毕业论文钢混凝土组合结构施工技术研究.docx

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毕业论文钢混凝土组合结构施工技术研究

中国地质大学

专科实习报告

题目钢-混凝土组合结构施工技术研究

学生姓名缪继东批次1003

专业土木工程学号1019000310010

2012年4月

钢-混凝土组合结构施工技术研究

摘要：

钢和混凝土组合结构，是钢部件和混凝土或钢筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种结构，兼具钢结构和钢筋混凝土结构的一些特性。

可用于多层和高层建筑中的楼面梁、桁架、板、柱，屋盖结构中的屋面板、梁、桁架，厂房中的柱及工作平台梁、板以及桥梁，在中国还用于厂房中的吊车梁。

钢和混凝土组合结构有组合梁、组合板、组合桁架和组合柱四大类。

关键词：

钢-混凝土组合结构

Steel-concretecompositeconstructiontechnologyresearch

Abstract:

Thesteelandconcretecompositestructures,steelcomponentsandconcreteorreinforcedconcretecomponentstogetherasawholetoworktogetherinastructure,someofthefeaturesofbothsteelandreinforcedconcretestructures.Canbeusedinmulti-layerandhigh-risebuildingsinthefloorbeams,trusses,plates,columns,roofstructure,roof,beams,trusses,plantcolumnandworkingplatformbeams,platesandbridgesusedinfactoriesinChinathecranebeam.Steelandconcretecompositestructureswithcompositebeams,compositeboard,thecombinationoftrussandthecombinationofcolumnfourcategories.

Keywords:

steel-concretecompositestructures

引言

钢-混凝土组合结构是由钢材和混凝土两种不同性质的材料经组合而成的一种新型结构。

它是钢和混凝土两种材料的合理组合，充分发挥了钢材抗拉强度高、塑性好和混凝土抗压性能好的优点，弥补彼此各自的缺点。

同混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，减轻地震作用。

同钢结构相比，可以减少用钢量，降低结构造价，增加结构的稳定性，增强结构的防火性和耐久性。

二者结合在一起，甚至可以发挥出比二者简单叠加要强的多的效果[1]。

已被广泛的应用在高层超高层建筑、重工业建筑、桥梁结构、大跨度和高耸结构中，并逐渐形成了与传统四大结构（钢结构、混凝土结构、木结构、砌体结构）并列的第五大结构。

我国自80年代以来开始系统研究钢-混凝土组合结构，并在实际工程中得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

可以说，钢-混凝土组合结构是一种非常有前景的结构形式，在21世纪必将得到更全面的应用。

第一章钢-混凝土组合结构的类型及特点

1.1压型钢板与混凝土组合板

压型钢板与混凝土组合板是在压型钢板上浇筑混凝土，依靠钢板上凹凸肋及不同的糟纹使钢板与混凝土结合在一起而制成的组合板。

压型钢板按其在组合楼板中的作用可分为三类：

第一类，以压型钢板作为楼板的主要承重构件，混凝土只是作为楼板的面层以形成平整的表面及起到分布荷载的作用；第二类，压型钢板只作为浇筑混凝土的永久性模板，并作为施工时的操作平台；第三类考虑组合作用的压型钢板混凝土组合楼板。

第一类与第二类属于非组合楼板。

压型钢板与混凝土组合板具有以下优点：

1）由于压型钢板作为浇注混凝土的模板，节省了大量木模板及其支撑；2）由于压型钢板非常轻便，因此堆放、运输及安装都非常方便；3）压型钢板在使用阶段因其和混凝土的组合作用，还可代替受拉钢筋，因此减少了钢筋的制作与安装工作；4）由压型钢板组合楼板的几何形状所决定，组合楼板具有较大的刚度，且省去了许多受拉区混凝土（因为在混凝土结构的承载能力计算中不考虑混凝土的受拉作用），使组合楼板的自重减轻；5）便于敷设通信、电力、采暖等管线；6）由于压型钢板作为浇注混凝土的模板直接支承于钢梁上，为各种工种作业提供了宽广的工作平台，大大加快了施工进度，缩短了工期；7）压型钢板可直接作顶棚；8）与木模板相比，压型钢板组合楼板施工时，减少了发生火灾的可能性。

1.2钢-混凝土组合梁

钢-混凝土组合梁是将钢筋混凝土板放置于钢梁的上部，通过剪切连接件连接，使混凝土板作为梁的翼缘与钢梁组合在一起，整体共同工作而形成的组合梁。

在组合梁中，混凝土位于受压区，钢梁主要位于受拉区，充分利用混凝土抗压和钢材抗拉的优点，发挥了两种材料的强度，钢梁位于受拉区，腹板不会发生局部屈曲，并且由于混凝土作为梁翼缘的一部分，很大程度上避免了钢梁结构容易整体失稳和局部失稳的弱点。

组合梁比非组合梁的强度、刚度都明显提高，使得同等条件下组合梁截面大小及高度比非组合梁小，可以有效降低结构高度，这将增加净空，降低工程造价，提高了工程的经济效益，在大跨度的楼盖结构中应用具有较大优势。

钢与混凝土组合梁首先从截面组成上充分发挥了混凝土与型钢材料各自的特点，除此以外，与普通钢筋混凝土梁相比，具有以下优点：

1）将钢筋混凝土板与钢梁组合成整体，使钢筋混凝土板成为组合梁的一部分（翼缘），因此按非组合梁考虑，承载能力显著提高；2）钢筋混凝土板组合成为全梁的一部分，因此在同样大小钢梁的情况下，组合梁比非组合梁竖向刚度明显提高；3）混凝土处于受压区（正弯矩区段），钢梁主要处于受拉区，两种不同材料都能充分发挥各自的长处，受力合理，节约材料；4）由于处于受压区的钢筋混凝土板刚度较大，对避免钢梁的整体与局部失稳有明显的作用；5）降低梁高与房屋总高；6）组合梁可大量节约钢材以致降低工程造价。

1.3型钢混凝土

型钢混凝土结构是把型钢置入钢筋混凝土中，使型钢、钢筋（纵筋和箍筋）、混凝土三种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种作用。

它是钢-混凝土组合结构的一种形式，其截面组成特征是型钢钢筋混凝土的钢材全部被包在混凝土内部，型钢与钢筋骨架的外面有一层混凝土外壳（外包钢钢筋混凝土结构和钢管混凝土结构的型钢是外露的）。

型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外，还广泛使用焊接型钢，此外还配合使用钢筋和钢箍。

钢骨混凝土配置的型钢形式可以分为实腹式与空腹式两大类。

前者的强度、刚度、延性均较好，远比后者优越。

研究表明，它在抗震时吸收能量是空腹式的2倍。

同传统的钢结构相比，型钢混凝土结构有更大的刚度和强度，更好的局部和整体稳定性，防腐蚀和防火性能好，经济效果好，型钢混凝土结构用钢量大幅度减少。

资料表明，型钢混凝土全框架结构较之钢框架结构可减少钢材用量50%或者更多一些。

同钢筋混凝土结构相比，这种结构承载力大、刚度大具有良好的变形能力和延性，抗震性能优越。

尤其在大跨度、超高层、重荷载的土木工程结构中，较单独采用钢筋混凝土结构有更好的适用性—减小构件截面、增大使用空间、节省混凝土用量、减轻地基荷载、减小构件挠度、节省模板和支撑，可免除构件中的预埋件,有更好的抗震性能等。

1.4钢管混凝土

钢管混凝土结构是在型钢混凝土结构、配螺旋箍混凝土结构以及钢管结构的基础上发展起来的。

钢管混凝土是将普通混凝土填入薄壁圆型钢管内而形成的组合结构。

按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。

钢管混凝土可借助于内填混凝土增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心混凝土的套箍（约束）作用，而使混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。

钢管混凝土结构由于其受力性能及结构特点使其具有以下的优点：

1）受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高；2）具有塑性好、强度高，良好的抗疲劳、耐冲击性能；3）钢管作为劲性承重骨架，省去了通常的混凝土支模、拆模和支撑工作量，省工、省时，施工简单，缩短工期，宜于保证质量；4）获得了很好的经济效果；与钢结构相比，节约了大量钢材。

大量工程实践表明：

采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土承压构件约可节约混凝土50%，减轻结构自重50%左右，钢材用量略高或约略相等；和钢结构相比，可节约钢材50%左右。

5）具有良好的抗震性能（良好的延性）；钢管混凝土在提高结构整体抗震性能的同时，有效地减小了结构尺寸，增加了使用面积。

用于高层建筑的柱子时，可以作到不限制轴压比而控制长细比。

6）具有美好的造型与最小的受风面积；7）耐火性能较好，由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种结构具有较好的耐火性能。

与钢结构相比，一般可节约2/3防火涂料，因而降低工程造价。

第二章钢-混凝土组合结构施工技术研究

目前，虽然各种形式的组合结构在国内工程中已显示出其优越性，而且，已创造出新的组合结构形式，在工程实践中已有运用，但由于观念问题和相关的设计理论、施工技术没有普及推广，在实际应用中数量还不是很大，有些问题还需进一步细致深入的研究探讨。

对构件的组成方式尚需进一步优化，以创造出性能更优越的结构来。

为了充分利用钢和混凝土两种材料的优势，创造出性能更为优越的结构形式，应进一步加大对钢-混凝土组合结构的研究。

应对钢筋混凝土构件、钢构件、钢管混凝土构件、钢骨混凝土构件、预应力筋等不同材料元素进行优化组合，通过扬长避短杂交而成具有优势的新的结构体系，用一种结构的优势弥补另一种结构的劣势。

钢管混凝土一般只是用作柱、拱等构件，如何通过一定的组合方式，利用它的高抗压性能，将其用于受弯，如预应力钢管混凝土梁、钢管混凝土桁架等，是值的进一步研究的。

研究将钢-混凝土组合结构应用于大跨度空间结构，如近十多年来发展起来的张弦梁结构，可在钢管内灌注高强度混凝土，用其作为拱或桁架，与高强预应力索一起形成张弦梁结构，可跨越较大空间，具有广阔应用前景。

某办公中心综合业务楼地下室部分建筑面积1.2万㎡，采用钢-混凝土组合结构，由4个复合巨型柱结构组成一个矩形平面结构，每个复合巨型柱又由13根劲性柱组成，箱型柱和钢管内灌注C60自然密实免振捣混凝土，表面布满100mm长剪力钉的型钢结构外面包裹一层钢筋混凝土外壳，构成钢-混凝土组合结构。

其特点：

1）柱脚埋件多，定位要求精确，相对位置不易控制；

2）钢构件截面尺寸大，重量大，最重钢柱达22.7t，不易安装就位；

3）钢筋密集、箍筋形式多样，钢构件表面布满剪力钉，钢筋安装非常困难；

4）模板吊装容易与密集的型钢梁发生冲突，钢柱部位无法设置对拉螺栓；

5）竖向结构模板与型钢柱间空隙仅200mm，且钢筋和剪力钉非常密集，模板上口分部有型钢梁，对混凝土的施工提出更高的要求。

2.1工艺流程

绑扎底板钢筋，安装钢柱柱脚埋件→浇筑底板混凝土→安装型钢柱→柱脚浇灌→安装型钢梁→浇筑柱芯混凝土→安装墙、柱钢筋→安装墙、柱模板→浇筑竖向结构混凝土→拆除竖向结构模板→安装水平结构模板→安装梁、板钢筋→浇筑梁、板混凝土。

2.2安装钢柱柱脚埋件

钢柱柱脚埋件位于2m厚的基础底板内，与地板钢筋穿插安装。

2.2.1预埋件定位

制作一个用于固定、调节埋件的专用钢板凳，其四条腿用角钢，面板用厚钢板制作，面板上打孔，安放调节螺母，用于调节钢柱埋件的标高。

全部埋件均采用散件现场组拼。

2.2.2埋件安装

将钢板凳放入底板内，待绑完所有钢筋后，再安装埋件。

安装时先将埋件的地角螺栓临时固定在板凳上，再把上部的钢板安装在螺栓上（图1）最后用线坠和水准仪调整埋件位置。

2.2.3预埋件外围插筋

型钢柱外围在基础地板内生根，在底板上铁件安装完毕后进行。

由于主筋与埋件上表面钢板净距离仅3mm，且全部为Ф32钢筋，一旦插筋位置偏差或位移量过大，将导致锚板无法安装，为此对每根劲性柱制作了一块1mm厚的钢筋定位模具，按设计钢筋位置精确打孔，插筋完毕后套住钢筋，置于地板钢筋上，钢筋位置校正完毕并于地板钢筋点焊连接后再将钢板取出。

2.2.4预埋件的保护

预埋件调整验收后，在螺栓丝头部位涂黄油并包油纸，再装套管进行保护。

浇筑底板混凝土前再次复核，确认位置及标高准确并固定牢固后方可浇筑混凝土。

后续施工时，对地角螺栓应采取严格保护措施，严禁碰撞和损坏。

钢柱安装前，应将螺纹清理干净，修复损伤螺牙。

2.3地板混凝土施工

1）混凝土浇筑前，用DN50钢管，手拉葫芦等将全部52个柱脚埋件连接成一个稳定体系，也保证不产生相对位移。

2）混凝土沿埋件两侧同时浇筑、振捣，以防埋件位移，由专职测量放线人员用4台经纬仪对埋件进行24h不间断监控。

混凝土浇完后及时进行二次复核，确保埋件位置准确。

2.4安装第一节钢柱

1）第一节钢柱与柱脚埋件采用地角螺栓进行连接，先将60mm厚锚板用螺栓

固定于基础底板上表面，与底板上表面间留出60mm高的缝隙并用铁楔找平，再将带靴板在钢柱用坡口全熔透焊焊于锚板上（图2）。

2）由于此时钢柱主筋的位置已经固定，其与锚板间的缝隙仅3mm，给锚板就位、螺母拧紧、柱脚施焊带来较大的困难。

为保证钢柱安装顺利，锚板就位时由钢筋工配合施工，将部分影响钢柱安装的主筋局部均匀烘烤至200℃左右，缓慢将垂直钢柱向外煨成圆弧状，待柱脚部位施工完毕后再恢复原状并进行补强焊接。

2.5柱脚灌浆

1）钢柱锚板与混凝土地板间预留的60mm缝隙用C60收缩灌浆料填充（选用了北京冶建新技术公司生产的CGM-Ⅰ型灌浆料）。

灌浆料采用现场人工搅拌，严格按照产品说明的加水量计量。

2）在柱脚四周用多层板支设侧模，侧模较锚板截面宽100mm，且高于锚板的下表面，并在侧模的中部留置浇筑坡口。

3）高强无收缩灌浆料浇筑时，从一侧灌浆，至另一端溢出并明显高于锚板下表面为止，严禁从两个以上方向轮流浇筑。

灌浆料无须振捣，开始灌浆后须连续进行，不能间断。

应尽可能缩短灌浆时间。

2.6柱芯混凝土施工

1）钢结构焊接、钢柱下灌浆料浇筑完毕可浇筑劲性柱柱芯混凝土。

采用定型混凝土下料斗借助塔吊进行浇筑。

免振捣混凝土的初凝时间为10h，终凝时间为16h，扩展度不小于550mm。

2）将混凝土下料斗平稳地安放在需浇筑钢柱上方预先开出的浇筑洞内，由施工人员扶稳下料斗，必要时可将下料斗安放于专用架上。

3）在布料斗内装混凝土，用塔吊将布料斗吊至待浇筑钢柱上方的适宜高度处，待布料斗平稳后，打开制动闸门，使混凝土流入钢柱柱芯内，根据混凝土流动的速度和斗内混凝土的高度，及时开放制动闸门（图3、4）

4）混凝土连续浇筑至钢柱柱芯上口处、至钢柱上方预留的排气孔有混凝土流出为止，将柱顶混凝土抹平。

5）浇筑同一钢柱柱芯混凝土时，覆盖下一层混凝土的时间不得超过混凝土初凝时间。

6）派专人观察已浇筑至柱顶标高的柱芯混凝土,若发现浇筑后的混凝土有坍落，要在混凝土初凝时间内，及时补浇至柱顶标高，以确保钢柱柱芯内填充满混凝土。

2.7钢筋施工

柱主筋全部为Ф32钢筋，采用直螺纹连接。

水平方向设有多支箍筋组成的箍筋组及拉钩。

2.7.1柱主筋施工

主筋的安装与普通钢筋工程相同，但在上部或下部遇有钢梁时，钢筋要与钢梁进行5d双面焊连接（图5），此部位钢筋直螺纹接头的设置高度在钢筋净高的1/3高度处，以便使两节钢筋适当弯曲，用正反扣至螺纹套筒对钢筋进行连接接头过高或过低均会使其中一节钢筋无法弯曲，不能顺利就位（若设置通长钢筋会影响箍筋套装）

2.7.2柱箍筋施工

箍筋是劲性钢筋混凝土结构中对混凝土起约束作用的重要钢筋构件，必须保证其完全闭合，并与主筋牢固连接。

本工程劲性钢筋混凝土结构柱箍筋须与主筋安装穿插进行。

1）箱型柱箍筋由矩形箍筋、八边形箍筋和拉条组成，圆形柱箍筋由圆形箍筋和五边形箍筋组成。

所有箍筋均为Ф16钢筋，硬度大，可调性差。

加工时应严格控制下料长度和弯折角度，以保证成品箍筋安装顺利。

2）箍筋安装时不能像普通混凝土柱一样从顶部顺序下放，须将箍筋开口部位打开，在连接主筋前将箍筋沿型钢柱身下套。

3）向下套箍筋时应注意箍筋开口不要过大，严禁将箍筋弯成死弯，以免影响就位后恢复原状。

注意保护主筋连接丝头（一旦破坏将无法修复）。

4）

原设计梁柱节点部位箍筋在梁腹板上穿孔进行闭合，由于钢梁腹板厚，穿孔难度大，箍筋间距太小，穿孔数量多，会削弱钢材截面，影响结构的承载力。

经协商在梁柱节点部位的柱箍筋与梁腹板焊接进行闭合（图6），这样既能保证结构完整性又能节省时间，且施工质量易于保证。

2.8

模板工程

本工程地下结构全部配制大钢模板。

1）配板尺寸：

竖向结构模板安装时，上部的型钢梁已经安装完毕，配板时要注意钢梁的间隙能否满足大模板吊装的需要（若配板尺寸过大将无法吊装模板）。

2）对拉螺栓：

模板设计时，在型钢柱柱身部位不能设置对拉螺栓，可在连墙柱柱身两侧适当加密对拉螺栓间距，并在柱身上焊接通扣螺栓，对模板进行拉结（图7）

3）模板配置高度以能够满足层高要求即可，不要过高否则将与柱顶部的型钢梁发生冲突，或在局部与钢梁冲突的地方配置木模板，增强模板施工的可调节性。

2.9地下室墙体混凝土施工

1）±0.000以下混凝土施工后浇带为界划分为4个流水段，采用HBT80型混凝土拖式泵加布料杆或结合42m汽车泵送。

每个流水段又划分为3~4个浇筑区域，每台泵负责一个区域的施工，整个流水段内混凝土同步升高。

2）由于型钢柱部位钢筋密集度很高，合模后不容易掌握内部钢筋情况，故合模前操作人员应熟悉工作环境，确定型钢柱边缘的振捣位置，并用振捣棒插入振捣位置内，观察是否将振捣棒顺利插到钢柱的最底部。

3）型钢柱部位多余的刚劲应在合模前全部取出，以保证振捣棒顺利穿行，由于方形型钢柱的四角部位箍筋弯钩的影响，混凝土下料困难，为此浇筑前应采用DN50钢管对此部位进行疏通，直至钢管顺利到达柱底部。

4）对于厚度大于400mm的墙体，沿墙厚呈梅花形布置3个振点，振点沿墙长度方向间距300mm（图8）

结论

组合结构（Compositestructures）有时称作混合结构（Mixedstructures）,两者又统称为复合结构（Hybridstructures）。

组合结构的定义有不同的描述,在土木工程范围内组合结构应该是由两种或两种以上结构材料组成,并且材料之间能以某种方式有效传递内力,以整体的形式产生抗力的结构。

这里不包括虽由两种或两种以上结构材料组成,但却是各自单独发挥作用、简单叠加、单独承受荷载的结构。

《钢与混凝土组合结构》主要叙述钢与混凝土组合而成的组合结构,不包括一般钢筋混凝土结构。

50多年来组合结构的研究与应用得到迅速发展,至今已成为一种公认的新的结构体系。

其与传统的四大结构,既钢结构、木结构、砌体结构和钢筋混凝土结构并列,并扩展成为五大结构。

在土木工程中采用的组合结构主要有:

压型钢板与混凝土组合板、钢与混凝土板组合在一起的组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和外包钢混凝土结构等五大类。

组合结构充分发挥了钢材与混凝土各自的自身特点和优势,取长补短,组合结构在强度、刚度和延性等方面都比一般的钢筋混凝土结构要好,同时还方便施工,因此组合结构具有广阔的发展前景。

致谢

紧张而又艰苦的专科学习生活就要结束了，请让我把最深的感谢之情献给培养、关心、支持我的老师，同事。

本文从选题、规划到实施及论文写作整个过程中得到了我单位饶小琳高级工程师和我们班主任米老师以及各位地质大学老师的精心指导和帮助，我衷心地感谢培养我的学校和老师。

谢谢学校，谢谢老师。

参考文献

1.薛建阳：

《钢与混凝土组合结构（第2版）》华中科技大学出版社2007年

2.聂建国：

《钢-混凝土组合结构》中国建筑工业出版社2005年

3.胡少伟：

《钢-混凝土组合结构》黄河水利出版社2005年

4.周学军、王敦强：

《钢与混凝土组合结构设计与施工》山东科学技术出版社2004年

5.陈忠汉、胡夏闽：

《高等学校土木工程专业规划教材：

钢-混凝土组合结构设计》中国建筑工业出版社2009年