一種H型鋼梁新型包梁構(gòu)造

□文/曲紅紅 梁書(shū)新 張妍妍

近年來(lái)，裝配式建筑快速發(fā)展，尤其是裝配式混凝土建筑和裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑重點(diǎn)研究領(lǐng)域在主體結(jié)構(gòu)安裝、圍護(hù)體系與主體結(jié)構(gòu)的連接及鋼梁包梁等方面。主體結(jié)構(gòu)安裝方式大同小異；圍護(hù)體系與主體結(jié)構(gòu)的連接也大體相似；鋼梁包梁構(gòu)造及結(jié)構(gòu)卻是多樣化的。目前比較常見(jiàn)的鋼梁形式為H型鋼梁，不同的包梁構(gòu)造有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑H型鋼梁的包梁形式依舊是一個(gè)值得研究的領(lǐng)域，特別是民用鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼梁的包梁形式亟待研究與改善。

1 現(xiàn)有包梁形式

鋼材是一種對(duì)溫度比較敏感的材料，溫度升高對(duì)鋼材的強(qiáng)度和變形都會(huì)產(chǎn)生巨大影響。在不涂防火涂料的情況下，當(dāng)溫度達(dá)到600 ℃時(shí)普通建筑用鋼幾乎失去承載力，一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)建筑會(huì)迅速坍塌，造成災(zāi)難性事故，危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)[1]。因此，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須采取防火保護(hù)措施，鋼梁也不例外，目前比較常見(jiàn)的包梁構(gòu)造即為厚涂型防火涂料外敷裝飾面板[2]和防火保溫板包梁，其中防火保溫板包梁又有多種不同的連接方式。

1.1 防火保溫板+通長(zhǎng)角鋼

將鋼梁運(yùn)至裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場(chǎng)安裝就位，將通長(zhǎng)的L型過(guò)度角鋼焊接在鋼梁上下翼緣的左右邊緣內(nèi)側(cè)，焊接完成后，將按尺寸預(yù)制的防火保溫板敷在L型角鋼豎板外側(cè)，用自攻螺釘固定,最終使鋼梁包裹在防火保溫板內(nèi)。見(jiàn)圖1。

圖1 防火保溫板+通長(zhǎng)角鋼包梁

此種方式包梁，防火保溫板在鋼梁垂直立面外側(cè)凸出，為使鋼梁與內(nèi)側(cè)墻面在同一垂直面上，必須加厚室內(nèi)內(nèi)墻。綜合整個(gè)包梁及之后需要修飾美化的過(guò)程，這種包梁形式存在著優(yōu)點(diǎn)，但也同樣存在著缺陷。優(yōu)點(diǎn)是在觀感上解決了鋼梁凸顯的問(wèn)題，缺點(diǎn)是施工工序比較復(fù)雜，安裝精度比較難以保證，為保證包梁安裝精度，人力及措施費(fèi)用消耗將增加；同時(shí)，為保證內(nèi)側(cè)墻面與包好的鋼梁內(nèi)側(cè)面齊平，要適當(dāng)加大墻板厚度，不僅減少了室內(nèi)的使用面積，還直接增加了整個(gè)項(xiàng)目的成本；由于這種包梁構(gòu)造焊接的是通長(zhǎng)角鋼，因此也大大增加了現(xiàn)場(chǎng)焊接和安裝工作量[3]，大大降低了施工效率，通長(zhǎng)角鋼焊接使得鋼梁變形增大，增加了結(jié)構(gòu)上不安全因素，另外通長(zhǎng)角鋼焊接所需材料多，使得成本進(jìn)一步上升。

1.2 防火保溫板+方管+角鋼

針對(duì)防火保溫板+通長(zhǎng)角鋼包梁構(gòu)造存在的焊接工作量大的問(wèn)題，近些年來(lái)，出現(xiàn)新的鋼梁包梁結(jié)構(gòu)——防火保溫板+方管+角鋼形式。見(jiàn)圖2。

圖2 防火保溫板+方管+角鋼

此種包梁構(gòu)造的具體做法：工字梁安裝后，在工字梁兩側(cè)及底板分別固接包防火保溫板；工字梁的上翼緣內(nèi)側(cè)兩邊端面各焊接L型角鋼，采用點(diǎn)焊形式焊接，在梁的下翼緣的外側(cè)兩邊緣各焊接一個(gè)方管，然后用自攻螺釘將防火保溫板固定在鋼梁上部的L型角鋼豎板和鋼梁下部的方管外沿，鋼梁底部的防火保溫板與鋼梁底部的方管通過(guò)自攻螺釘固定連接。為提高鋼梁兩側(cè)防火保溫板與樓板之間的連接性能，防止產(chǎn)生裂縫，鋼梁兩側(cè)的防火保溫板頂部通過(guò)具有防火功能的嵌縫劑與樓板固接，鋼梁下部的防火保溫板通過(guò)與內(nèi)隔墻等寬的聚乙烯泡沫板及兩側(cè)的墊塊固接，兩側(cè)的墊塊分別與鋼梁底部?jī)蓚?cè)的方管通過(guò)自攻螺釘固接，鋼梁兩側(cè)的防火保溫板底端與鋼梁底部的防火保溫板通過(guò)防火膠對(duì)應(yīng)連接[4]。

此種包梁構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是大部分工序采用點(diǎn)焊，施工過(guò)程更加簡(jiǎn)化，施工難度也大幅降低，鋼梁包梁定位更加可靠，墻體的強(qiáng)度也有了一定的提高；不足之處是鋼梁凸出，凸出的鋼梁非常影響觀感，室內(nèi)鋼梁一側(cè)與墻面垂直方向上不平齊，增大了后續(xù)室內(nèi)裝修的操作難度。

1.3 防火保溫板凹型包梁

近些年來(lái)，出現(xiàn)一種凹型包梁形式。見(jiàn)圖3。

圖3 防火保溫板凹型包梁

鋼梁安裝好后，將防火保溫板涂料層粘結(jié)在相應(yīng)位置，大部分都粘結(jié)在鋼梁腹板兩側(cè)及鋼梁上下翼緣內(nèi)側(cè)，其中211 部位粘結(jié)在鋼梁翼緣垂直方向處及樓板處，為保證結(jié)構(gòu)牢固性，在鋼梁的下翼緣各焊接角鋼，角鋼的橫板焊接在鋼梁下翼緣兩側(cè)端部，角鋼的豎板固定在內(nèi)墻上，防火保溫板涂層231 粘結(jié)在角鋼的豎板上，在角鋼下端面和內(nèi)墻之間還設(shè)有與內(nèi)墻等寬的聚乙烯泡沫板。

此種包梁結(jié)構(gòu)操作簡(jiǎn)便，減少了濕作業(yè)，在一定程度上簡(jiǎn)化了施工過(guò)程，降低了施工難度，提高了墻體安裝強(qiáng)度，很全面地保證了鋼梁包覆的定位準(zhǔn)確性；不足之處是觀感上有很大缺陷，而且內(nèi)墻靠近梁底部位的防火保溫板涂層相對(duì)于室內(nèi)側(cè)墻面來(lái)說(shuō)突出較明顯，給室內(nèi)后續(xù)裝修增加困難。

2 新型包梁構(gòu)造

針對(duì)上述四種包梁構(gòu)造的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)際調(diào)研及文獻(xiàn)研究，依托某裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目，對(duì)H型鋼梁的包梁構(gòu)造進(jìn)行了探索與研究并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證。

本文所研究的H 型鋼梁包梁主要包括H 型鋼梁、防火保溫板、通長(zhǎng)螺栓、螺母、粘結(jié)砂漿等，其中H型鋼梁由上、下翼緣和鋼梁腹鋼板組成，左右兩側(cè)防火保溫板整體寬度與裝配式內(nèi)隔墻（外墻）厚度一致，通長(zhǎng)螺栓用于固定防火保溫板。見(jiàn)圖4。

圖4 防火保溫板對(duì)穿螺栓包梁

為保證對(duì)穿螺栓能夠穿過(guò)鋼梁，要通過(guò)受力計(jì)算確定鋼梁上下圓孔的位置，鋼梁在工廠加工時(shí)，提前在鋼梁上完成定位打孔，待現(xiàn)場(chǎng)鋼梁安置好后，將現(xiàn)場(chǎng)的防火保溫板對(duì)應(yīng)其包覆的鋼板，找到對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔位置，進(jìn)行定位；兩側(cè)防火保溫板分別開(kāi)設(shè)上下圓孔。為保證防火保溫板能夠順暢嵌入于H型鋼梁腹鋼板內(nèi)且能順利固定，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的鋼梁上下翼緣的尺寸及厚度對(duì)左右側(cè)的防火保溫板上下端面進(jìn)行剔槽處理；為避免與對(duì)穿螺栓相匹配的螺母凸出于防火保溫板垂直面而影響觀感，還要根據(jù)上下對(duì)穿螺栓對(duì)應(yīng)的螺母大小對(duì)防火保溫板進(jìn)行剔槽處理，凹槽大小與螺母尺寸相近；但有時(shí)為便于施工，所剔凹槽可能會(huì)略大于螺母尺寸。見(jiàn)圖5。

圖5 防火保溫板剔槽開(kāi)孔

將裁切好的防火保溫板嵌入H 型鋼梁，將對(duì)穿螺栓穿過(guò)防火保溫板和鋼梁腹板上的圓孔，然后用螺母對(duì)穿螺栓兩側(cè)擰緊。見(jiàn)圖6。

圖6 防火保溫板固定

進(jìn)行凹槽的填充，所用材料一般為粘結(jié)砂漿，填充好后整個(gè)包梁結(jié)構(gòu)正式完成。見(jiàn)圖7。

圖7 填充粘結(jié)砂漿

包覆好的鋼梁與內(nèi)隔墻在同一垂直面上，從而保證了墻面的整體性并進(jìn)一步提升了整體的穩(wěn)固性，在后期的裝飾裝修中也不需要再增加墻厚，保證了室內(nèi)的使用面積；沒(méi)有焊接工作，減少了工序，操作簡(jiǎn)便易學(xué)，縮短了工期，節(jié)約了人力及材料成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究出一種新型的鋼結(jié)構(gòu)包梁結(jié)構(gòu)，在實(shí)際操作中，還可根據(jù)鋼梁高度調(diào)整對(duì)穿螺栓的數(shù)量，當(dāng)鋼梁高度較小時(shí)，只需在鋼梁腹板中間安裝一個(gè)對(duì)穿螺栓即可，大大降低了施工成本，此種包梁構(gòu)造無(wú)論從施工操作性、觀感，還是從施工成本角度來(lái)說(shuō)都有很大優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)裝配式鋼結(jié)構(gòu)包梁方式提供了很大的借鑒。