0引言

在风荷载作用下，设置加强层是减少结构侧向位移的合理方式。设置加强层会导致结构的抗弯刚度发生变化。在大地震荷载作用下，内部功能产生基因突变，容易产生缺层，结构的破坏原理不能表现出“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的折衷体系［1-3］。现阶段，对带束层加强层结构特点的设计方案和分析主要集中在最佳部位。

1型钢混凝土加强层结构优化设计

1.1型钢混凝土加强层构件的截面形式和构造要求

在型钢混凝土梁柱中，宜采用填充宽翼缘板的实心腹板型钢。所谓填充实腹钢，是指实腹钢的上翼缘在截面受力区，下翼缘在截面弯曲区。在设计方案中，应考虑在满足型钢混凝土保护层的条件下，型钢的上下翼缘应尽量靠近混凝土截面的近边缘，这样有利于项目的建设。压型钢混凝土工程中压型钢的不锈钢厚度不宜小于6mm，压型钢板的厚度不能太薄，便于焊接和达到局部稳定性要求。为了保证型钢和混凝土的相同效果，需要设置接头的抗弯强度，安装剪钉位置的型钢外层的剪应力可以用延性计算,可以计算出对应的剪应力。剪钉的直径应为19mm和22mm，剪钉长度不得小于剪钉直径的4倍，间距不得小于直径的6倍。

1.2设置型钢混凝土加强层最优位置分析

应对加强层的具体位置和总量进行科学合理的设置［4-5］。布置1层加强层时，位置可在0.6H左右；布置2个加强层时，位置可以在上层0.5H左右。使用加强层时，加强层应沿纵向从上到下对称布置。为了更好地确定混凝土框架加强层设置的最佳位置，需对不同结构的建筑物中一框架加强层的布置进行数据分析。在风荷载作用下，加强层布置在20层，结构端点偏移值和较大层间位移角均最小。在15~24层同时铺设加固层时，与20层相比，终点偏移较大，距离为2.5mm，相差不到3%。在大地震荷载作用下，当加强层布置在结构上端时，大地震的响应速度大于结构下平面的响应速度，且在结构底部的弯曲距离结构变大了。当加强层安装在一定区域且结构的侧向阻力能够满足要求时，为减小芯管底端的弯曲距离，应选中靠近结构底端的加强层。

1.3设置水平加强层对周期的影响

水平加强层可以增加结构的整体抗弯刚度［6］。不设置加强层时，结构第一次自振循环时间为3.8725s，设置一根实腹梁时，循环时间减少0.3925s，循环时间减少11.9%，设置两根实腹梁时循环时间缩短为2.8946s，设置三根实腹梁时循环时间减少0.1062s，循环时间减少3.23%。设置第二和第三实心腹板梁的效率明显低于第一个。设置一层加强层时，循环时间减少0.2551s，循环时间减少7.76%。当设置两个加强层时，循环时间进一步减少0.0862s，循环时间减少2.62s。当设置三个增强层时，循环时间进一步缩短。设置第四层加强层后，循环时间进一步减少0.0744s。分析框架加强层和实心腹加强层设置周期时间缩短的发展趋势是一致的。随着加强层数的增加，循环时间减少，效果更加微小。设置实腹梁钢筋层与设置分析框架钢筋层的横向比较，周期时间相差0.1374s。周期时间与设置三通道加强层的周期时间相似。框架加强层到结构侧面的管束比实心腹梁差很多。与同期相比，在安装三层加强层后，空腹货架时间延长0.1032s。安装四个架子时，空腹架子时间增加0.125%。由于斜腹杆的存在，可以减少架子的数量。

2实例分析

2.1工程概况

呈贡新都昌商业广场1号塔楼采用管中筒结构设计方案，建筑高度167m，共46层。其中，11、24、36层的设计方案为由型钢和混凝土组成的结构加强层。加强层外筒柱采用箱形钢柱，横梁和抛撑采用Q390B级H型钢。支撑规格型号为H500mm×300mm×25mm×32mm。钢结构工程施工后，将建筑钢筋捆扎浇筑混凝土。

2.2施工流程

图略

3施工方法

2.3.1图纸深化及钢结构制作

（1）图纸深化。根据设计图纸和相关标准，推进钢结构的一些工程图纸。图纸的推进应符合设计要求和我国现行标准和规定，同时满足生产、加工和现场组装的技术要求。先进的工程图纸应清楚标明各预制构件的中心线、材料规格和型号、几何规格等，以满足钢结构制造和安装的要求，关键是要提前在钢结构上布置孔洞。

（2）钢结构制作。钢结构的材料切割、焊缝开孔、塔架分组、电焊、变形校正均在技术专业的钢结构生产厂完成。按照相关标准，型钢上的孔应减少型钢截面的破坏，有利于施工。对于关键预制构件的连接，连接高强度螺栓的孔应采用冲孔形成。当主次预制构件连接后，厚度不超过12mm时，可用冲床成型，孔边应无毛刺。常用钢筋钻孔孔径见表1。

2.3.2上层短柱墩台施工

箱形钢柱跨越两栋建筑，混凝土结构短柱桥台的施工必须按照工程图纸在加强层工程施工的顶层进行。为保证箱形钢柱的安装精度，施工队必须严格执行工程图纸，进行施工布置，检查中心线，固定箱形钢柱，调整设计标高的同时，应嵌入短柱基台。待混凝土强度达到标准要求后，方可拆板，施工划线，校核中心线和设计标高。

2.3.3门式起重机的安装

现场组装的一台C5013塔机无法实现加强层箱形钢柱的吊装。通过精心研究，将起重机安装在钢筋混凝土地板表面，相互配合起吊和吊装。根据TSSD手机软件测量结构承载力，满足起重机在混凝土地面行走最恶劣工况的安全要求，在原设计方案确定后进行起重机的安装。将起重机的3个关键预制部件运送到现场，包括支撑点系统软件和支撑系统软件上方的车梁。用塔吊将第一个固定支架体吊到起重设备滑轨的顶部，并逐渐下降。用人力相互配合使柜体落在滑轨上，用葫芦连接钢丝绳固定钢丝绳。在混凝土地板上，以同样的方式固定另一侧，形成八字形。重复上述操作步骤，固定另一固定支架体。最后用塔式起重机吊起安装在两个固定支架体上的车梁，并提前将两个绳锁固定在车梁上。当车梁到达固定支架体的顶部时，两人操作地板上的两根绳索锁，将塔式起重机整合在一起。控制车梁的具体位置。当车梁的位置基本到达设定区域时，塔式起重机的部分吊钩会手动调整车梁的具体位置，使其完全符合要求。用地脚螺栓将车梁与固定支架体连接起来并固定。

2.3.4箱形钢柱、钢梁及斜撑吊装

（1）箱形柱安装：①箱形钢柱安装前检查预制构件的质量。当变形、缺陷出现偏差时，解决后即可安装。②起吊吊装前，检查镀锌钢丝绳和吊装工具的抗压强度。起吊吊装时，用龙门式起重机械将箱柱水平吊至安装地点，并由专职人员指导。③安装时，将箱形钢柱的边缘与短柱桥台混凝土上的勾画线重叠，并明确箱形钢柱的部分应进行临时固定。将箱形钢柱的外部构件连接到柱的主筋上，然后用水平仪标定箱形钢柱的设计标高，在箱形钢柱上标出1m标记用作标准。同时用两个水平仪标定箱形钢柱从两条中心线的垂直角度。达标后将箱形钢柱与预埋厚钢板电焊固定。④对于单根箱形钢柱，必须增加风索临时保护措施。箱形钢柱安装完成后，在安装钢柱和投掷支架的情况下，及时进行后续安装，以保证结构的整体可靠性。（2）钢梁及斜撑安装。箱形钢柱由远至近依次建造。在安装标准的条件下，钢柱和抛撑与箱形钢柱同时安装。起重吊装起重机和塔式起重机在起重吊装工程中相互配合使用。在吊装的整个过程中，吊车的引导人员要集中，不要让钢预制构件撞到箱形钢柱上。

2.3.5高强螺栓安装

用起重机将钢预制构件吊装到特定的相对高度，人工协助就位，先用安装螺栓和冲钉临时固定，并确保孔与孔的正端对齐。高韧性螺栓不能用作安装螺栓。每个节点插入的安装螺栓和冲钉的总数应满足以下要求：不少于安装孔数量的1/3，安装螺栓应≥2个，冲钉总数不应超过安装螺栓总数的30%。将高强度螺栓装入螺栓孔内，待预制构件安装精度调整好后进行初拧。如果螺栓孔有误差，高强度螺栓不能拧紧，应与设计人员沟通，不得擅自解决。可用铰刀或锉刀修复螺栓孔，修复后的直径应≤螺栓直径的1.2倍。

2.3.6钢筋绑扎

（1）外筒组合梁钢筋安装。外筒梁截面规格为700mm×1000mm，受力钢筋需全线穿过箱形柱。根据设计规定，外筒形成的梁的受力钢筋应围绕箱形钢柱。由于建筑钢筋的长度超过梁的净跨度2650mm，所以不可能将建筑钢筋移动到两柱之间的水平面，越过箱形钢柱。经设计方案批准，每根跨梁和一根主筋设置有两个相互分隔的直螺纹接头。

（2）外筒组合柱钢筋安装。外筒钢筋安装及操作要点的主筋安装构成柱式建筑。根据设计规定，外筒的主筋构成立柱，需要被箱形钢柱包围。因此，每根主筋由两个7字形半箍组成，单层钢筋经过箱形钢柱后搭接焊接形成封闭主筋。2.3.7模板安装模板支撑前，按设计图纸做好技术验证，最后一道工艺工程验收合格后方可进行模板安装。模板控制板采用厚15mm的复合人造板，次主龙骨采用间距≤300mm的C型钢夹，吊顶龙骨采用φ48×3.0mm无缝钢管，φ14mm对拉螺杆结构用于加固。拉丝和箱形钢柱，梁单层电焊焊接10d。

2.3.8混凝土浇筑

在箱形钢柱的加强层四个角处设置一个直径为150mm的圆孔作为混凝土浇注孔。在箱形钢柱的生产加工过程中，混凝土浇筑孔必须采用机械设备制作。混凝土浇筑过程中，应分段浇筑混凝土，并利用振动力保证浇筑时混凝土的密实度。钢柱模板的辅助方法，禁止将箱形钢柱一次性灌满混凝土后再振捣强度。抛投位置应留出沉降缝，箱形钢柱、梁等混凝土浇筑完成后，进行工程抛投，确保工程质量。

3结语

呈贡新都昌商业广场1号塔楼钢混结构加固工程施工是本项目的关键，钢结构图纸的推进、钢预制构件的制造、起重吊装等各个环节都很重要。箱形钢柱进场前，应根据塔机的吊装能力确定钢预制构件的堆放位置，以保证钢预制构件吊装的顺利进行。吊装前，检查所有建筑物的中心线和设计标高，在吊装的整个过程中，要随时随地注意强度校核中心线，注意安装顺序。每一道工序都应在下一道工序施工前检验合格，特别是钢架结构焊接的监测和高强度螺栓的检验。本项目加强层的工程施工，给型钢混凝土结构组成的加强层施工提供了一定参考。

参考文献

［1］江韩，赵学斐.某带伸臂加强层的型钢混凝土框架-核心筒超高层结构性能分析及试验研究［J］.建筑结构，2020，50（15）：6.

［2］张俊霞.高层钢筋混凝土框架-核心筒结构体系的优化研究［J］.建筑技术开发，2020（13）：3.

［3］黄嘉骏.基于BIM技术的超高层型钢混凝土加强层节点优化应用研究［J］.科技资讯，2021，19（36）：3.

［4］雷刚.型钢混凝土组合结构钢骨柱安装施工关键技术［J］.百科论坛电子杂志，2018（13）：27-28.

［5］赵瀚文.试论型钢混凝土组合结构施工工艺［J］.建筑工程技术与设计，2014（18）：329.

［6］张明道，吴雷.钢-混凝土组合结构施工工艺研究［J］.山东工业技术，2017（6）：102.

单位:何亦轩 作者:武汉理工大学土木工程与建筑学院