马立功 王全逵 刘坤 李天一
中建二局第四建筑工程有限公司 天津 300457
摘要：在现有技术中，大跨度网架屋顶的支撑结构即屋顶基座多为钢筋混凝土结构或钢结构，但受2种结构自身材料特点的影响，利用钢筋混凝土结构或钢结构作为网架屋顶的基础，均不能充分发挥网架屋顶刚度大、抗震性能好的优点。基于此，提出了一种新型的大跨度网架屋顶的基座即钢骨混凝土基座，能充分发挥钢与混凝土2种材料的特点，在实施中取得了良好的效果。
关键词：大跨度网架屋顶 钢骨混凝土基座 抗震 梁柱节点
中图分类号：TU753 文献标志码：B DOI: 10.14144/j．cnki.jzsg.2015.10.009
随着科技的发展与建筑技术的进步，大跨度建筑已经成为建筑结构发展方向之一，网架结构是一种新型大跨度空间结构，它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度减轻结构自重和节省材料等优点，近年来，网架屋顶已广泛应用于大型商场及体育场馆等公共建筑。在现有技术中大跨度网架屋顶的支撑结构即屋顶基座多为钢筋混凝土结构或钢结构，混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，钢筋混凝土结构的截面往往较大限制了建筑的有效使用空间，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳，且易被锈蚀、不耐高温。利用钢筋混凝土结构或钢结构作为网架屋顶的基础，均不能充分发挥网架屋顶刚度大、抗震性能好的优点。
针对目前网架屋顶的支撑结构存在的问题，本文提出了一种新型的大跨度网架屋顶的基座即钢骨混凝土基座，能充分发挥钢与混凝土2种材料的特点，具有截面尺寸小、刚度大、延性及耐久性好，且节省钢材的优点，利用该基座能增加建筑的有效使用空间，可充分发挥网架屋顶刚度大、抗震性能好的优点，并能提高施工精度、保证施工质量，缩短工期。
1 工程概况
某工程建筑高度99.90 m；层数最高34层，地下2层。地下1层至地上3层采用钢骨混凝土柱，地上2层、3层、4层为大跨度钢骨混凝土梁。其中：钢骨柱φ1000 mm，柱内钢骨为φ510 mm×24 mm钢管，所用材质为Q345B，每层14根。每根柱质量约1.50 t。钢骨梁截面700 mm×l 300 mm，梁内钢骨为800 mm×300 mm×26 mm×14 mm的H型钢，跨度最长25 m、最短17 m，每根钢梁质量在0.50 t左右。④一⑧轴／
轴、
轴，
轴间14根圆形钢骨柱及18根矩形钢骨梁（包括悬挑钢骨梁）分别组成1-3层的高大圆形及椭圆形空间。长度大于12 m的钢梁均分成2段进行刚性对接（图1）。
2 施工技术特点
1)基座主要包括圆形钢骨混凝土柱及矩形钢骨混凝土梁，钢骨混凝土柱及钢骨混凝土梁中配有钢筋。钢骨混凝土梁支撑于钢骨混凝土柱上，其包括两端支撑梁及悬挑梁，由钢骨混凝土梁组成圆形或椭圆形空间，用于支撑建筑物上部的网架屋顶。
2)钢骨混凝土基座能充分发挥钢与混凝土2种材料的特点。
3)具有截面尺寸小、刚度大、延性及耐久性好，且节省钢材的优点。
4)可增加建筑的有效使用空间。
5)能充分发挥网架屋顶刚度大、抗震性能好的优点。
3 施工方法
3.1工艺流程
钢骨混凝土柱及钢骨混凝土梁内的钢骨制作——钢骨混凝土柱的钢骨安装——钢骨混凝土柱的钢筋安装——钢骨混凝土柱模板安装——钢骨混凝土柱混凝土浇筑——钢骨混凝土梁底部钢筋安装——钢骨混凝土梁的钢骨安装——钢骨混凝土梁上部钢筋安装——钢骨混凝土梁模板安装——钢骨混凝土梁混凝土浇筑——养护
3.2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、模板安装问题和混凝土浇筑问题，必须经过周密的计划。
首先需要进行钢骨混凝土柱及钢骨混凝土梁内的钢骨的制作，其中的H型钢翼缘焊接采用坡角熔透焊，对接焊接顺序为：
1)接口处开双面坡口，先焊大坡口一侧，焊至深约15 mm时，翻转焊另一侧；
2)翻转后反面采用碳弧气刨清根，深度为4-5 mm，清根后采用砂轮打磨，清除坡口内焊渣，至焊道露出金属光泽，焊接时应严格控制底层焊接电流，反面焊缝应焊满；
3)再翻转钢板继续焊接另一面，直至焊满；
4)为减小变形，以上顺序亦可增加翻转次数进行。
在完成钢骨混凝土柱的钢骨即钢管柱的制作后，开始对其进行安装，安装流程为：埋设预埋件——吊装钢柱至楼层——人工平移到位——吊装支架搭设——钢柱吊装就位——垂直度校核——螺栓终拧、垂直度复核——会审安装测量记录、确定焊接顺序——施焊中跟踪观测柱垂直偏差——焊接完成，垂直度测量——校正验收。
本工程钢管柱采用塔吊分2次吊装，第1次先将钢柱吊上楼层，第2次再吊装安装到位。钢骨柱吊装到位后，在安装之前，从立柱顶端向下量出理论标高为1m的截面，并做一明显标记，钢骨柱的四侧用数字及字母分别做好标记，便于校正立柱标高及轴线时使用。上下钢骨柱连接时，用钢楔子或千斤顶通过调整柱与柱之间的缝隙，按照先标高、后位移、最后垂偏的原则进行钢结构安装校正。钢柱安装时每节钢柱垂直度校正控制采用外控借线法观测，用2台经纬仪安装在外控点位上，在2个垂直方向上同时观测，配合安装校正。上下钢骨柱进行对接时，采用全熔透坡口焊，一级焊缝。2次吊装过程为：
1)下部钢管柱吊装。因考虑到钢管混凝土浇筑高度限制，钢管柱采用每层1节，长约6.30 m，质量约1.90 t。钢管柱采用塔吊分2次吊装。第1次先将钢柱吊上楼层，第2次再吊装安装到位。
(1)钢柱第1次吊装至楼层，为保证安全起吊，钢柱横放，设置2个吊点，并采用一定的防滑保护措施。吊装时不采用焊接吊耳，在构件本身用钢丝绳绑扎时，对构件及钢丝绳进行保护。
(2)在钢柱被吊装至楼层后进行安装前，从立柱顶端向下量出理论标高为1m的截面，并做一个明显的标记，型钢柱的四侧用数字及字母分别做好标记，便于在校正立柱标高及轴线时使用。在立柱下底脚板上表面，做通过立柱的纵横十字交叉轴线。经抄平放线，严格控制与支承面的行列轴线和标高，经验收合格并出具合格资料后方可进行吊装。
(3)钢柱起吊安装时采用一点捆绑起吊，吊点设置在柱顶处，并利用柱端的耳板螺栓孔，穿入专用吊装索具或销轴进行吊装。严禁直接穿人普通索具进行吊装，以防在起吊过程中磨损栓孔和索具。索具要求捆扎稳固可靠(图2)。
2)上部钢管柱吊装。
(1)先将型钢柱吊装至楼层，为保证安全起吊，型钢柱横放，设置2个吊点，并采用一定的防滑措施。吊装时不采用焊接吊耳，在构件本身用钢丝绳绑扎时对构件及钢丝绳进行保护。
(2)上下型钢柱连接时，首先将型钢柱吊装就位至安装面，然后找出柱底轴线位移，再安装钢柱耳板上的高强螺栓，用钢楔子或千斤顶通过调整柱与柱之间的缝隙，按照先标高、后位移、最后垂偏的原则进行钢结构安装校正。钢柱安装时每节钢柱垂直度校正控制采用外控借线法观测，用2台经纬仪安装在外控点位上，在2个垂直方向上同时观测，配合安装校正。上下型钢柱进行对接时，采用全熔透坡口焊，一级焊缝，腹板采用夹板焊接连接(图3)。
在钢管柱吊装结束之后进行钢骨柱钢筋的安装，其安装方式与普通柱基本相同。待钢骨柱钢筋安装完毕后即开始进行模板安装，并完成混凝土的浇筑。
在钢骨混凝土结构施工中，钢骨混凝土梁钢筋的安装是其难点之一，而我们所采取的措施是：在钢骨混凝土梁底部钢筋安装和钢骨混凝土梁上部钢筋安装的过程中，充分考虑钢筋的布置情况，对每个节点的钢筋都进行CAD放样，明确了钢筋的位置关系，尤其在多根梁交汇于l根框架柱部位时，必须进行钢筋排布，遇到钢筋排列不下的问题，可采用钢筋的等强度代换或等面积代换；钢骨混凝土梁的上部纵向钢筋应贯穿中间节点；当梁内钢筋要穿过柱内钢管时，应先安装需穿过钢管的钢筋，再安装不穿过钢管的钢筋；钢筋连接采用机械连接；梁端第1个箍筋应设置在距离柱节点边缘50mm处，梁端与柱交界处箍筋应加密，加密区箍筋间距与加密区的长度均应符合设计要求；梁侧面受力筋及下部受力筋位置均应设置垫块，以保证保护层厚度；当受力钢筋为双排时，用φ25 mm的短钢筋垫在2层钢筋之间，短钢筋间距2 000 mm，短钢筋长度为梁宽减去两侧保护层厚度。
值得注意的是，在钢骨混凝土梁的钢骨安装过程中，应将长度大于12 m的H型钢骨分2段制作安装，钢骨与钢骨之间采用腹板高强螺栓连接、翼缘板焊接时，应先进行高强螺栓连接，后进行翼缘焊接。高强螺栓应在孔中自由穿入，当孔有少量错位时，用冲钉找正，然后穿入，同一节点上螺栓穿入方向一致；螺栓的紧固顺序由螺栓群中部向四周扩展，由节点刚度较大的部位向刚度较小的部位过渡。
钢筋安装完毕后，进行钢骨混凝土梁模板的安装，安装时应先安装梁底模板，再安装梁侧模板，梁底模板及梁侧模板均选用厚18 mm木模板；梁底模板下纵向布置40 mm×90 mm木方，木方间距均为500 mm，木方下采用钢管作托梁，托梁直接与底部钢管满堂架连接；梁两侧模板外先水平设置40 mm×90 mm木方作为水平肋，水平肋外再竖向设置40 mm×90 mm木方作为纵肋，水平肋间距为250 mm，纵肋间距为500 mm；梁两侧模板通过M12对拉螺杆连接，沿梁高度方向等距离设置3道对拉螺杆，螺杆两端加上双螺帽，具体如图4所示。
在钢骨混凝土梁混凝土浇筑过程中，混凝土投料时要从型钢两边下料，分层投料高度在50 cm左右；混凝土分3次分层浇筑，第1次浇至H型钢下翼缘上缘水平位置，待混凝土达到一定强度后，进行第2次分层浇筑，将混凝土浇筑到钢骨梁的上翼缘上缘水平位置．待混凝土达到一定的强度后，浇筑上翼缘以上部分及混凝土楼板，混凝土浇筑成型后，及时洒水养护，24 h后适当松动梁侧模，确保侧向的养护效果，混凝土养护时间应在14d以上。
3.3注意事项
1)浇筑的过程中要高频率的振捣，并进行外部振捣。
2)控制混凝土配合比及浇筑的连续性。
3)混凝土浇筑班主要协调好浇筑时的措施。
4)钢骨梁混凝土浇筑必须连续作业，并分层进行，每层厚度控制在350-400 mm，每层间隔时间不超过2h。混凝土必须用φ35 mm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，24 h后适当松动大梁侧模，确保侧向的养护效果，混凝土养护时间应在14d以上。
4 施工效果
在大跨度网架结构中采用钢骨混凝土基座施工技术，有效地解决了传统施工技术中存在的不足，减小了结构构件的截面尺寸，节省了钢材用量，减轻了结构自重，增加了建筑的有效使用空间，并可使施工工期缩短，有效地解决建筑美学与结构安全的矛盾，具有较好的社会效益和经济效益。
