建筑工程中型钢混凝土组合结构的应用探讨

建筑工程中型钢混凝土组合结构的应用探讨

陈琳

深圳市建筑设计研究总院有限公司,广东省深圳市518000

摘要：型钢混凝土于20世纪90年代初期，逐步在建筑工程领域被推广使用，这种特殊的组合式结构融合了钢筋、混凝土、型钢的优势，其优越的结构性能给建筑主体结构的稳定性提供了坚实保障，并对独特建筑方案的落地提供了结构可行性。型钢混凝土主要划分两大类型，即全型钢结构与局部型钢结构，在建筑工程领域，局部型钢结构较为常用。然而在混凝土中增设型钢，对施工造成了一定的难度。

关键词：建筑工程；型钢混凝土；组合结构；应用

引言

近年来型钢混凝土组合结构在高层、超高层以及大跨度、大空间建筑中得到了广泛应用。型钢混凝土组合结构中，型钢、钢筋、混凝土三位一体地工作，使型钢混凝土结构具备了比传统的钢筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能好的优点。

一、型钢混凝土组合结构概述

型钢筋混凝土结构是一种钢-混凝土结合的结构。充分利用钢材料的性能，可以优化混凝土的抗拉性能，防止不利因素和承载力对建筑工程整体结构的不利影响，提高建筑工程主体结构的稳定性。通常，在建筑工程的混凝土墙柱或者梁内都能增设型钢材料。在混凝土材料内增设型钢可以优化构件截面，提高整个结构的强度和力学性能，但是型钢混凝土结构的复杂性对现场施工增加了一定难度。

二、型钢混凝土组合结构的特点

其一，刚度大，抗震性能好，主要是由于型钢混凝土结构以“工”字形、“H”字形等型钢作为骨架，并在骨架周围配置钢筋与浇筑混凝土，在这种情况下，内部型钢与外包混凝土构成一个整体，共同承受来自建筑整体结构施加的外力，因此，型钢混凝土组合结构体系集合了钢筋混凝土与型钢的优点，其刚度与抗震性能远远高于钢筋混凝土。

其二，节省钢材，稳定性好，与钢结构相比，型钢混凝土结构能够节约50%以上的钢材。另外，由于这种结构是型钢与混凝土同时承受外力，与钢结构单独承受外力的情况相比，其整体与局部稳定性更好。

其三，防火性能好，主要是由于型钢被混凝土结构所包裹，这就相当于给内部型钢设置了一道坚固的防护层，这样一来，型钢混凝土结构的防火性能与耐腐蚀性能将表现得更加优越；

其四，现今不论是公建还是住宅类项目，方案设计都越来越复杂，对室内空间要求又越来越高，业主方对成本又控制严格，这些方面给结构设计带来了挑战。而局部型钢混凝土结构比混凝土结构优化了截面，比钢结构又节约了成本，是较好的选择。

三、建筑设计过程中型钢混凝土组合结构的应用

设计过程中，当梁柱截面受方案要求约束限制时，可通过增设型钢以达到设计承载力要求。墙柱通过增设十字型钢或工字型钢以满足轴压比限制要求；梁通过增设型钢可稍微放宽高跨比要求，控制梁高，满足室内净高要求。

但增设型钢给设计带来好处的同时也给施工增加了难度：型钢打断梁柱内纵筋的贯通，或打断箍筋，无法形成完整箍，就需要增加其他施工措施来达到钢筋混凝土结构的设计要求，比如型钢穿孔，或增设搭筋板钢筋焊接；型钢较重，施工前期必须增加型钢吊装方案等等。故在型钢混凝土结构设计过程中，必须关注施工是否可行，以免建设过程中遇到无法满足设计要求的问题。

四、建筑工程建设中型钢混凝土组合结构的应用

（一）深化设计

通过应用BIM三维建模技术，将土建配筋模型与型钢模型进行融合，按规范及施工要求进行检查，优化钢筋排布，明确型钢穿筋孔、浇筑孔、排气孔等孔洞的尺寸及位置，生成下料图，指导钢构件加工和现场施工。

（二）预埋型钢柱地脚螺栓

设置地脚螺栓过程中，提前进行止水条模具的制作，制作模具的钢板厚度宜为5mm，根据螺栓位置及直径，先在模具上定位，然后钻孔，模具尺寸及钻孔直径应符合施工要求，为方便焊接，模具中部挖空，螺栓穿入模具后，上部拧一个螺帽控制标高。基础柱模板支好后，按照图纸对模具进行定位，校正模具标高后，进行固定，并采取可靠方式防止螺栓移动。

（三）型钢加工

型钢构件采用工厂内集中制作，根据设计图纸及二次深化图纸，按1:1比例翻样后下料。钢柱必须根据深化图纸画出准确的钢筋穿孔定位，钢梁、柱牛腿准确加工螺栓孔位。需要注意的是，施工深化设计应符合国家现行有关标准的规定，并在施工图的基础上进行深化设计图完成后，还需要会同设计单位进行二次复核，保证不削弱原有的设计。

（四）基础混凝土浇筑及止水条模具拆除

基础底板混凝土采用汽车泵浇灌，遇水膨胀止水条模具部位浇筑混凝土时应在模具两侧浇筑，振捣时应避开模具位置，避免对模具造成破坏、偏移，模具应在混凝土初凝后终凝前拆除。

（五）钢筋绑扎

钢筋绑扎前，应根据建筑工程的具体要求选择钢筋，计算材料的数量，以确保钢筋的最终捆绑结构符合建筑工程的具体要求。下料时应和钢结构深化确认好钢筋连接方式（穿孔或者搭筋板焊接），复核穿孔大小是否合适，焊接长度是否满足设计要求。绑扎时应根据设计穿筋或与搭筋板焊接，满足受力要求。钢筋绑扎通常用金属丝连接，固定钢筋相交的位置。捆绑前要明确捆绑位置的准确性，以免发生偏差。

（六）混凝土柱浇筑

型钢筋混凝土柱浇筑过程中，由于竖向钢板及加劲板的作用，混凝土被划分为多个区域，在水平钢筋和加劲板的作用下，混凝土也被划分为多个区域。梁柱节点密集，布置复杂，混凝土不易顺节点流动，振动不适合受压，增加了节点处混凝土浇筑难度。为保证接缝处混凝土的施工质量，防止框架分离现象，采用钢柱周围均匀下料和振动的方法，同时加劲板要设置浇筑孔和透气孔。这种浇筑方式也避免了混凝土流动不均匀，钢柱受压的问题。为合理设计混凝土配合比，严格控制施工材料，现场应进行混凝土坍落度测试，确保流动性符合要求。

五、型钢混凝土组合结构施工质量控制措施

（一）合理选择施工材料

在施工前需要科学地选择水泥、砂石、钢筋等是施工材料，做好材料性能的试验检测，明确原材料的质量。施工材料从很大程度上决定了钢筋混凝土结构施工质量，为此，技术人员要科学系统地分析施工原材料，按照现场实际情况做好材料强度的控制，避免施工阶段或者后期使用发生裂缝等问题。在增加了型钢后，由于浇筑施工过程的影响，就更需要把材料这个源头先控制好。当前常用计算机等现代信息设备控制混凝土材料的生产，可以显著提高配比的准确性，有助于提升原材料的生产质量。

（二）加强产品保护，做好安全防护措施

其一，在浇筑连接位置混凝土过程中要对钢筋预留伸出量、预埋件连接位置等方面进行细致地检查，查看是否存在位移、位置不准确等问题。其二，在大型钢筋变形振动棒安装和使用过程中工作人员要注意避免直接用手对变形的钢筋、预埋件等进行触碰或者调整，如果发现变形情况要及时检查，采用专门的设备校正，避免发生人身安全事故。

结束语

通过对型钢混凝土组合结构的技术要点的分析可以看出，在建筑工程建设中，这种高强度、高刚度的结构形式在提高建筑工程整体结构强度方面发挥了至关重要的作用。因此，设计单位及施工单位应在实际应用中积极借鉴一些成功的经验与施工案例，并不断对型钢混凝土的节点设计及施工技术进行创新和优化，进而为社会奉献出更多的优质工程与精品工程。

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