一种大跨度H型钢钢-混组合梁的加固应用

来源：胜特加固录入者：—常务副总经理发布日期：2013年5月15日

【摘要】本文以光明广场中厅电影院改造加固工程为例，介绍分析了跨度为22m的H型钢钢-混组合梁的结构性能、施工工序流程及施工难点关键技术等方面。H型钢钢-混组合梁是在纯钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构体系。它充分利用混凝土受压而型钢受拉的特性，能够实现经济实用的较大跨度梁系，具有操作简便、施工快捷的优点，为类似大跨度梁加固工程积累了设计及施工经验，具有较大的借鉴及推广意义。

【关键词】大跨度H型钢钢梁钢-混凝土组合梁提高承载力结构性能施工难点

一、工程概况

位于广州越秀区西湖路63号的光明广场，经营单位需将第七层中厅改造为电影院使用。为满足其功能使用荷载要求，需对原结构承载力不足的梁进行加固补强处理。由于条件限制，对第七层承载力不足的原梁加固施工仅能在其楼板面上进行，且因为跨度较大，根据设计计算，梁端弯矩剪力都比较大，经营单位要求尽量减少新增加固构件高度以满足实际使用层高需要。针对这种特殊情况，该梁加固设计方案比选时，由于既有结构难以施工预应力张拉锚固及满足耐久性和刚度要求，所以放弃了预应力梁的设计方案，选用了劲性钢-混组合梁加固法。劲性钢-混梁是由型钢、混凝土组成的劲性组合梁，并与原梁叠合为一共同承载受力的结构体系。

二、H型钢钢-混组合梁结构性能

劲性钢-混组合梁结构是由型钢混凝土组成的结构体系，其中型钢是核心部分，混凝土外部由箍筋约束并配适当的纵向受力主筋和箍筋。在型钢结构外浇制一层钢筋混凝土外壳可以防止型钢结构的局部变形，并能增强型钢的整体刚度，同时增强了结构的耐久性和耐火性。钢-混组合梁充分发挥了型钢的抗拉强度高、混凝土抗压强度的双重优点，具有自重轻、刚度大、延性好、跨度大、耐疲劳、稳定性和整体性好、经济效益高等优点。适用于场馆大空间、大跨度结构工程。

本工程正是利用了钢-混组合梁上述特性对原有钢筋混凝土梁进行了有效加固。而选用H型钢作为劲性组合梁的型钢主材，是因为H型钢能有效地提高构件的抗弯强度，相对增加自重少，能大幅度地提高梁构件的承载能力，且H型钢为现成品，减少了加工工序，容易做到工厂分割、现场拼装，不需大量焊接加工，节省了时间与人工，加快了施工速度，因此H型钢钢-混组合梁能很好地满足了本工程的技术及施工环境需求。

H型钢钢-混组合梁与传统纯混凝土结构相比，现浇钢筋混凝土施工量少，能缩短工期。混凝土浇筑前荷载为自重，包括H型钢、钢筋等；混凝土浇筑后而没有固化形成强度前，这时荷载由钢断面承受。达到设计强度后，荷载由组合梁断面承受。

型钢混凝土梁构造要求材料要求混凝土材料等级不宜小于C30；型钢宜采用Q235及Q345钢材，截面要求型钢混凝土框架梁的截面宽度不宜小于300mm；截面的高度和宽度的比值不宜大于4。具体设计及施工标准及要求可参见《型钢混凝土组合结构技术规程》和《型钢混凝土组合结构构造》。

三、施工工序流程

本工程应用了500*1200的型钢混凝土组合梁系，跨度22m，内配H800×300×14×26，每根型钢梁重达4.5吨，混凝土强度等级为C45，施工安装的七层楼面高度为28.95m，采取了一次吊装一次浇筑的施工措施。型钢现场吊装到位后，拼装焊接成整片梁，然后制安抗剪栓钉，为防止在混凝土浇筑时被混凝土冲击而下沉，需考虑型钢梁的预拱度。安装钢筋纵筋采用螺纹套筒连接，最后立模、浇筑混凝土。整体施工工序流程如下：

型钢半成品加工厂制作→吊装→钢梁现场焊接拼装→梁钢筋绑扎→梁侧模支模→浇筑砼→养护。

四、施工难点关键技术

1.型钢梁的吊装

难点一：吊装构件长、质量大、施工安装高度高。其中每根型钢梁长达22ｍ，重达4.5吨，安装高度28.95ｍ。

根据型钢梁吊装要求和施工现场的具体情况，我们选用了200吨汽车吊作为此次吊装的机械。该型吊车主车重50吨。钢梁拼装与吊装用的耳板均在构件加工厂完成，耳板厚度为40mm。钢梁选用两点绑扎，一点起吊。吊装前要进行试吊，将整根钢梁绑扎好后，微微起钩及时检查各绑扎点是否正确，钢丝绳是否都持力。确认无误后，吊钩在起高到0.5米时停止，再次检查各绑扎点及钢丝绳持力情况，为确保安全防止钢梁锐边割损钢丝绳，要求对钢丝绳进行防护，同时检查吊车的制动，液压等各部是否运转正常，确认无误后进行正式吊装。吊装作业应划定危险区域挂设安全标志，加强安全警戒。

2.型钢梁施工

（1）型钢梁的拼装：每根梁型钢总长度为22米，重量约4.5吨，分三段加工，每段长度约为8米，吊运到安装现场进行拼装，然后进行整条钢梁的最后调直，按跨中起拱5cm，确认无误后进行高强螺栓的终拧固定。

（2）型钢梁的焊接：该型钢梁焊缝坡口形式为单坡，焊接形式为等全熔透对接焊，焊缝等级Ⅱ级，采用E50型焊条。钢梁焊接前使用钢丝刷对焊口的浮锈和污垢进行处理，并对坡口进行烘干预热处理。如发现焊缝上出现气孔和开裂，一定要清除干净后进行重焊。为了防止产生过大的焊接变形，并尽可能减少焊接应力，须遵循以下施工要求：①焊接时严格按照规定焊接顺序施焊，尽可能对称施焊，使产生的变形均匀，直线分布，不产生弯转。②除了焊接前进行预热（100-2000C）处理外，在焊接完成后应立即对焊缝表面进行加热（100-2000C），从而起到释放和减少焊接应力的作用。钢板制孔应采用机械制孔，严禁现场氧气切割开孔。

焊缝采用超声波探伤检测。对不合格的焊缝，根据超标缺陷的位置，采用刨、切除、磨砂等方法除后进行补焊。

3.梁柱连接节点施工

（1）设计视现场条件对梁柱连接节点采用了刚接与铰接节点，充分发挥了材料性能，达到有效减少截面高度的目的。

（2）采用M24化学螺栓植筋于原柱内固定连接钢板，连接钢板与H钢梁进行焊接连接，连接大样见下图：

4.大体积砼浇筑施工

难点一：大梁跨度22ｍ、截面尺寸为500mm×1200mm，内配H800×300×14×26型钢，给保证混凝土振捣密实、控制混凝土开裂带来了极大困难。

难点二：组合梁截面高、跨度大及荷载大，对模板支撑紧固系统的稳定性和承载力要求高。

由于组合梁的混凝土体积较大，经过综合考虑，施工时采用了如下施工措施：

（1）分层浇筑混凝土，每层厚度400ｍｍ。为避免浇筑时在短时间内产生较大的集中荷载，需采用分层浇筑的方法并控制速度。当集中荷载逐渐增大时，梁底部先浇筑的混凝土已接近初凝，施工荷载对下部原结构及支撑体系的影响也逐渐减小。混凝土全部达到终凝时，大梁已具有自持能力，对支撑体系及原结构的不利影响会逐渐消失而进入安全期。

（2）为保证混凝土浇筑振捣密实，在与设计院、监理、商品混凝土供应商研究后，决定对其粗骨料的粒径级配进行调整，控制碎石的粒径在5～25之间，以保证混凝土骨料流入型钢的底部。

（3）对配合比设计进行优化，采用高效减水剂及粉煤灰，严格控制好水灰比。控制砼的缓凝时间为6-8小时，以延缓砼内部最高温度的产生，从而达到减小砼内外温差的目的。

（4）由于组合梁自重大，保护层垫块宜采用“H”形塑料垫块间距500作为梁的垫块。主筋采用镦粗直螺纹接头并接头位置应避开应力集中部位，同时同一截面内接头钢筋截面积不得超过全部主筋截面积的25%。

（5）施工中，采用一次性对拉螺栓加固稳定模板，既保证拉结力，同时减少了由于螺杆洞应力集中而引起的裂缝，使施工工艺带来的不利因素降到最低。

（6）混凝土的养护：砼浇筑12小时后开始养护，保证混凝土终凝后14天内大梁表面保持在湿润状态。

五、结语

光明广场中厅电影院改造加固工程的钢-混组合梁施工的完成，保证了该项目施工的顺利进行。目前，加固竣工交付使用后，钢-混组合梁在上部加载的情况下表面未发现有害裂缝，安全性能得到了验证。通过工程实践，完善了钢-混组合梁的施工流程、施工工艺和质量控制要点等。

目前钢-混组合梁结构的研究与应用在我国已日渐成熟。在大跨度梁中,采用型钢钢-混组合梁,受力性能优越,与采用普通混凝土梁相比较,截面尺寸大大减小,空间使用效果更好,所需的钢材和混凝土量也大大减少,施工方便，以其优越

的受力性能和经济性得到愈来愈广泛的应用。