称施焊，翼缘板焊接采用半自动CO2气体保护焊等一系列措施，使焊缝变形得到了较好的控制。
3.2 钢筋与型钢骨架配置的施工
型钢组合结构中的钢筋施工是难点，难在钢筋与型钢在节点处的配置排布。为此，在技术准备阶段，由项目技术负责人牵头，组织并协调土建与钢结构施工单位，对型钢梁柱节点逐一进行施工设计，以“翼缘板不开孔，腹板＜20%”为原则，尽量减少开孔对腹板造成的破坏，型钢所有穿筋孔均在工厂内预制及补强。对转换梁密集钢筋的绑扎，理清安装顺序，通过技术准备阶段，对图纸深化设计，使绑扎工艺过程得到统筹和改进。
3.2.1 型钢梁钢筋原位绑扎
型钢梁钢筋绑扎前的支撑架应严格按施工方案搭设，对支撑的步距、扣件数量、扭矩全数进行检查，并重点复核顶部小横杆的标高，以保证梁顶标高到位。穿筋的顺序遵循“先主梁后次梁，先主筋后箍筋、主筋先下部后上部，先内后外、先直径大的后直径小”原则，整体工艺流程如下：
焊接定位钢筋→焊接锚固钢板→连接安装梁底主筋→连接安装梁面主筋→绑扎内箍筋→连接安装内箍筋外的纵向钢筋→安装绑扎梁腰筋→外箍筋绑扎。
3.2.2 节点区柱钢筋施工
（1）柱内箍筋遇型钢柱腹板：型钢柱设计比框架柱截面尺寸小300mm，若按原设计内部箍筋均采用单肢箍，多数内箍筋与型钢相遇。为解决箍筋安装问题，经设计单位同意，改内套做法为型钢平面外拉筋做法，减少了腹板打孔的数量（带来的问题是拉筋无法一次到位，需二次成型一侧135°弯钩），减少了焊接及交叉作业，加快了施工进度。
（2）柱主筋遇型钢梁或牛腿翼缘板：施工深化设计时，柱主筋已尽量避开型钢梁与牛腿翼缘板，个别主筋需穿翼缘板，型钢制作时预留出钢筋孔，柱主筋安装时穿过钢板上的预留孔后，与下主筋进行直螺纹连接，后进行塞焊，塞焊必须做到填满预留孔与钢筋间的空隙，焊缝顶部应与锚固板顶面平齐。
（3）柱核心区箍筋遇型钢梁或牛腿腹板：因抗震要求，柱箍筋全高加密，柱核心区有型钢梁、牛腿，使梁柱节点处箍筋无法按传统做法施工。为此，节点处箍筋分成两种方式安装，一是钢牛腿腹板在工厂内打孔，箍筋翻样时加工成开口套，安装穿孔后单面搭接焊接成整体；二是钢梁腹板需在工厂预焊连接筋，该部分箍筋安装时，与连接筋搭接焊接成形。
3.2.3 节点区梁钢筋施工
梁柱节点处，无论是钢筋混凝土梁—型钢柱节点，还是型钢梁—型钢柱节点，梁纵向受力筋安装都非常困难，按梁柱立面投影位置关系分为以下几种情况进行施工。
（1）梁柱节点处有增加焊接牛腿的部位，部分梁筋可与牛腿焊接。
（2）型钢柱之外的梁筋：由于型钢截面尺寸比柱截面尺寸小300mm（两侧各150mm），在这300mm范围内，梁受力筋可正常穿过，不受型钢影响，按传统做法施工。
（3）型钢柱翼缘板之外的梁筋：此部位应在腹板上钻孔，以便让梁筋穿过。依据施工设计图纸，型钢柱在制作工厂加工过程中先行钻孔，待现场型钢柱安装完毕后，梁筋穿过成孔安装。
（4）与柱翼缘板相遇的梁筋：此部位梁受力筋与牛腿焊接，实际施工中，因大部分框支梁设计有两排主筋，在与设计商定后，确认一排主筋采用连接套筒与柱翼缘板焊接连接（连接套筒与柱翼缘板焊接工作于工厂内完成）；二排主筋与牛腿搭接焊，根据纵横向梁筋的排布位置，确定牛腿标高，进而确定梁筋的平焊位置。
4 结语
综上所述，当前，在高层建筑及超高层建筑中，型钢混凝土以其良好的抗震结构体系及优良的性能得到广泛的应用。在型钢混凝土结构钢骨架安装施工中，施工人员要熟练掌握安装施工技术，做好技术准备工作以及施工过程中的统筹安排，严格按照规范标准进行操作，同时做好施工质量控制工作，从而确保施工的质量，保证建筑结构的安全及性能。
参考文献：
[1]夏方军，崔文禄，赵猛，王前进，葛学军.耗能钢梁-型钢混凝土偏心支撑组合抗震体系关键施工技术[J].建筑技术.2015（S1）
[2]赵斌杰.型钢混凝土组合结构的质量控制浅析[J].门窗.2014（04）
论文作者:肖俊平
论文发表刊物:《基层建设》2016年16期
论文发表时间:2017/8/7
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