高層建筑大跨度型鋼混凝土連接體施工技術分析

張越

（山西建設投資集團有限公司，山西太原 030000）

0 引言

型鋼混凝土連接體是一種新型的建筑工程結構體系，和傳統鋼筋混凝土結構相比，型鋼混凝土連接體具有更大剛度、更高的強度，以及整體穩定性，被廣泛應用在大跨度高層建筑施工建設中，可很好地減小構件截面，增大施工空間，節約模板和支撐，非常契合現代化高層建筑施工的要求。但同時對施工質量以及工藝標準提出了更高的要求，在具體施工中需要立足大跨度高層建筑的特點，對整個施工過程進行嚴格控制，才能最大限度上保證總體施工質量。因此，有必要對高層建筑大跨度型鋼混凝土連接體施工技術進行探討[1]。

1 工程概述

某高層建筑工程項目，連接體結構為4 層，南北塔樓之間的距離達到40m，并在100m 的高度通過大跨度型鋼混凝土連接體將兩座塔樓連接成一個空中連廊。在規劃設計階段，設計單位結合業主的需求以及類似工程成功的經驗，對不同的結構形式從受力情況、安全性、經濟性、施工難易程度等方面進行綜合論證對比，確定采用型鋼混凝土連接體，經當地建筑抗震超限專家組審核后通過[2]。

2 型鋼混凝土連接體的優勢

型鋼混凝土連接體是一種伴隨著時代發展而興起的新型高層建筑結構體系，具有較多優勢，主要體現在以下3 個方面。

（1）型鋼混凝土連接體中型鋼不會受到鋼率的限制，其具有的承載力高于同類型鋼筋混凝土構件承載力的2 倍以上，這種特性使得型鋼混凝土建筑能夠在更小的構件截面下，提升承載力，減少建筑自身體積和自重，得以增加建筑內部使用面積，并構筑更高的建筑物。

（2）在型鋼混凝土連接體澆筑之前，本身就有了穩固的鋼構體系，并非完全靠混凝土形成固定結構，因此這類建筑的同時具備外部混凝土以及內部鋼構體系兩個支撐，進一步提升承載力，有效承受來自構件上部的各類荷載。在施工時模板可以采用懸掛的方式掛在型鋼上，這種簡化式的支模方式，無須模板搭設，有效提升了施工速率，簡化了施工流程。對于高層建筑的轉換層中，型鋼體系因為本身就具備一定承載力，因此混凝土無須完全達到設計強度就可以繼續上一層部分的施工，能夠有效提高速度，縮短工期。而且因為這種承載特性，不需要搭設大量的臨時支撐結構，這就有效增大了施工作業空間，可以擺放更多的施工設施，為項目施工，以及電氣、水電、管道等其他工序施工也預留了足夠空間，避免不同工序之間的沖突。

（3）型鋼混凝土連接體的延性比要遠遠大于鋼筋混凝土結構的延性比，因此，此種結構形式還具有良好的抗震性[3]。

3 型鋼混凝土連接體施工技術的應用要點

3.1 選擇合適的連接體結構形式

在高層建筑大跨度型鋼混凝土連接體施工中，常用的連接體結構形式包括一般鋼筋混凝土結構、預應力鋼筋混凝土結構、型鋼混凝土結構、鋼結構、空腹桁架結構等，每種結構形式都有獨特的優缺點和適用范圍。案例工程跨度比較大，達到25m，高度大。為同時滿足穩定性、高質量、高安全等指標的全部需求，通過對多個方案的對比分析，采取了型鋼混凝土連接體結構。同時考慮到連接體兩端塔樓層數不同，在平面上不具有對稱性，為提升整體結構的抗震性，采取了剛性連接形式，型鋼梁延伸到兩塔樓核心筒位置，并和核心筒同方向的剪力墻進行剛性連接。此種型鋼混凝土連接體結構形式具有很多優勢，包括：連接安全可靠、自動化施工程度高、增加結構的整體剛度、協調結構豎向沉降變形差和水平方向的變位、減輕結構自重、降低混凝土收縮和溫度變化引起結構開裂的可能性等[3]。

3.2 注重型鋼主梁安裝質量控制

本工程在施工中采取了型鋼混凝土連接體施工技術，但吊裝高度高，常規汽車吊也無法滿足施工要求。為解決這一問題，需要提前制定出科學的型鋼吊裝方案，可選擇的型鋼吊裝方案有兩種：方案一，如果兩個塔樓的主體高度在轉換層高度之上，那么可于型鋼吊裝的工作面位置架設一個桅桿式的起重設備，按照雙擊抬吊的施工辦法，將型鋼構件吊裝到施工設計的位置。這種操作方式雖然操作難度不大，但需要將兩個桅桿設備放到作業面上，這難免會影響塔樓主體的施工作業進度。且案例工程的轉換層位置又布置的鋼主梁一共有4 根，那么也就是說需要進行4 次的桅桿移動、拆裝等工作，如果按照每次吊裝和移動拆裝5d 時間計算，主體結構封頂施工將會推遲至少20d。方案二，在案例工程中8 層的連體結構均采用型鋼混凝土建筑形式，采用這種技術的施工部分比較多，那么可提前在兩個塔樓施工前，預留出和結構體相連接的牛腿支架，可將滑車組掛在轉換層上的牛腿上，借助滑車組將型鋼構件送到施工設計的點位。對以上兩種吊裝施工辦法進行比較，顯然方案二沒有用到任何大型設備，只是利用型鋼自身結構，借助牛腿支架以及小型滑車組就能夠開展鋼主梁的施工作業，操作方便、成本低，也不會影響施工速度和工期進程，并保證施工的安全性，因此，本工程采取了方案二[4]。

3.3 保證混凝土施工質量

混凝土施工是整個高層建筑大跨度型鋼混凝土連接體施工的關鍵環節，混凝土施工質量直接關系到整個工程項目的總體質量。而混凝土施工最關鍵的是如何有效控制裂縫，因為裂縫對整個型鋼混凝土連接體有致命影響、基于此，為保證混凝土施工質量，本工程在具體施工中采取了相應的措施來防止新澆筑的混凝土發生裂縫，具體如下：①嚴格按照試驗室確定的配合比來配制混凝土，并對施工溫度進行模擬計算，以便及時掌控混凝土在澆筑中以及澆筑后1 個月各部位的溫度變化，為制定降溫養護方案提供有效的數據參考。②本工程型鋼混凝土連接體規模比較大，需要采取大體積混凝土施工技術，為降低溫度裂縫發生的概率，需要將混凝土內外溫差控制在25℃以內。為達到這一控制目標，可采取以下3 種方法。a.蓄熱保溫法，混凝土澆筑完成后在其升溫時主要做好保濕處理，降溫時采用保溫手段減少溫度散熱。b.內降外保法，在大體積混凝土澆筑前布設好冷卻水通水管道，當混凝土內外溫度超過25℃時，及時通循環水進行降溫處理，通過冷卻水帶走混凝土內部熱量，以降低混凝土內外溫度差。并在型鋼混凝土連接體上表面和底部用土工布覆蓋進行保溫處理。c.這種方式是在初凝之后，立即灑水進行大約2h 的養護，隨后再蓄水大約10cm 進一步開展蓄水養護操作。③在進行厚度比較大的型鋼混凝土連接體混凝土施工中，為避免混凝土內外溫差過大，引起溫度裂縫，提升混凝土的抗拉強度，需要先進行轉換層墻體方面的施工作業，隨后才進行連接體的混凝土作業，能夠防止散熱過快等問題，以免引起溫度裂縫，影響施工質量。如果在炎熱的夏季施工，混凝土需要用冷水拌和，以降低入?；炷恋臏囟?。并采取分層澆筑的方法，控制每層混凝土澆筑厚度在30～50cm，并盡量進行連續澆筑?；蛘呤遣扇☆A應力施工技術，對梁結構、板結構等，提前施加預應力來減少混凝土裂縫的產生和發展，而且通過預應力施工技術還能有效提升混凝土的抗拉強度。

3.4 加強對鋼筋施工質量的控制

型鋼混凝土連接體的含鋼量比較大，且主筋長度達，布筋密度大，存在梁柱鋼筋相互交叉碰撞的問題，會對施工質量和進度造成不良影響，因此，安排好鋼筋就位次序是型鋼混凝土連接體鋼筋施工的關鍵。鋼筋在進行翻樣中需要先了解設計圖紙和相關規范，在翻樣施工階段務必要考慮鋼筋的配合問題，要避免沖突，做好穿插，仔細確定尺寸以及捆扎的先后順序等。一般來說在組裝完成后需要進行焊接，通過可調螺紋接頭來處理兩端均為彎頭形式的鋼筋，以保證鋼筋施工的質量符合工程設計和規范的相關要求[5]。

3.5 加強對連體結構施工質量的控制

本工程型鋼混凝土連接體梁截面高度大，梁體內鋼骨的尺寸也比較大，縱向受力鋼筋的直徑為32mm，型鋼混凝土連接體內部鋼梁、鋼柱、鋼筋相互之間交錯布置，節點復雜，任何一個細節控制不當，都會影響型鋼混凝土連接體施工的總體質量。本工程轉換層樓板鋼筋為雙層雙向配置，為最大限度上提升型鋼混凝土連接體的性能，樓板采用無黏結預應力技術，預應力筋的公稱直徑為15.2mm，抗拉強度達到1860MPa，在預應力筋布設中橫向間距控制在60cm 左右。在塔樓主體工序里為了將預應力應用在建筑樓板中，可把搭接的位置都蜷曲成捆狀，在進行此層鋼筋綁扎中，需要將預應力筋平鋪在板底鋼筋之上，尤其是接頭為主需要布設在型鋼混凝土連接體的中部。為控制混凝土裂縫，在配制混凝土中需要加入適量的外加劑、粉煤灰等，尤其是FDN-800 復合高效外加劑和水泥具有良好的相容性，可降低水化熱，更好的控制裂縫。本工程型鋼混凝土連接體的混凝土強度為C40，總量為600m3，但由于鋼構件的布置密度比較大，會增加混凝土環節的難度，對此可通過內外結合的辦法進行聯合振搗，內部采用小型振搗設備，外部采取“掛振”法進行振搗，以便把氣泡充分排除，并灑水養護，養護時間不能低于14d。由于在本工程施工中注重每道工序的施工質量，在工程完工后進行拆模，全面檢查是否存在裂縫、質量缺陷等問題，驗收實際完工尺寸和設計尺寸是否相符[6]。

3.6 養護和拆模

混凝土澆筑完成后，為了確保其強度和穩定性，需要進行養護工作。養護的目的是使混凝土在早期階段獲得足夠的強度和穩定性，從而避免裂縫和變形等問題。養護時間的長短取決于混凝土的強度等級、環境溫度和濕度等因素。一般情況下，混凝土的養護時間為7～28d。養護期間需要保持混凝土的濕潤狀態，可以采用覆蓋濕布、噴水等方式進行。

在養護期間，需要注意以下事項：①不允許在混凝土表面行走或施工；不允許在混凝土表面撞擊或敲打；不允許在混凝土表面噴涂或覆蓋不透氣的材料，如油漆、塑料布等。②養護期間應避免劇烈的氣溫變化。③在養護期滿后，需要進行拆模和清理工作。拆模需要根據設計要求進行，同時需要注意保護混凝土表面不受損傷。清理工作包括清除模板殘留物、混凝土表面的浮灰和雜物等。清理后的混凝土表面應平整光滑，不得有砂眼、毛細孔等缺陷。

4 常見問題和解決措施

在本工程型鋼混凝土連接體施工中遇到兩個問題分別是型鋼柱栓釘影響箍筋安裝問題以及型鋼柱間框架梁的鋼筋施工問題。具體如下：①型鋼柱栓釘影響箍筋安裝問題。本工程型鋼混凝土連接體施工中為提升型鋼和混凝土之間的應力傳遞能力，在型鋼混凝土連接體范圍內的翼緣板上焊接了栓釘，但在具體施工中，栓釘位置箍筋安裝的難度比較大，影響混凝土對鋼筋的握裹效果。解決措施為可將栓釘位置重疊的封閉箍筋替換成U 形開口箍筋，以免箍筋和栓釘相互影響。②型鋼柱間框架梁的鋼筋施工問題。本工程框架柱梁端都是型鋼混凝土柱的梁柱節點，但縱向受力鋼筋無法兩頭同時和型鋼柱上的直螺紋套筒連接。解決措施為可將梁鋼筋斷開，上部鋼筋在梁中約1/3 的跨內搭接，搭接區域進行箍筋加密處理。此種處理方法滿足“強柱弱梁，節點更強”抗震設計原則，提升整體結構的穩定性。

另外，需特別注意焊接和熱處理。焊接和熱處理是鋼結構施工中非常重要的工藝環節，對于連接體中的鋼板和鋼筋等部分的質量和可靠性具有決定性作用。①焊接工藝。焊接是將兩個或多個金屬部件連接在一起的方法，通過加熱、熔化和冷卻來實現。焊接工藝的選擇取決于材料的種類、厚度和要求的強度等級。在焊接過程中，需要控制好焊接溫度和焊接速度，以保證焊接強度和焊縫質量。同時還需要對焊接接頭進行檢驗和評定，如X 射線、超聲波等無損檢測方法，以確保焊接接頭質量符合設計要求。②熱處理工藝。熱處理是鋼材中的一種工藝，通過加熱、保溫和冷卻等過程，改變材料的物理和化學性質，以提高其機械性能和耐用性。常用的熱處理方法包括正火、淬火、回火等。在鋼結構的制造過程中，常常需要對焊接接頭和薄板進行熱處理，以提高其強度和硬度。

5 結語

綜上所述，結合工程實例，探討了高層建筑大跨度型鋼混凝土連接體施工技術。探討結果表明，型鋼混凝土連接體是大跨度高層建筑工程施工中常用的結構形式，但同時施工難度也比較大。為保證型鋼混凝土連接體施工質量，需要對每個施工細節的質量進行嚴格把控，并針對施工中出現的問題，通過多方論證，找到最佳的解決措施，才能最大限度上保證型鋼混凝土連接體的質量，可為類似工程施工提供一定的參考。