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鋼骨砼梁結構設計及應用

作者：建筑鋼結構網    
時間：2011-05-18 15:09:03 [收藏]
    摘要：隨著中國國民經濟發展和人口城市化進程加快，我國住宅建設持續空前發展，人們的居住條件逐步提高，并對居住質量的要求也越來越高。中國已成為第一產鋼大國鋼...
    關鍵詞：
        摘要：隨著中國國民經濟發展和人口城市化進程加快，我國住宅建設持續空前發展，人們的居住條件逐步提高，并對居住質量的要求也越來越高。中國已成為第一產鋼大國鋼結構住宅適宜工廠大批量生產，工業化、商品化程度高，可以將設計、生產、施工、安裝一體化，提高住宅產業化水平。由于上述優勢，鋼結構在住宅市場必將有良好的發展前景。

        關鍵詞：鋼結構住宅

        1、引言

        鋼結構應用于高層建筑已有數十年的歷史。首先采用鋼結構建造高層建筑的是美國，戰后經過經濟恢復，高層鋼結構工程建設再度興起，隨著煉鋼技術和成型制造工藝的發展，給鋼結構工程的應用帶來新的活力，工程建設日益增加，相應又推動了鋼結構設計與施工技術的不斷進步積完善，特別是1960年以來，高層鋼結構工程迅速發展，鋼結構已成為高層建筑設計選型的主要對象。

        隨著中國國民經濟發展和人口城市化進程加快，我國住宅建設持續空前發展，人們的居住條件逐步提高，并對居住質量的要求也越來越高。中國已成為第一產鋼大國鋼結構住宅適宜工廠大批量生產，工業化、商品化程度高，可以將設計、生產、施工、安裝一體化，提高住宅產業化水平。由于上述優勢，鋼結構在住宅市場必將有良好的發展前景。

        通過百花小區1#樓高層住宅鋼結構體系的應用研究，更好地提高鋼結構體系在住宅產業當中的應用技術，推動國內鋼結構在房地產業中的采用，為鋼結構體系的發展做出貢獻

        2、工程概況

        百花小區1#商住樓位于濟南市高新技術產業開發建設總公司建設的百花小區內，建筑面積為3.3萬平方米，地下一層，地上26層(其中地下為立體式車庫，1～3層為公建，4層以上為住宅樓)。承重框架為箱形截面柱及H型梁，柱采用馬鋼生產的Q345B型鋼車間加工制作。內、外墻板采用南京產ALC(蒸壓輕質加氣混凝土板)，外墻直接在ALC板刷涂料。公建部分外窗采用無框窗；住宅外窗采用60系列PVC塑鋼窗，中空玻璃。樓面為現澆混凝土現場澆筑，屋面采用PVC卷材防水聚乙脂發泡保溫屋面。住宅內水電均走暗線，與梁交叉處走梁腹板預留孔。水、電分戶計量，寬帶入戶。采暖用進口美國原裝金瑪克電暖器。室內精裝修，空間大，效果好，充分體現了鋼結構的結構優勢。

        3、主要施工方法

        3.1鋼結構加工制作箱型柱采用鋼板，在鋼構件加工車間加工、鋼結構構件的除銹、焊接完成。

        3.1.1箱型柱制作工藝

        1)鋼板拼接

        由于每段柱高在12米以下，為保證下料后鋼板的直線度，首先將兩塊鋼板拼接。鋼板兩端開坡口。

        2)劃線下料

        按排料圖劃線，劃線寬度方向留余量3mm，長度方向留余量50mm.中間隔板劃線不留余量。

        長度方向沿劃線每隔5m鉆Φ8mm孔。

        用兩臺半自動切割機(或雙頭)沿劃線中心同時切割，每隔5米留100mm不切割，待冷卻后再切割。

        3)組裝焊接

        用H型鋼作臨時組裝平臺，組裝前用水準儀將平臺找平并將H型墊實固定。在兩腹板上劃組裝線，組裝焊接襯板。

        定位焊。在襯板內側每隔300mm焊10-20mm焊縫。

        將一腹板與隔板組對，定位焊。

        組對兩蓋板。定位焊。

        組裝腹板，定位焊。

        用三根同尺寸的箱體并排，并兩點焊。用兩邊箱體作自動焊機軌道用。

        焊接：用兩臺埋弧自動焊沿同一方向焊接兩條焊縫。焊縫兩端加100mm引弧板和熄弧焊。

        焊完一層后將箱體翻身，焊接另一面兩條焊縫。焊接方法同上。待焊接完畢后再翻身施焊另一面兩條焊縫。

        焊接完畢，即將引熄弧板在離母材5mm處切斷，并用砂輪機修磨平整，切不可用錘擊落；并修磨后的切割面進行檢查。

        焊縫無損檢測，使用超聲波探傷。探傷長度為每條焊縫的20%，按JB11345的規定不低于Ⅱ級。

        3.1.2、梁及連接板加工及組焊

        1)下料

        型鋼采用型鋼切割機下料，鋼板采用半自動切割機下料，下料后應進行清渣修磨，編號歸類放置；

        2)鉆孔

        先在構件上用劃針和鋼尺劃出孔的中心和直徑，在孔的四周(90°位置)打四只沖孔，鉆孔后檢查；

        3)高強度螺栓摩擦面處理

        噴砂處理高強度螺栓摩擦面的表面粗糙度：噴砂壓力約6Kg/cm2，石英砂的粒度1.5∽4mm，加工后的鋼材表面呈現灰白色；

        用電動砂輪機打磨鋼板的表面，砂輪打磨的方向與受力方向垂直，打磨范圍不應小于4倍螺栓直徑，打磨時不應在鋼材表面磨出明顯的凹坑；

        3.2鋼結構安裝

        3.2.1箱型柱安裝：箱型柱在實際施工過程中按照材料采購、加工、運輸、吊裝、連接(加固)工藝完成。所有鋼結構制品，在刷防銹油漆前，必須將構件表面的毛刺、鐵銹、油污及附著物清除干凈。手工除銹達到St2，機械除銹達到Sa2.本工程四層以下裙樓立柱為48根，主樓立柱為37根。立柱單根最短4.5米，最長12.5米。截面形狀為箱形。單根立柱最大設計重量為3.5噸，最小設計重量為1.88噸。剪力墻框架立柱為150*150H型鋼。吊裝順序采用由中心向四周擴展的原則，以保證安裝過程中框架的對稱性和穩定性。立柱安裝吊裝采用QTZ-80型塔式起重機，利用柱頂臨時設計連接耳板為吊裝吊點進行吊裝。立柱連接采用臨時連接板和臨時螺栓進行連接，形成穩定的單元框架后調整焊接及UT檢測。

        3.2.2鋼梁安裝鋼梁的安裝分主梁、次梁和外挑梁的安裝；主梁材質為Q345B軋制H型鋼。主梁在立柱形成單元后采用捆綁串吊施工，根據該工程的設計特點吊裝數量2~4根；次梁和剪力墻框架梁由于空間和接點的實際情況，一般采用單根吊裝。

        3.2.3高強螺栓安裝高強螺栓是目前建筑鋼結構最先進的連接方法之一。它的特點是施工方便，可拆可換，傳力均勻。根據本工程的設計方案高強螺栓采用摩擦型連接。緊固辦法采用專用棘輪扳手和扭矩扳手經初擰和終擰完成。

        3.2.4.栓釘焊接栓釘焊接是高層鋼結構施工中不可缺少的一個環節，常見的栓釘焊接分為直接焊接在鋼梁上和穿過壓型鋼板后焊接在鋼梁上兩種方式。本工程采用直接焊接在鋼梁上。

        3.3混凝土施工

        本工程中混凝土部分主要是核心筒筒壁和現澆混凝土樓面兩個部分。混凝土的運輸。混凝土豎向運輸主要通過砼泵泵送。樓面模板支撐方案，根據本工程的結構特點，利用H型梁下翼緣支撐小規格H型鋼，在H型鋼上鋪設竹膠板、鋼筋。箱型柱內澆混凝土采用頂升法，利用混凝土泵的壓力將混凝土由下向上壓入箱型柱。在混凝土頂升前，會同設計方對頂升入口處的管壁進行詳細、嚴格的強度驗算，確保頂升壓力在要求的強度范圍內，同時在柱下部側壁安裝特種壓力表，隨時觀測柱內混凝土的壓強變化。另外，對頂升用混凝土的配合比要嚴格要求，保證混凝土的坍落度不小于200MM.

        3.4外墻板安裝

        外墻板采用南京旭建產175MM厚度ALC板。該板材全部采用工廠化加工，運輸到現場吊裝，吊裝設備為塔吊。外墻墻板共計約9780塊，其中TU平板4600多塊，TU藝術板5180塊。按照廠家提供圖集施工，由墻板內側膨脹螺栓固定在樓面的通長角鋼和ALC板上的專用聯結桿連接，縫隙用嵌縫砂漿和密封膠密封。于床連接處在窗四周另加角鋼。

        3.5內墻板安裝

        內墻板均采用南京產C型125厚度ALC板。工廠化生產，現場安裝。施工工藝簡單，不受天氣等情況的制約。內墻的安裝基本與外墻類似。衛生間、廚房等部位的墻板采用特殊PVC密封膠。

        4、主要的技術成果

        1)、箱型砼柱

        箱型柱－砼柱是在箱型柱內灌注高強度(C50)等級砼，在箱型柱中間內部加隔板支撐，形成兩種材料相輔相成共同工作的機理，解決了在荷載作用下，強度尚未達到極限時率先發生變形過大的問題。它具有承載力高、抗震性能好、施工簡捷的特點，一般每四層(每節長12米左右)為一個制作安裝單元，整根鋼管柱一次吊裝就位，為主體結構安裝創造了流水作業的條件。箱型柱－砼外包防火板后，鋼管混凝土柱耐火極限大于三小時，滿足高層建筑的防火要求。

        H型梁的加工，栓釘的焊接，采用合理的工藝，盡量減少由于焊接產生的殘余應力，并采用合理的手段校正誤差。

        高強螺栓的型號，高強螺栓的接觸面要求先用砂輪打磨，打磨方向與構件受力方向垂直，安裝時用鋼絲刷清除浮銹，并根據規范做摩擦面的抗滑移系數試驗，要求抗滑移系數不得小于0.35.

        2)、H型梁

        H型鋼梁均采用軋制H型鋼，其變形能力強，抗震性能好，承載力高。H型鋼梁外刷防腐漆、外包防火板，解決了鋼結構的防腐、防火問題。施工時鋼梁有較大的承載力，可大大節省模板工作量。所用梁均在工廠加工，后運輸到縣現場吊裝，大大減少了現場的工作量，縮短了工程工期。

        3)、抗側力支撐砼筒結構

        電梯、樓梯位置形成鋼筋混凝土核心筒，作為剪力墻抗側力支撐，提高了結構穩定性，對于優化抗側剛度，改善抗震性能起到了積極的作用。

        4)、現澆鋼筋混凝土樓蓋

        利用鋼框架梁下翼緣作為支模板材撐，上鋪竹膠板，再按設計鋪設鋼筋，澆筑C30混凝土。節省模板材，縮短施工工期。

        5)、節能型復合外墻板

        墻板尤其是外墻板從某種意義上講，它比結構體系更為重要。因為住宅建筑的主要功能是靠外墻板實現的。工程采用的復合外墻板是列為“國家住宅建設推薦產品”的南京旭建蒸壓輕質加氣混凝土(ALC)板，該墻板由加氣混凝土與鋼筋龍骨組合而成。墻板工廠化預制生產，現場安裝，基本取消了濕作業。加工尺寸精確，施工快速，簡單，大大縮短了施工周期；由于質輕并有相當的強度，可簡化工程基礎；優良的保溫性能可減少墻身厚度，增大建筑的使用面積。同時在地震中大大降低建筑的破壞程度，減少災害造成的損失。墻板板縫的抗滲、墻板的防火也都滿足國家相應標準的要求。

        ALC板的主要性能：

        1、輕質：比重為0.5，為混凝土的1/5，空心磚的1/3.減輕建筑的自重，減少了經濟投入，提高了施工質量。

        2、隔熱性：導熱系數為：0.11W/m.k.

        3、耐火性：耐火極限達到4小時。

        4、隔音性：有隔音與吸音雙重性能。

        5、承載能力和抗震性能優越。

        6、綠色環保，無放射性。

        ALC板的施工安裝便捷，板材完全機械化生產，精度高，可按現場需要切割成任何形狀，施工工藝簡單，勞動強度低，解決了傳統的砌塊施工中的一系列施工質量問題，施工工期可可縮短三分之一，大大提高了施工效率。

        6)、高層住宅鋼結構體系節能采暖方式的研究；

        節能住宅在大的方面上能夠節約能源，保護環境；在小的方面上可以為業主節省生活成本。據有關調查表明：隨著人們對節能住宅的認識，有超過七成的人愿意購買節能住宅。因此在本工程中，也充分考慮了節能技術的應用：

        首先，在設計上充分減少建筑墻體、屋面、窗體等部位的熱傳導。采用建筑低能耗圍護結構設計方案，使用新型低能耗的圍護材料。一至三層裙房外墻墻體采用200厚加氣混凝土砌塊，四層及以上住宅外墻采用175MM厚節能墻板。新建屋面在防水卷材上鋪設膨脹珍珠巖，增加了屋面的保溫效果。外窗除裙房辦公區安裝無框落地玻璃外，其他均采用PVC系列塑鋼窗，其物理性能達到A類，中空玻璃內腔氣體層厚度不小于12MM.熱水系統采用太陽能集中供熱系統。減少投資，同時保護了環境。本工程的采暖除裙房部分外均為電暖采暖方式，踢腳線安裝型瑪克爾智能溫控電暖氣。電采暖的特點是：環保無噪音、無污染，不產生廢氣，同時熱效率高，熱轉化率能達到99%.

        其次在建材的采購上，嚴格控制質量，確保嚴格按照設計要求使用建材。

        環保節能在施工工藝上也充分考慮。本工程的鋼管混凝土柱的澆筑，采用新型泵壓頂升技術，很少振搗甚至不用振搗，混凝土達到了設計要求，減少因振搗而引起的噪聲污染，同時此工藝減少了混凝土的浪費，大大減少了建筑垃圾的產生；鋼結構梁柱的采用，減少了截面積，節省了模板材的使用，節省資源的同時保護了環境；墻板安裝采用焊接或螺栓連接方式，在鋼結構柱和梁上焊接預埋件，用專用連接鋼筋和鋼板(螺栓)固定，與結構梁或柱結合處縫隙專用密封膏密封。墻板安裝工藝基本取消了現場濕作業。

        本工程在節能環保及采暖方面改變了建筑外圍保溫隔熱單一節能的技術觀念，結合了太陽能開發及利用新型電能采暖技術，同時在施工時采用減少濕作業量的施工工藝，保護環境在開發新能源和節約使用能源上具有超前意識，為環保節能在住宅產業的采用起到了推動作用。

        7、鋼結構主體升降車庫的應用研究；

        根據城市對停車位數量的發展需求和本工程地下室層高較高的特點，地下室部分安裝立體升降車庫。立體多層停車設備具有節省空間，布局靈活，存取自動化、投資少的優點，是適合城市中心土地少而生的一種新型設備。
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