型钢混凝土组合结构的优点

型钢混凝土组合结构的工艺原理、施工工艺流程
欧阳至展
中国铁路通信信号贵州建设有限公司贵州贵阳550003
摘要：目前，土地作为一种不可再生的稀缺资源，随着中国城市化进程的加快，可用于人类居住的土地正逐步减少，一方面为了不断满足人民日益增长的物质、文化需要，改善居住条件，需要占用大量的土地；另一方面，城市工业和公共用地的需求量也在与日俱增，土地的供需矛盾日益突出。

如何解决未来土地的供需矛盾，最大限度地挖掘土地的使用价值，成为未来城市发展不得不面临的课题，而高层建筑的诞生正是为了使土地的使用效率最大化，从一定程度上缓解了土地供需的矛盾。

型钢混凝土组合结构的优势将在高层建筑中的应用得到体现和加强。

关键词：型钢混凝土组合结构；型钢混凝土组合结构的优点、适用范围；型钢混凝土组合结构的工艺原理
引言：当前，型钢混凝土组合结构技术应用还处于探索阶段，从设计到施工的经验不足，造成设计与施工脱节，许多结构设计时仅仅考虑到结构安全和使用功能上，很少全面考虑在施工时的可行性。

由于型钢混凝土组合结构属于一种新型结构，在我国的运用还不是很广泛，施工技术上还不是很成熟，可借鉴的施工经验相对较少。

目前国内的型钢结构大多运用于建筑物核心筒等主要受力区域，用相对较小。

1、型钢混凝土组合结构的特点：
型钢混凝土结构是在型钢结构的外面包裹有一层钢筋混凝土的外壳，这种结构现已广泛应用于高层建筑和大跨度建筑工程转换层中，随着科学技术的不断进步，以及我国经济的发展，型钢混凝土结构将作为一种新型的结构不断得到推广和应用。

2、型钢混凝土组合结构与普通混凝土结构比较，优点有:
由于在钢筋混凝土中增加了型钢骨架，使得这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点。

2.1型钢混凝土设计上不受含钢率限制，刚度，承载力高。

型钢混凝土结构的构件的承载能力可以高于同样尺寸的钢筋混凝土构件的一倍以上，因此，对于高层建筑，可以减小构件截面，即可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。

2.2型钢构件截面积小，对于建筑物而言，可以增大跨度，增加使用面积和层高，其经济效益可观。

2.3型钢混凝土梁结构的延展性远高钢筋混凝土结构，因此，具有优良的抗震性能，刚度加强，抗屈服能力增强。

2.4型钢混凝土梁柱高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层，有效地缩短了建设工程的工期，即节约了施工成本。

3、型钢混凝土组合结构与钢结构比较，优点有：
3.1与钢结构比较，型钢外包混凝土参与承受荷载，同型钢结构共同受力；同时由于型钢包裹混凝土后，能够抵抗有害物质，从而防治钢材锈蚀。

3.2受力性能好，型钢混凝土结构构件内部的型钢由于受到外部钢筋混凝土的约束，克服了普通的钢结构构件的受压失稳的弱点，同时也克服了钢结构的耐火性能差的弱点，型钢混凝土组合结构耐火性和耐久性优良。

3.3由于钢筋混凝土和型钢共同受荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一种有效手段。

型钢混凝土组合结构较钢结构可节省钢材50%以上。

在我国，随着钢材产量和质量的不断提高，型钢混凝土组合结构已开始广泛应用于大跨、超高层建筑。

中国著名的东方明珠电视塔、北京香格里拉饭店、国家大剧院等均采用了此种结构。

4、适用范围：
型钢混凝土组合结构适用于框架结构、框架-剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框架-核心筒结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构等。

目前广泛应用于多层、高层建筑、桥梁等构筑物中。

5、工艺原理：
由钢筋混凝土包裹型钢所形成的结构被称为型钢混凝土组合结构，它的核心部分为型钢构件，即在型钢外侧配置适当的纵向受力筋并配以合适的箍筋加以约束的混凝土结构。

在施工时，宜先在专业的钢结构加工厂根据设计要求事先将型钢加工好，并专业的钢结构吊装队伍进行吊装，完成后再交由专业的土建施工队伍进行外包的钢筋混凝土施工。

5.1根据国家标准：《钢结构工程施工验收规范》（GB50205－2012）、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81－2002）、《型钢混凝土组合技术规程》（JGJ138-2001）来指导整个型钢梁、柱的吊装、安装施工全过程。

采用的施工工艺是依据国家现行，以及图纸设计要求的基础上产生的切实可行的施工工艺。

5.2采用可靠、合同的吊装方法一次性将型钢柱、梁起吊到设计的标高和轴线位置。

5.3型钢梁与柱对接焊接前，校核柱轴线位置、型钢柱翼缘的垂直度、平整度以及钢柱上临时搁置型钢梁用（类似牛腿）支撑钢板顶面标高。

5.4用设置在型钢柱上的绳子配合吊车来调整柱子的垂直度，将误差严格控制在规范允许的范围内。

5.5选用科学、合理的运输和吊装方法、安装工艺和焊接方法来控制施工中型钢梁的变形。

5.6型钢梁、柱受气温影响有一定的热胀冷缩，应制定合理的测量方法和选择适当的吊装和焊接时间，来保证型钢梁、柱施工中的精确度。

5.7合理设置抗剪连接件的位置，抗剪连接件与型钢梁翼缘要焊接牢固可靠。

6、施工工艺流程及制作要点：
6.1型钢混凝土组合结构施工工艺流程：
型钢柱：型钢柱加工制作、运输型钢柱测量定位地脚螺栓与底板预埋底板下细石混凝土浇筑底板无收缩混凝土灌缝吊装临时固定型钢柱安装、轴线及垂直度校正预埋底板与型钢钢柱焊接连接（非对称施焊）焊缝处理焊接外观检验超声波探伤检测合格后型钢柱钢筋绑扎柱子支模、浇筑混凝土（只能浇筑到梁底）。

型钢梁：起重吊装就位临时固定调节水平、竖向位置校正轴线垂直度、标高焊接外观检测超声波探伤检测合格后交给土建施工。

6.2型钢梁、柱制作要点：
6.2.1型钢加工应严格按设计图及规范要求选材，所选材料质量证明书应与实物相符，并应符合现行国家有关规定，未经设计许可严禁擅自代用。

6.2.2放样和号料应本着有效利用的原则进行，先下大料，后下小料。

应先核对施工图，熟悉工艺要求、钢材规格、材质、批号等，根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割、刨边和铣平等的加工余量。

6.2.3板材下料必须在专用的龙门割机下料平台上进行，柱、梁有腹板及翼缘板下料时，应使其受力方向(即长度方向)一致。

钢板切割后，应进行外观检查，对边缘的棱边、缺口及时补焊和打磨平整。

6.2.4为保证钢结构焊接质量，板材对接焊缝处需用坡口焊接，坡口加工采用半自动气割机进行。

焊接坡口尺寸的允许偏差应符合国家标准，《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》（GB985－80）和《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》（GB986－80）中的有关规定。

6.2.5翼缘板和腹板的拼接是在钢平台上进行，部件可以翻转组对和焊接；翼缘板允许横向拼接一处，拼接焊接处距梁端大于200㎜；腹板允许纵向拼接一处，腹板拼接窄板宽度大于200㎜。

6.2.6型钢加工一般在工厂内制作，焊接采用埋弧自动焊接，焊接前必须将各焊口清理干净，焊剂要充分干燥，焊接电流要调整适当，避免焊接咬边，未焊接夹渣、气孔等缺陷。

焊接前应作同类材料焊接工艺评定确定其焊接工艺参数。

6.2.7钢梁、柱翼缘边焊接后，若有变形现象时，须在钢翼缘矫正机上进行矫正，矫正后的钢材表面不得有明显的凹面损伤，表面划痕深度不宜大于0.5㎜。

普通碳素钢和低合金钢，因部分梁超高，现有设备无法对其钢翼缘矫正，允许加热矫正，加热矫正后的低合金钢必须缓慢冷却。

6.2.8钢梁、柱及连接板上制孔应采用磁力钻孔，加工后的孔周边用砂轮打磨机打磨毛刺，严禁使用氧割割孔。

制孔前考虑焊接收缩余量及焊接变形的因素，将焊接变形均匀分布在构件上。

6.2.9构件的运输应根据构件制作尺寸、重量，选择相应原平板拖车进行运输，装车高度应作控制，运输过程中，须用手拉葫芦固定好，确保运输路途中的安全。

结语：
随着社会的科学技术水平的日新月异，我国经济的飞速发展，高层建筑的大量涌现，以及建筑功能的多样化，建筑楼层要求较大空间，传统的钢筋混凝土结构存在截面尺寸过大，占据空间较多，已无法满足建筑使用功能的充分发挥，单一的钢筋混凝土结构已不适应，为有效解决建筑结构大跨度以及提高构件的承载力，同时最大限度地提升土地的使用价值，型钢混凝土组合结构作为一种新型的结构将不断得到推广应用。

参考：
[1] 《贵州建筑情报》2009年特刊。