型鋼混凝土結構施工工法

《型鋼混凝土結構施工工法》是北京城建五建設工程有限公司、北京城建四建設工程有限責任公司、萊西市建築總公司完成的建築類施工工法，完成人是楊曉成、伍路平、金星、趙成福、于振方、蔡強，適用於工業與民用建築中的各種型鋼混凝土結構。

《型鋼混凝土結構施工工法》主要的工法特點是提出梁端翼緣變截面設計；採用連線板和連線器的方法；通過現場側壓力試驗，確定超高型鋼柱混凝土澆築中模板側壓力的計算方法。

2008年01月31日，《型鋼混凝土結構施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：型鋼混凝土結構施工工法
• 工法編號： YJGF022-2006
• 完成單位：北京城建五建設工程有限公司、北京城建四建設工程有限責任公司、萊西市建築總公司
• 主要完成人：楊曉成、伍路平、金星、趙成福、于振方、蔡強
• 套用實例：國家體育館工程
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）

形成原因

隨著中國建築業的不斷發展，建築風格日益多樣化。特別是2008年奧運會成功申辦後，奧運工程中出現了一批造型新穎獨特的建築。各大型建築為了實現使用功能的需求，均採用了型鋼混凝土結構。型鋼混凝土結構是實現大空間、大跨度建築功能的主要結構形式。型鋼與鋼筋混凝土協同作用、受力合理，能減少構件截面尺寸，使可利用空間增大，同時能降低工程成本。型鋼混凝土結構施工工藝複雜、施工難度大。北京城建集團通過不斷的工程實踐，對型鋼混凝土結構中的型鋼安裝工程、鋼筋安裝技術、混凝土工程和模板工程等施工工藝進行了總結，形成了《型鋼混凝土結構施工工法》。

工法特點

《型鋼混凝土結構施工工法》的工法特點是：

1.針對型鋼混凝土框架樑柱節點提出梁端翼緣變截面設計方法，解決了型鋼與鋼筋節點施工難度大難題。

2.通過採用連線板和連線器的方法，解決了型鋼混凝土結構樑柱節點區密集鋼筋受型鋼穿孔率限制的施工難題。

3.通過現場側壓力試驗，確定了超高型鋼柱混凝土澆築中模板側壓力的計算方法。

4.採用適用於型鋼混凝土結構的自密實混凝土，保證了型鋼混凝土結構混凝土的成型質量。

操作原理

適用範圍

《型鋼混凝土結構施工工法》適用於工業與民用建築中的各種型鋼混凝土結構。

工藝原理

《型鋼混凝土結構施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.採用計算機三維建模的輔助方法，深化了型鋼樑柱節點區型鋼截面形式，鋼筋定位、開孔和連線方式。節點區梁、柱主筋在型鋼開孔率允許的條件下貫通通過，其餘非貫通鋼筋與型鋼樑柱腹板或翼緣上預焊的連線器和連線板連線，使節點區鋼筋連線可靠，操作方便易行。

2.利用自密實混凝土流動性大，易密實的特點，解決了型鋼混凝土結構中鋼筋密集部位的混凝土振搗不密實和振搗困難的施工難題。

3.為了進行模板體系設計，通過現場試驗測定了混凝土澆築過程模板所受側壓力值，經數據分析確定了超高型鋼柱中模板側壓力計算方法。

施工工藝

• 工藝流程

《型鋼混凝土結構施工工法》的施工工藝流程如圖1所示。

圖1 型鋼柱施工工藝流程

操作要點

《型鋼混凝土結構施工工法》的操作要點如下：

一、深化設計

1.深化設計方法

由於節點區型鋼樑、柱、鋼支撐及梁、柱構件中受力鋼筋和構造鋼筋的存在，節點區型鋼和鋼筋的關係十分複雜。施工中利用計算機三維建模的輔助方法進行深化設計，通過三維模型確定節點區型鋼和鋼筋的位置，並完成深化圖的繪製，以便型鋼構件的加工。

2.型鋼柱鋼筋深化設計

根據型鋼柱鋼筋規格、數量，結合型鋼樑、鋼支撐的截面形式和鋼筋保護層厚度的要求，對型鋼柱主筋進行排布定位。主筋間距需滿足規範要求。型鋼樑、鋼支撐翼緣範圍的型鋼柱主筋利用穿孔的方式通過，為了保證穿孔率滿足設計要求，梁端翼緣節點採用變截面的方法加大翼緣寬度。

由於柱頂沒有足夠的錨固和彎折空間，型鋼柱柱頂設定錨固鋼板，柱頂鋼筋利用塞焊的方式錨固在錨板上。

3.型鋼樑鋼筋連線方法深化設計

1）在滿足型鋼柱腹板開孔率要求的前提下，型鋼樑部分鋼筋穿過型鋼柱腹板，按照普通鋼筋連線方法施工。

2）將型鋼樑梁端翼緣加高、加寬，部分型鋼樑鋼筋焊接在梁端翼緣截面上，翼緣未焊接寬度需滿足設計要求。梁底鋼筋焊接前，先在加寬的下翼緣上開孔（工廠進行），利用補板的方式將梁底鋼筋焊接在下翼緣板上。

3）複雜節點處型鋼樑主筋採用連線器和連線板連線。圖2鋼筋連線器使用示意圖。

圖2 鋼筋連線器示意圖

4.節點區箍筋深化設計

節點區由於型鋼腹板的影響，型鋼樑、柱箍筋不能自然封閉。深化設計確定腹板範圍的箍筋位置、數量，工廠加工時在腹板上焊接鬍子筋，鋼筋安裝時箍筋與預焊接的鬍子筋焊接。圖3為節點處箍筋焊接實物照片。

圖3 框架節點處型鋼樑箍筋焊接實物照片

5.型鋼柱腹板上對拉螺栓孔深化設計

根據模板方案設計，型鋼柱螺栓豎向間距在6米以下為450毫米，6米以上為900毫米，柱底第一道對拉螺栓距地面200毫米。深化設計時需確定對拉螺栓孔的位置。型鋼柱在工廠加工時根據深化設計結果，在型鋼柱腹板上開直徑為30毫米的圓孔。避免了現場開孔的現象。

6.型鋼柱中拉鉤的深化設計

由於柱中型鋼的存在，拉鉤不能在柱截面內貫通布置。將貫通拉鉤改為分段拉鉤，與焊接在鋼板上的ф12鋼筋環拉接，鋼筋拉環豎向間距同拉鉤間距。圖4為型鋼柱中拉鉤設定形式。

圖4 型鋼柱中拉鉤設定示意圖

二、型鋼柱安裝

1.施測方法

1）軸線、中心線測量

對已安裝完的勁性構件的定位軸線和中心線進行復驗檢查，監理單位驗收合格後方可進行下道工序施工。

2）標高測量

依據甲方提供的原始水準點，對任意一個水準點樁進行測定。往、返各測2次，所測得的高程之差不大於3毫米為合格，取平均值作為最後觀測結果。利用已測定的水準點樁，使用N3水準儀對其他點樁進行測定，往、返各測一次，2次觀測結果不大於±0.5毫米為合格。

3）垂直度的控制

使用2台經緯儀，按正交的方法，對勁性柱進行垂直校正。

2.型鋼柱吊裝、校正、焊接

1）吊點採用工廠製作時設定的專用鋼板制吊耳，每根鋼柱設定2個吊耳，直接焊在鋼柱的頂部兩側，吊耳距頂面10厘米，同時柱體翼緣板上焊接四個拴捯鏈的耳板。

2）柱子起吊前為保證柱子穩定性，採用4根ф14毫米鋼絲繩作為纜風繩，分別拴在柱子頂部，作為找正、臨時固定使用。選用兩根6×37ф30毫米鋼絲繩作為吊裝索具，將柱頭兩側吊耳吊起，見圖5所示。柱子安裝就位採用四個鏈。

圖5 型鋼柱吊裝示意圖

3）型鋼柱吊裝方法採用直吊法，利用塔吊或汽車吊進行吊裝。鋼柱起吊時鋼絲繩固定在起重機吊鉤上，起重機收鉤，直到柱身呈直立狀態，然後將柱吊離地面50厘米時停機檢查吊索具是否安全可靠，確認無誤後升到安裝高度，移到就位柱上方，緩慢下降，對正位置後，用連線板安裝螺栓進行固定，同時將纜風繩與地面地錨固定。

根據起重設備的機械性能，確定型鋼構件的加工長度，豎向構件的加工長度應儘量長，以減少吊裝次數，提高功效，節約工期。

4）鋼柱的校正主要是垂直度的校正。柱的垂直度檢查使用2台經緯儀從柱的相鄰兩邊檢查柱的吊裝準線的垂直度。鋼柱找正方法採用倒鏈找正方法。

5）對接焊接要求熔透的雙面對接焊縫，在一面焊接結束，另一面焊接前應徹底清除焊根缺陷至露出焊縫金屬光澤，方可進行焊接。用背面鋼墊板的對接坡口焊縫，墊板與母材之間的結合必須緊密，應使焊接金屬與墊板完全熔合。

三、施工腳手架搭設

型鋼柱鋼筋綁紮前需根據柱高在型鋼柱四周搭設施工作業架，作業架為雙排架，在四個方向上連成整體。作業架立桿與型鋼柱間的距離的確定需考慮模板加固時的空間需求。鋼筋綁紮時利用小橫桿挑出操作面，模板安裝時拆除挑出的操作面，工人直接站在作業架內進行操作。

四、鋼筋加工

型鋼樑、柱的加工需嚴格按照深化設計結果進行，以便安裝。型鋼柱鋼筋加工時需考慮主筋在梁頂面的甩出長度。若甩出長度太長會給型鋼柱的安裝帶來困難，且為鋼筋順利穿過型鋼樑翼緣孔，造成不便（沒有調節空間）。

柱頂鋼筋下料時，按現場實量尺寸進行下料，以免浪費。

五、鋼筋安裝

鋼筋與型鋼翼緣或連線板焊接時，嚴格按照設計和規範要求進行，保證焊縫厚度和高度。

型鋼柱主筋在基礎梁內插筋時，需嚴格按照深化設計結果進行插筋，必須保證穿過型鋼樑翼緣板的主筋位置準確，且在柱子的整個施工過程中需保證該部分鋼筋的豎直度。穿過型鋼樑或鋼支撐牛腿翼緣板的主筋安裝時先將待連線的鋼筋從下往上穿過穿筋孔，然後利用專用套筒與下端鋼筋連線。

柱頂鋼筋安裝時穿過柱頂錨板上的預留孔後，切除多餘的鋼筋頭，進行塞焊，焊縫需充滿預留孔與鋼筋間的空隙，焊縫頂部應與錨固板頂面平齊。

六、模板設計、加工、安裝

1.不等高型鋼柱模板設計

型鋼柱混凝土結構實現了大跨度、大空間。但型鋼柱的超高設計高度（且各柱高度不等）以及複雜的樑柱節點對混凝土施工帶來了很大的困難，且限制了鋼模板的使用。

工程中不等高的超高型鋼柱採用了易加工的木模板和自密實混凝土。自密實混凝土呈高流態，其對模板的側壓力與澆築高度和速度有關。模板設計前為了確定合理的計算模型，利用壓力盒試驗確定了自密實混凝土產生的側壓力的計算模型如式所示：F=αγ_cH，式中α——折減係數。

經過計算，超高型鋼柱模板體系設計如表1所示。

表1 型鋼柱模板體系

面板類型	龍骨類型	柱箍間距
2層18毫米厚木膠合板	H200木工字梁豎龍骨，間距230毫米；100X50X5.3雙方鋼管柱箍+ф16對拉螺栓	柱箍間距：6米以下300毫米，6米以上450毫米；穿牆螺栓間距6米以下450毫米，6米以上900毫米

2.模板加工

1）內層模板使用新模板，按照建築師的設計理念，水平蟬縫豎向間距2.0米，柱邊長大於1.2米時設定居中豎向蟬縫，外層模板使用舊木膠合板。

2）模板連線∶模板面板與木工字梁用鋼釘連線，釘眼用膩子刮平，板縫用玻璃膠嵌填嚴實。

3）木工字梁採用接高件的方法接長，接高件為兩片加工好的80毫米×600毫米×6毫米鋼板，在每根木工字梁端頭用2根六角螺栓固定，相鄰木工字梁接頭間隔錯開。

4）吊鉤安裝∶模板吊鉤安裝在模板邊第二根工字梁端部。

3.模板安裝

1）模板利用塔吊吊裝。

2）模板下口無頂板或型鋼樑時，在下一層柱頂設定柱箍，柱箍與模板下口間設定100毫米×100毫米方木支撐。

3）模板加固使用可拆式對拉螺栓（三節頭），對拉螺栓兩端與模板接觸處分別套一硬聚酯錐套，錐套外側與模板接觸面頂緊，錐套與模板之間還要加一個直徑與錐套相同的密封條墊圈，確保混凝土不漏漿。

七、混凝土澆築

型鋼混凝土結構採用自密實混凝土澆築。自密實混凝土利用汽車泵或地泵進行泵送。“王”字形型鋼柱將柱截面空間分為四個區，混凝土澆築時從四個分區間隔下灰，以免從一個區連續下灰致使一側模板壓力過大，造成模板移位。混凝土澆築速度不能過快，下灰速度應控制在3米/小時。

型鋼樑下翼緣板以下混凝土澆築時必須從型鋼樑一側下灰，以便氣體的排出。

混凝土澆築時利用振搗棒輔助振搗，這樣可以減少混凝土表面的氣泡、麻面等質量缺陷，但振搗持續時間不能過長，一般每個振搗點振搗時間不超過3秒。混凝土澆築時利用橡皮錘敲擊模板外側，尤其是柱子四角處應多敲擊，這樣可以檢查混凝土澆築是否密實，而且有利於排除混凝土內部的氣孔。

材料設備

一、主要材料設備

《型鋼混凝土結構施工工法》所用的材料及設備明細如下，施工單位根據工程情況選用：鋼筋、混凝土（自密實）、連線板（材質同型鋼母材）、連線器（與鋼筋規格型號匹配、與型鋼間的可焊性符合要求）、全站儀、鉛直儀、鋼絲繩、花籃螺栓、焊接設備（CO₂氣體保護焊）、起吊設備、倒鏈、電焊機、烘箱、對拉螺栓等。

二、勞動力組織

《型鋼混凝土結構施工工法》現場管理人員包括工長、技術員、質檢員、安全員、材料員、測量員。作業工種包括電氣焊工、吊裝工、信號工、機械工、塔司、鋼筋工、木工、混凝土工等。

質量控制

一、規範規程

《型鋼混凝土結構施工工法》遵循以下2005年前的規範及規程：《型鋼混凝土組合結構技術規程》、《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205、《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204、《鋼筋焊接及驗收規程》、《鋼筋機械連線通用技術規程》。

型鋼柱安裝質量執行《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205，允許偏差按表2執行。

表2 型鋼柱安裝允許偏差及檢查方法

序號	項目	允許偏差值（毫米）	序號	項目	允許偏差值（毫米）
1	建築物定位軸線	L/20000，且不應大於3.0	5	底層柱柱底軸線對定位軸線偏移	3.0
2	基礎上柱的定位軸線	1.0	6	柱子定位軸線	1.0
3	基礎上柱底標高	±2.0	7	單節柱的垂直度	h/1000，且不應大於10.0
4	地腳螺栓位移	2.0	8	主體結構的整體垂直度	（H/2000+10.0）且不應大於50.0

鋼筋工程安裝質量執行《混凝土結構工程施工質量驗收規範》，允許偏差按表3執行。

表3 鋼筋工程安裝允許偏差及檢查方法

項次	項目		允許偏差值（毫米）	檢查方法
1	綁紮骨架	寬、高	±5	鋼尺檢查
		長	±10
2	主筋間距		±10	鋼尺檢查
3	箍筋間距		±20	鋼尺量連續三檔，取最大值
4	柱主筋保護層厚度		±5	鋼尺檢查
5	預埋件	中心線位置	5	鋼尺檢查
		水平高差	+3，0	鋼尺和塞尺檢查

模板工程安裝質量執行《混凝土結構工程施工質量驗收規範》，允許偏差按表4執行。

表4 模板工程安裝允許偏差及檢查方法

序號	項目		允許偏差（毫米）	檢測方法
1	軸線位置		3	鋼尺檢查
2	底模上表面標高		±5	水準儀或拉線、鋼尺檢查
3	截面內部尺寸		+4，-5	鋼尺檢查
4	層高垂直度	不大於5米	6	經緯儀或吊線、鋼尺檢查
		大於5米	8	經緯儀或吊線、鋼尺檢查
5	相鄰兩板表面高低差		2	鋼尺檢查
6	表面平整度		5	2米靠尺和塞尺檢查

二、關鍵部位質量要求

《型鋼混凝土結構施工工法》關鍵部位質量要求如下：

1.型鋼柱、梁、鋼支撐工廠加工完後，應在工廠進行預拼，保證施工質量。

2.施工前鋼筋連線形式、連線板、連線器的焊接工藝等必須先做工藝檢驗。現場同一部位鋼筋有多種級別時，連線板、連線器、連線套筒、電焊條（絲）等按高級別鋼筋強度考慮。

3.結構鋼筋採用連線板、連線器的形式與型鋼連線時，混凝土澆筑前要對連線板和連線器妥善保護。

4.豎向結構模板安裝後、混凝土澆筑前要用鋼絲繩纜風重新調校固定豎向型鋼的頂部位置，在該層豎向結構模板拆除前撤除纜風。

5.當豎向型鋼混凝土構件內鋼筋密集，採用普通混凝土澆築困難時，可以採用自密實混凝土進行澆築。個別部位可以採用自密實混凝土並進行輔助振搗（二次振搗）的辦法進行施工，此時要將混凝土的砂率控制在下限並適當提高混凝土澆築標高，混凝土強度達到1.2兆帕後將表面浮漿層剔除。

安全措施

採用《型鋼混凝土結構施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.專業工種必須持證上崗，戴好齊全合格的防護用品，所有工人必須經進場教育並考核通過後方可進行施工作業。

2.鋼構件吊運時，下方禁止站人，耳板連線螺栓及纜風安裝完成後方可摘鉤。

3.從事電氣焊、剔鑿、磨削作業人員應使用面罩或護目鏡。氧氣瓶不得暴曬，瓶口處禁止沾油。氧氣瓶和乙炔瓶工作間距不得小於5米。兩瓶同焊炬或火源間的距離不得小乾10米。未安裝減壓器的氧氣瓶嚴禁使用。如採用二氧化碳氣體保護焊接，應嚴格執行各項有關安全規定，保持良好通風。

4.嚴格遵守防護架使用規定，高空作業人員系安全帶，觀察好周圍作業環境。操作架經驗收合格後使用。

5.定期對鋼絲繩等吊具進行檢查，發現破損立即更換。

6.大模板及構件上要設定臨時爬梯，爬梯要固定牢固，大模板場地要硬化。現場自製木模板吊環強度要滿足吊裝要求。

7.牆柱模板未固定前，要有可靠的臨時防傾覆措施。

8.電焊作業時必須雙線到位，漏電保護器靈敏有效。

9.5級以上風天及雨雪天不應進行模板及構件吊裝作業。

10.用火應開用火證，設看火人，用火地點設定消防器材。

11.鋼結構焊接應設接火盆。

環保措施

《型鋼混凝土結構施工工法》的環保措施如下：

1.施工垃圾採用封閉容器吊運到地面，施工垃圾嚴禁隨意凌空拋撒。現場垃圾要及時清運，清運時要灑水，防止揚塵。

2.嚴格控制強噪聲作業，施工現場在使用混凝土輸送泵、電鋸等強噪聲機具前，採取隔聲棚或隔聲罩進行降噪封閉、遮擋，推薦使用免振搗混凝土或採用低噪聲混凝土振搗棒。施工噪聲白天控制在70分貝以下，夜間不得超過55分貝。

3.鋼筋加工機具地面要採取防滲漏措施，防止潤滑劑等對地面造成污染。

4.混凝土地泵下方設沉澱池清洗，污水經沉澱後排入市政污水。

5.電焊作業面做好防護遮擋，防止對周邊環境造成光污染。

6.基礎降水採用循環利用技術，養護混凝土和施工運輸噴灑降塵。

效益分析

《型鋼混凝土結構施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益

通過對型鋼混凝土結構節點的空間關係的深化設計，保證了節點的受力狀態且降低了工程質量風險。降低了操作難度，節約了人工費和工期。以國家體育館工程為例，型鋼混凝土框架施工節約的型鋼、鋼筋、模板等材料的材料費、機械費和人工費總計240萬元。取得了經濟效益。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

二、社會效益

型鋼混凝土框架節點處型鋼、鋼筋的處理方式簡單、易操作，在施工中積累的豐富經驗，將會在2005年以後類似工程施工中起到借鑑作用。

該工法成功實現了超高型鋼柱混凝土一次澆築施工技術，為木模板在類似工程中的使用積累了經驗。工程中經過試驗確定的自密實混凝土側壓力計算方法為類似工程施工提供了技術依據。

套用實例

《型鋼混凝土結構施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：國家體育館工程

國家體育館主體結構形式為框架—剪力牆結構與型鋼混凝土框架—鋼支撐相結合的混合型結構體系。場館外排柱全部採用型鋼柱，共78根，首層以上的型鋼柱之間的框架梁為型鋼樑，15.89米標高處的框架梁與外圈型鋼柱之間以及看台頂部斜梁與型鋼柱之間採用型鋼樑連線，以加強子體系之間的連線和過渡區結構的抗震，型鋼混凝土梁共437根。柱間支撐主要布置在場館的轉角部位和柱頂，共278組。

• 實例2：中央電視台電視文化中心工程

中央電視台電視文化中心工程位於北京CBD地區，建築面積103648平方米，地下2層地上34層，建築檐高140.68米，工程主體為型鋼混凝土結構，工程型鋼混凝土結構中型鋼用量約10000噸。標準層施工時間平均每層6天，最快達到5天1層。工程中樑柱鋼筋通過連線板和連線器與結構內型鋼相連，解決了密集樑柱鋼筋與型鋼斜交的施工難題。

• 實例3：銀泰大廈工程

銀泰大廈工程由3座塔樓組成，其中東、西塔樓地上43層，建築高度186米，為局部型鋼混凝十結構；北塔樓地下部分為型鋼混凝土結構，地上部分63層，建築高度250米，為全鋼結構。該工程型鋼混凝土結構中型鋼用鋼量為2500噸，鋼骨架截面為“十”形和“H”形。異形截面、變截面構件多。勁性結構構件截面尺寸較大，數量多，勁性柱截面最大尺寸達到2.5米×2.5米，勁性轉換梁截面最大尺寸達到2米×6米，北塔樓單層勁性柱達55根，東、西塔樓單層勁性柱46根。

• 實例4：國家大劇院工程

國家大劇院工程202區包括歌劇院、戲劇院、音樂廳三部分。歌劇院共有8根型鋼混凝土柱，其屋面板頂標高為33.500米，屋面主梁頂標高為34.000米。主舞台屋面下方空間為矩形的筒體，自—27.500米板面至屋面板底為超高大空間，凌空高度達到60.800米。該屋面在南北方向設定10根截面尺寸為750毫米×2000毫米的主梁，在東西方向設定2根截面尺寸為550毫米×1000毫米的次梁。屋面頂板厚200毫米，主梁高出板面500毫米。戲劇院共有10根型鋼混凝土柱。音樂廳共有24根型鋼混凝土柱，截面為橢圓形。型鋼混凝土柱內型鋼均為“工”字形，其中XG1、XG2、XG3、XG4型鋼的長寬為400毫米×400毫米，腹板厚60毫米，翼緣板厚40毫米；XG5勁性柱內型鋼的長寬為800毫米×800毫米，腹板厚50毫米，翼緣板厚25毫米。

榮譽表彰

2008年01月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《型鋼混凝土結構施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。