鋼骨混凝土柱概論及施工技術(shù)工程實(shí)踐

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

1 前言

鋼骨砼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)建筑工程中越來越廣泛地被應(yīng)用于公共建筑的大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑等，各種類型的型鋼柱與鋼筋砼的良好結(jié)合能使二者充分發(fā)揮各自的優(yōu)異性能，為設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面上提供更多的選擇。

鋼骨砼（SRC）結(jié)構(gòu)是指在型鋼外圍配置鋼筋并澆筑砼的一種組合結(jié)構(gòu)?；緲?gòu)件為鋼骨砼梁和柱，其中鋼骨砼柱又簡稱SRC 柱。

昆明市官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項(xiàng)目住院樓工程，抗震設(shè)防烈度8 度，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）。地上19 層，地下3 層（含一層夾層）；一層層高為5.1m，其余樓層層高為3.9m，建筑高度為75.65m。采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其中部分柱采用鋼骨砼柱。

本文以該工程為切入點(diǎn)，簡要介紹了鋼骨砼柱的概況，并詳細(xì)說明了工程中鋼骨砼柱的施工工藝。

2 SRC柱基本特點(diǎn)

在SRC 柱中，型鋼與外包鋼筋砼形成整體，共同承擔(dān)外荷載作用，可充分利用二者各自的優(yōu)異性能。與鋼筋砼柱相比，SRC 柱截面配置了型鋼，承載能力、剛度等都有很大程度的提高；同時(shí)實(shí)腹式型鋼的SRC 柱，抗剪承載力有很大提高，并且構(gòu)件的延性獲得了提高。較之與鋼結(jié)構(gòu)柱，SRC 結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材，造價(jià)低；同時(shí)型鋼外包砼能有效防止構(gòu)件的局部屈曲，提高了整體剛度。外包砼同時(shí)也改善了結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性能，避免了鋼結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常維護(hù)的弱點(diǎn)。另外，在鋼骨砼結(jié)構(gòu)中配置的型鋼，本身可作為承重骨架，承受施工荷載，便于施工。

總之，SRC 柱具有剛度大、延性好、抗震能力強(qiáng)，防火防腐性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越廣泛地被用于高層及高聳結(jié)構(gòu)、地震區(qū)的建筑物、承受大荷載的結(jié)構(gòu)以及大跨結(jié)構(gòu)等，為工程結(jié)構(gòu)抗震減震開辟了一條全新的途徑。

3 SRC柱的設(shè)計(jì)與計(jì)算

試驗(yàn)表明，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本受力情況是相似的。SRC 柱正截面受壓承載力分成兩部分，砼、縱向鋼筋、型鋼翼緣承受一部分；另一部分由型鋼腹板承受。鋼骨砼柱正截面承載力計(jì)算應(yīng)按以下基本假定計(jì)算。

1)截面始終為平面。

2)砼的抗拉強(qiáng)度不考慮。

4)型鋼腹板的應(yīng)力圖簡化成等效矩形應(yīng)力圖形。

5)鋼筋、型鋼的應(yīng)力等于鋼筋、型鋼應(yīng)變與彈性模量相乘，其絕對(duì)值不應(yīng)大于與其相應(yīng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；縱向受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣的極限拉應(yīng)變?nèi)?.01。

考慮地震設(shè)計(jì)的軸心受壓柱正截面受壓承載力應(yīng)符合公式(1)的規(guī)定

式中，N為軸向壓力設(shè)計(jì)值；Ac、分別代表砼、鋼筋、型鋼的截面面積；fc、、fa分別代表砼、鋼筋、型鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；為軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)。

考慮地震設(shè)計(jì)的偏心受壓柱正截面受壓承載力應(yīng)符合公式（2）、（3）的規(guī)定

式中，Maw為型鋼腹板承受的軸向合力對(duì)受拉或受壓較小邊型鋼翼緣和縱向鋼筋合力點(diǎn)的力矩；Naw為型鋼腹板承受的軸向合力。

4 SRC柱一般規(guī)定及構(gòu)造要求

鋼骨砼框架柱受力型鋼的含鋼率不宜低于4%，且不宜超過15%。當(dāng)含鋼率超過15%時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加縱向鋼筋與箍筋的配筋量，并宜專門研究。型鋼的砼保護(hù)層最小厚度不宜小于200mm。

鋼骨砼柱的縱向受力鋼筋直徑不宜小于16mm；柱內(nèi)縱向鋼筋凈距不宜小于50mm，且不宜大于250mm?？v向鋼筋最小錨固長度、搭接長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5 SRC柱施工工藝

鋼骨砼柱所具有的施工難點(diǎn)主要包括：型鋼柱垂直方向精度控制要求高；標(biāo)準(zhǔn)層施工工期較短，鋼柱的吊裝、梁鋼筋與柱的搭接、砼澆筑等各種工序的交錯(cuò)施工，施工難度大；型鋼柱砼澆筑、柱與上部梁交接處節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量要求高；型鋼柱的焊接質(zhì)量控制和一級(jí)焊縫探傷檢測，均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

官渡區(qū)人民醫(yī)院住院樓工程采用鋼骨砼柱，分為A－P 型共15 種類型，鋼骨為型鋼。部分?jǐn)嗝嫒鐖D1 和圖2 所示。具體施工流程如下。

圖1 A型型鋼砼柱截面（mm）

圖2 B型型鋼砼柱截面（mm）

5.1 型鋼加工

切割前先去除母材表面的油污、鐵銹和潮氣，切割后氣割表面應(yīng)光滑無裂紋，除去所有表面殘?jiān)?。切割后矯正鋼材?？紤]焊接變形后選擇合理的焊接順序，盡量采用對(duì)稱焊接。

5.2 鋼骨吊裝

根據(jù)鋼骨砼柱每次澆筑高度分節(jié)吊裝鋼骨，采用塔機(jī)進(jìn)行吊裝，就位后進(jìn)行臨時(shí)固定，經(jīng)校正檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行加固，然后與上一節(jié)已安裝好的鋼骨焊接。鋼骨砼中鋼柱安裝流程，如圖3所示。

第一節(jié)鋼柱吊裝時(shí)，先對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行找平，清理作業(yè)區(qū)域，在螺栓四面根據(jù)要求使用墊鐵組調(diào)整鋼柱標(biāo)高。以旋轉(zhuǎn)法一次起吊，起吊時(shí)注意避免拖拉和斜扯。每根鋼柱吊裝完成后，用纜風(fēng)繩將其拉住，然后對(duì)其進(jìn)行校正，并及時(shí)將纜風(fēng)繩收緊。

第一節(jié)鋼柱的吊裝，安裝前要對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行復(fù)測，并在基礎(chǔ)上進(jìn)行放線。根據(jù)鋼柱的底標(biāo)高調(diào)整好螺桿上的螺帽。為便于吊裝鋼絲繩的解鉤和鋼梁安裝時(shí)人員上下施工的便利以及施工安全，鋼柱吊裝前還需在鋼柱上固定好爬梯并套好安全繩，然后鋼柱直接安裝就位，見圖4。

圖3 鋼柱安裝流程圖

圖4 鋼柱安裝就位示意圖

當(dāng)螺桿長度影響螺帽調(diào)整時(shí)，墊塊可放置在鋼柱的四角，測量人員跟蹤抄平，使鋼柱直接安裝到位。吊裝校正完畢鋼柱及相應(yīng)鋼梁后，及時(shí)對(duì)地腳進(jìn)行二次灌漿，使鋼柱進(jìn)一步穩(wěn)固。

地上鋼柱吊裝時(shí)，鋼柱上部設(shè)立吊點(diǎn)，吊點(diǎn)采用4 塊臨時(shí)附著耳板。吊裝前，應(yīng)先清理干凈下節(jié)底部的鋼柱頂面和本節(jié)鋼柱底面，保證對(duì)接接頭與頂面接觸。初步校正后，拉纜風(fēng)繩臨時(shí)固定。

5.3 鋼筋綁扎

柱、梁和剪力墻鋼筋通過鋼柱纏繞在一起。在施工中，應(yīng)考慮各種鋼筋插入順序，以便于更好的施工。由于鋼骨砼結(jié)構(gòu)中鋼筋密集，如處理不好，既滿足不了規(guī)范要求，還很可能影響到結(jié)構(gòu)安全。所以，鋼筋在鋼骨柱、梁中的節(jié)點(diǎn)處理是很重要的，施工中要盡可能減少對(duì)鋼骨柱、梁斷面的影響，當(dāng)梁、柱內(nèi)鋼筋不能避開鋼筋時(shí)，采用以下規(guī)則：鋼筋采用鋼筋塞焊法在型鋼上預(yù)焊，現(xiàn)場鋼筋采用直螺紋套筒連接。

5.4 立模

根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇模板材料和支模方法，鋼骨砼模板與普通砼模板不同之處在于鋼骨砼中有鋼骨骨架，砼未硬化前，鋼骨可作為鋼結(jié)構(gòu)承受荷載，即可在施工中承受砼的重量和施工荷載。

5.5 SRC柱澆筑砼

為確保砼的澆筑質(zhì)量，需采取以下措施。

1）考慮到鋼骨砼柱層高較高，因此在澆筑前需在鋼骨柱四周搭設(shè)施工操作平臺(tái)，平臺(tái)應(yīng)穩(wěn)固，并需設(shè)有安全圍擋。

2）鋼柱砼采用砼泵泵送和布料桿下料。由于鋼骨柱砼澆筑高度高，施工中可使用DN100 的長細(xì)軟管接在布料桿前端，保證它能穿過下料孔，同時(shí)略微加大砼坍落度。

3）待鋼骨柱鋼筋綁扎好、柱模板支設(shè)完后，進(jìn)行砼的澆筑。澆筑前，砼接觸面應(yīng)保持濕潤。為了避免砼粗集料自由落下的反彈現(xiàn)象，將細(xì)軟管插入下進(jìn)料口進(jìn)行第一次進(jìn)料，使軟管離砼表面的高度小于1m。

4）鋼骨內(nèi)砼用立式手工澆筑法，分層澆筑，分層振搗，分層厚度控制為0.5m，布料桿軟管邊下料邊提升，同時(shí)以插入式高頻振動(dòng)棒振搗，上下振動(dòng)，垂直且緩慢拔棒。

5）當(dāng)砼澆筑到要求標(biāo)高處時(shí)，改用普通型振動(dòng)棒振搗，并適當(dāng)控制振搗時(shí)間，使砼中石子不完全下沉，呈均勻分布。

6）為確保水泥充分水化，以防水分流失，砼施工完成后，立即用濕的阻燃草袋覆蓋鋼骨柱的砼表面。在砼終凝前，每隔0.5h 用人工濕潤的阻燃草袋，以保證阻燃草袋的吸水飽和度。砼終凝后，表面仍用阻燃草袋覆蓋，澆水養(yǎng)護(hù)，直至上部砼澆筑完畢。

6 結(jié)語

鋼骨砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能和良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)使其前景十分光明，隨著工程應(yīng)用不斷發(fā)展擴(kuò)大，可以預(yù)想鋼骨砼結(jié)構(gòu)將成為繼砼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的必不可少結(jié)構(gòu)形式之一。