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鋼管混凝土結(jié)構(gòu)范文第1篇

近30年來，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)逐漸被應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)中，隨著建筑物高度的增加，鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也將會(huì)得到快速的發(fā)展?；炷恋目箟簭?qiáng)度高，但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高.同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)，主要以軸心受壓和作用力偏心較小的受壓構(gòu)件為主，被廣泛使用于框架結(jié)構(gòu)中，如廠房和高層。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，在造價(jià)、耗材、施工等各方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。特別是鋼管高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在高層或超高層建筑中有廣闊的應(yīng)用前景。

1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析

1. 1 結(jié)構(gòu)面積減小，有效使用面積增加

在建筑工程中鋼管混凝土通常用做柱子，由于鋼管混凝土是延性材料，在地震區(qū)可以做到不受軸壓比的限制，只控制其長(zhǎng)細(xì)比，因此，柱截面面積可減少很多，有效使用面積增大，結(jié)構(gòu)自重減輕在50%以上，因此，地震作用和地基荷載均可減小，從而經(jīng)濟(jì)有效地解決了我國(guó)建筑工程領(lǐng)域長(zhǎng)期存在而未能解決的“胖柱”問題。

1. 2 施工簡(jiǎn)便，可大大縮短工期

鋼管混凝土柱和普通混凝土柱相比，免除了支模、拆模、綁扎鋼筋或焊接鋼筋骨架等工序，省工省時(shí)；和普通鋼柱相比，不用節(jié)點(diǎn)板，焊縫少，構(gòu)造簡(jiǎn)單。縮短工期，提前投產(chǎn)，其綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。

1. 3 同等承載力條件下有更大的經(jīng)濟(jì)效益

鋼管超高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)比普通混凝土柱的造價(jià)降低30%左右；鋼管高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)比普通混凝土柱的造價(jià)偏高或大略相等?？梢姡捎娩摴艹邚?qiáng)混凝土柱有更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1. 4 耐火性能好

鋼管混凝土柱（空心鋼柱用混凝土填實(shí)）有較高的耐火能力，因?yàn)殇撝鼰岷笥腥舾蔁崃繒?huì)傳遞到混凝土部分，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。組合梁的耐火能力也會(huì)提高，因?yàn)殇摿旱臏囟葧?huì)從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。

2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)目前存在和需要進(jìn)一步解決的問題

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料來看，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靜力學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)性能等方面，而真正對(duì)材料的研究相對(duì)較少。材料與結(jié)構(gòu)是一體不可分的，有了良好的材料設(shè)計(jì)，才會(huì)有良好的結(jié)構(gòu)性能，而目前鋼管混凝土所出現(xiàn)的一系列問題如施工不穩(wěn)定、脫空、膨脹性能低、混凝土力學(xué)性能達(dá)不到要求等都可以先從材料方面著手找到解決問題的方法。以下幾個(gè)方面是有待解決的問題。

2. 1 材料的要求高，成本提高

混凝土特別是高強(qiáng)度混凝土的配制較困難，目前，強(qiáng)度等級(jí)在C100以上的混凝土仍處于試驗(yàn)室階段，高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用在一定程度上提高了成本。

2. 2 材料的自身性質(zhì)

鋼管混凝土在收縮、徐變、溫度等影響下的材料自身性質(zhì)還需做系統(tǒng)全面的研究。

2. 3 復(fù)雜受力狀態(tài)

復(fù)雜受力狀態(tài)如彎、剪、壓、扭共同作用時(shí)構(gòu)件的計(jì)算方法還沒有完全確定，造成設(shè)計(jì)時(shí)只能簡(jiǎn)單地忽略構(gòu)件的受扭和受剪，并加大構(gòu)件承載力的富裕度來處理。

2. 4 節(jié)點(diǎn)性能的研究

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程采用的節(jié)點(diǎn)形式有很多樣。按材料分，現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)，鋼梁與鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)；按梁柱間的彎矩傳遞情況來分，有剛接節(jié)點(diǎn)、鉸接節(jié)點(diǎn)和彈性連接節(jié)點(diǎn)。目前，關(guān)于節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)和理論研究嚴(yán)重滯后于實(shí)際工程的應(yīng)用。

2. 5 動(dòng)力性能的研究

鋼管混凝土尤其鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土的耐疲勞性能和抗震性能需做進(jìn)一步研究。

2. 6 鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)技術(shù)的要求

鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)包括防火、防腐、防銹。鋼結(jié)構(gòu)體系房屋造價(jià)高的主要原因是鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)技術(shù)要求較高，費(fèi)用較高。

3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景

我國(guó)于上世紀(jì)50 年代末開始進(jìn)行鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究，主要集中在鋼管中澆灌混凝土的內(nèi)填充型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。目前，在鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)、耐火性能等方面展開了比較系統(tǒng)的研究工作，取得了巨大成就，其構(gòu)件性能、理論研究和實(shí)際應(yīng)用在國(guó)際上處于領(lǐng)先。

1963 年在北京地鐵車站首次應(yīng)用了鋼管混凝土柱，隨后，在一些廠房的柱子中逐步得到推廣應(yīng)用。上世紀(jì)80年代以來這種結(jié)構(gòu)材料在多層和高層建筑中得到進(jìn)一步應(yīng)用。自1990年在我國(guó)四川省建成了跨度110m 的下承式系桿鋼管混凝土拱橋―――旺港天橋以來，混凝土拱橋在我國(guó)得到了迅猛發(fā)展。廣州丫髻沙大橋?yàn)橹骺?60m的鋼管混凝土帶懸臂中承式剛架系桿，拱的跨徑突破了300m大關(guān)；四川省巫山長(zhǎng)江大橋?yàn)榭鐝?00m的鋼管混凝土拱橋，這兩座橋梁的修建，標(biāo)志著我國(guó)鋼管混凝土拱橋的研究與應(yīng)用整體水平已經(jīng)提升至一個(gè)新的高度。鋼管混凝土拱橋在我國(guó)迅速發(fā)展，并先后頒布了有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程。

國(guó)內(nèi)一些大專院校、科研院所也對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了一些成果。韓林海和鐘善桐等對(duì)工程中常用的幾種形狀的鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了探索和研究，提出了極限平衡法理論和鋼管混凝土統(tǒng)一理論，為鋼管混凝土的研究奠定了基礎(chǔ)；哈爾濱建筑大學(xué)王湛等通過試驗(yàn)研究了核心混凝土為C30～C50強(qiáng)度等級(jí)的鋼管膨脹混凝土；魏美娟等給出了鋼管混凝土構(gòu)件的計(jì)算條件，對(duì)構(gòu)件在臨時(shí)荷載作用下受彎的力學(xué)性能進(jìn)行了分析和計(jì)算；武漢理工大學(xué)的胡曙光和丁慶軍等針對(duì)鋼管高強(qiáng)膨脹混凝土的特性，圍繞鋼管混凝土工程應(yīng)用中所普遍存在的混凝土與鋼管脫粘問題和大跨度結(jié)構(gòu)工程的施工難題，進(jìn)行了長(zhǎng)期深入、系統(tǒng)的研究；韓冰等在對(duì)鋼管混凝土受彎構(gòu)件徐變分析的基礎(chǔ)上，建立了長(zhǎng)期荷載作用下鋼管混凝土受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算方法，認(rèn)為徐變將降低鋼管混凝土受彎構(gòu)件的承載力。

目前，鋼管混凝土和鋼管高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用很廣泛，但鋼管超高強(qiáng)混凝土還處于試驗(yàn)室研究階段，隨著科研成果的積累和完善，本世紀(jì)鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中一定會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鐘善桐.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展[J ].建筑技術(shù)， 2001 （2）

[2]蔡健.鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題[J ].建筑結(jié)構(gòu). 2001 （7）

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土結(jié)構(gòu);建筑;性能

0.前言

國(guó)外最早應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu),主要是用混凝土來保護(hù)鋼結(jié)構(gòu),使之防火性能及防腐蝕性能得到大大改善,不必要進(jìn)行經(jīng)常性的、工作量很大的日常維護(hù)。后來在結(jié)構(gòu)中才主要利用混凝土來提高結(jié)構(gòu)剛度,以減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移。將型鋼混凝土用于高層、超高層及高聳鋼結(jié)構(gòu)中,以及用于地震區(qū)的建筑中,將使建(構(gòu))筑物的側(cè)移大大減小。一般在混凝土中再不配縱向鋼筋與鋼箍。所用鋼管一般為薄壁圓鋼管或方鋼管。方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用歷史較短,盡管其與圓鋼管混凝土相比有一定的優(yōu)點(diǎn),鋼管的制作,節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,對(duì)某些受力構(gòu)件,大偏心受壓構(gòu)件比圓鋼管受力性能要好,不必一定做成雙肢或多肢柱。

1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算模型假設(shè)

對(duì)于實(shí)心鋼管混凝土的研究，國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出鋼管混凝土統(tǒng)一理論，即將鋼和混凝土視為一種組合材料來研究其綜合力學(xué)性能。

鋼管混凝土統(tǒng)一理論有如下基本假設(shè)：

(1)鋼管混凝土可視為一種組合材料?？梢杂蓸?gòu)件的工作曲線來研究其組合力學(xué)性能指標(biāo)，由整個(gè)構(gòu)件的形常數(shù)來計(jì)算其承載力。

(2)鋼管混凝土構(gòu)件在不同荷載組合作用下的性能變化是連續(xù)、統(tǒng)一的。

(3)鋼管混凝土構(gòu)件的性能隨幾何參數(shù)如長(zhǎng)細(xì)比、含鋼率等的變化是連續(xù)、統(tǒng)一的。

(4)鋼管混凝土構(gòu)件的性能變化隨其截面形狀如圓形、多邊形、方形的改變是連續(xù)、統(tǒng)一的。

根據(jù)這些假設(shè)，統(tǒng)一理論研究的基本思路是：首先分別確定鋼材和核心混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型，再將應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系模型編入數(shù)值計(jì)算的程序當(dāng)中，利用數(shù)值分析方法計(jì)算出構(gòu)件受軸壓（拉）、純彎、純扭或純剪的荷載－變形關(guān)系曲線，進(jìn)而由荷載－變形關(guān)系曲線導(dǎo)出鋼管混凝土各項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)（如軸壓模量及強(qiáng)度指標(biāo)，抗彎剛度及抗彎模量等）。由于計(jì)算時(shí)采用的核心混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型中考慮了鋼材對(duì)混凝土的約束作用，所以在綜合荷載－變形關(guān)系中也就包含了這種作用效應(yīng)，因而在各項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)中也包含了這種效應(yīng)，比較符合實(shí)際應(yīng)用。

2.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

2.1受力合理

能充分發(fā)揮混凝土與鋼材的特長(zhǎng),從而使構(gòu)件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對(duì)于同樣的負(fù)荷,鋼管混凝土構(gòu)件的斷面將比鋼筋混凝土構(gòu)件顯著減小。對(duì)混凝土來說,由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強(qiáng)度提高了幾倍。對(duì)鋼管來說,薄壁鋼構(gòu)件對(duì)于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對(duì)稱缺陷的存在,將使實(shí)際的穩(wěn)定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定,使其弱點(diǎn)得到了彌補(bǔ)。

2.2具有良好的塑性性能

混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),即使是鋼筋混凝土受壓構(gòu)件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞,也是脆性破壞。而且在實(shí)際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實(shí)際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態(tài),約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質(zhì),而且在破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒有脆性特征,屬于塑性破壞。此外,這種結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞、耐沖擊的性能。

2.3施工簡(jiǎn)單,縮短工期

鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構(gòu)件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡(jiǎn)單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節(jié)省腳手架。這些方面對(duì)施工都大為有利,不僅節(jié)省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現(xiàn)場(chǎng)露天工作,改善了工作條件,同時(shí)也加快了施工、縮短工期。

2.4顯著的經(jīng)濟(jì)效果

與鋼結(jié)構(gòu)相比,節(jié)約了大量鋼材。根據(jù)多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì),鋼管混凝土大約能節(jié)省鋼材50%,因而相應(yīng)地也降低了造價(jià)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當(dāng)。這樣隨之帶來的優(yōu)越性是構(gòu)件自身大大減輕、構(gòu)件斷面大大減小,減少了結(jié)構(gòu)占地面積。由于省去了大量的模板,節(jié)省了大量木材,降低了費(fèi)用,因此其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。

2.5良好的抗震性能

由于結(jié)構(gòu)自重大大減輕,這對(duì)減小地震作用大為有利。結(jié)構(gòu)具有良好的延性,這在抗震設(shè)計(jì)中是極為重要的。而對(duì)于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點(diǎn)。

2.6具有美好的造型與最小的受風(fēng)面積

圓形柱不僅以其美好的造型而且因其無棱角,所以特別適用于公共建筑的門廳、大廳、車站\車庫、城市立交橋以及露天塔架等高聳結(jié)構(gòu)。

由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛采用于多高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、地鐵車站及各種重型、大跨的工業(yè)廠房以及高聳塔架等建筑物。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外應(yīng)用已有近百年歷史,20世紀(jì)初,美國(guó)就在一些單層和多層房屋中采用鋼管混凝土柱。

3.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在多層建筑中的應(yīng)用

例如1984年在上海建成的基礎(chǔ)公司特種基礎(chǔ)研究所科研樓,地下2層,地上5層均為雙跨鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。邊柱與中柱分別為299與35l根鋼管混凝土柱,可見柱斷面及結(jié)構(gòu)占地面積均比鋼筋混凝土框架柱為小。1992年泉州市郵電局大廈,高87.5m,采用框架剪力墻結(jié)構(gòu),底部三層的框架柱采用的鋼管混凝土柱。廈門信源大廈高96m,地下2層\地上28層。地下至20層的全部框架柱及20～23層的四角柱采用了鋼管混凝土。廈門埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱?；葜菁悟E大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱。惠州富紳商住樓28層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期,并且如果采用鋼筋混凝土,柱斷面尤其是底下數(shù)層柱的斷面將會(huì)很大,結(jié)構(gòu)占據(jù)了很大的使用面積,也給使用帶來諸多不便。

4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在公共建筑中的應(yīng)用

在北京地鐵車站站臺(tái)中廣泛采用了鋼管混凝土柱,不僅充分發(fā)揮了其優(yōu)良的受力性能,也獲得美好的景觀,縮短了工期。首鋼陶樓展覽館,全部柱子也采用了鋼管混凝土柱。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m的拱懸掛。拱采用箱形截面,分別用四根鋼管置于箱形截面的四角,用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土,以此箱形拱為依托,掛上模板,澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣解決了如此高大拱體現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的困難。充分體現(xiàn)了前述鋼管可作為施工時(shí)承重骨架的優(yōu)越性。這一結(jié)構(gòu),實(shí)際上是鋼管混凝土與空腹桁架配鋼的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的巧妙結(jié)合與新的發(fā)展。

5.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在工業(yè)構(gòu)筑物中的應(yīng)用

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于各種設(shè)備支架、塔架、通廊與倉(cāng)庫支柱等各種工業(yè)構(gòu)筑物中。

工業(yè)構(gòu)筑物支架柱常為軸心受壓或接近軸心受壓,塔架等構(gòu)架的桿件常常以軸力為主,因此用鋼管混凝土柱受力合理,尤其對(duì)于室外的高度較高的塔架或倉(cāng)庫等,用圓形柱減小了受風(fēng)面積,對(duì)承受風(fēng)力是理想的斷面形式。這些構(gòu)筑物中比較典型的有江西德興銅礦礦石貯倉(cāng)柱。圓筒貯倉(cāng)高達(dá)42m,包括礦石在內(nèi)總重達(dá)16000t,采用了16根鋼管混凝土柱支承。荊門熱電廠鍋爐構(gòu)架1982年建成,鍋爐及附屬結(jié)構(gòu)總重為4220t,構(gòu)架高50m,由六根鋼管混凝土平腹桿雙肢柱支承。構(gòu)架跨度22.4m,柱距12m,柱頂標(biāo)高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的鋼管,顯得非常輕巧。另外筆者在萊鋼2x60萬噸水渣微粉項(xiàng)目中，立磨機(jī)框架高度52m，框架頂部工藝安置一臺(tái)50噸行車，框架柱采用了鋼管混凝土框架柱結(jié)構(gòu)，較好解決整體框架結(jié)構(gòu)頂部受力過大的問題。

華北電管局的微波塔于1988年建成,塔頂標(biāo)高117m,塔身由20根令273mmX8mm無縫鋼管內(nèi)注C15混凝土的鋼管輥凝土柱構(gòu)成空心圓柱形結(jié)構(gòu)。華東電力設(shè)計(jì)院1979年設(shè)計(jì)的500kV門式變電構(gòu)架采用鋼管混凝土A形柱,構(gòu)架高27.5m,采用420mmX6mm的鋼管,取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

6.結(jié)論

由于鋼管混凝土的合理受力性能,施工簡(jiǎn)便,可加速工期并取得一定經(jīng)濟(jì)效果,因此已廣泛用于各種建構(gòu)筑物及橋梁工程。當(dāng)然,根據(jù)其受力特點(diǎn),主要用于以軸力為主尤其是以軸壓為主的構(gòu)件更顯其優(yōu)越性。由于工程中各種類型構(gòu)件均有,受力復(fù)雜,因此使用時(shí)應(yīng)根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn),可與鋼結(jié)構(gòu)/鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及其他組合結(jié)構(gòu)結(jié)合使用,使各自發(fā)揮本身的特長(zhǎng)而構(gòu)成合理受力結(jié)構(gòu),而不可勉強(qiáng)地一定采用某種單一的結(jié)構(gòu)體系。

【參考文獻(xiàn)】

［1］李俊峰.淺談鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與優(yōu)缺點(diǎn).寶鋼科技,2001,9(27).

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)范文第3篇

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土 優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用

Abstract: the concrete filled steel tube and the traditional reinforced concrete structure, compared for concrete filled steel tube has many aspects of advantages and a wide range of applications in the engineering construction. This paper in construction of concrete filled steel tube engineering application is discussed.

Keywords: steel tube concrete application advantages

中圖分類號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

鋼管混凝土，是將混凝土填入薄壁鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。因其承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好、經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各種建筑物中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，成為目前結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向，有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 鋼管混凝土的發(fā)展概況

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和應(yīng)用已有上百年的歷史 最早的鋼管混凝土出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)八十年代，在英國(guó)，鋼管混凝土首次被用于橋墩的設(shè)計(jì)，它是在鋼管內(nèi)灌筑混凝土以防止銹蝕并承受壓力。隨后又被用作多層、高層建筑物的結(jié)構(gòu)柱。對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行較為深入的研究始于20世紀(jì)六七十年代，美國(guó)等國(guó)家開展了大量的鋼管混凝土試驗(yàn)研究和理論分析工作，取得了很大進(jìn)展。并在一些工程中加以應(yīng)用近些年來．對(duì)長(zhǎng)期荷載作用下的鋼管混凝土力學(xué)性能的研究取得新進(jìn)展。對(duì)鋼管混凝土動(dòng)力性能研究的也進(jìn)一步深入，此外，對(duì)采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土的鋼管混凝土構(gòu)件力學(xué)性能以及對(duì)鋼管局部屈曲等問題也進(jìn)行了不少研究工作。我國(guó)最早主要集中研究在鋼管澆灌素混凝土的內(nèi)填型鋼管混凝結(jié)構(gòu)，60年代中期，鋼管混凝土開始在一些廠房柱和地鐵工程中采用。進(jìn)入70年代后，這類結(jié)構(gòu)在冶金、造船、電力等行業(yè)的工業(yè)廠房得到廣泛的推廣應(yīng)用。1978年，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)被列入國(guó)家科學(xué)發(fā)展規(guī)劃，使這一結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段，無論是科學(xué)研究還是設(shè)計(jì)施工都取得較大進(jìn)展，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 鋼管混凝土的特點(diǎn)

2．1 承載力高

鋼管和混凝土之間的相互作用使該組合結(jié)構(gòu)的承載力顯著提高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和理論分析證明鋼管混凝土受壓構(gòu)件強(qiáng)度承載力可以達(dá)到鋼管和混凝土單獨(dú)承載力之和的I．7～2．0 倍。

2.2 塑性和韌性好

鋼管的套箍作用，使核心混凝土的物理性能發(fā)生了質(zhì)的變化，不但在使用階段提高了彈性性質(zhì)， 而且破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形，由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模?構(gòu)件的延性明顯改善。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時(shí)可以壓縮到原長(zhǎng)的三分之二，完全沒有脆性破壞的特征 這種新結(jié)構(gòu)在承受沖擊和振動(dòng)荷載時(shí)，也具有很大的韌性，因而抗震性能良好。

2．3 制作和施工方便

與現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱時(shí)沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡(jiǎn)便。此外混凝土的澆灌更為方便，加快施工速度：與預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件相比，鋼管混凝土不需要構(gòu)件預(yù)制作場(chǎng)地：與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土的構(gòu)造通常更為簡(jiǎn)單，因而焊縫少，更易于制作。

2．4 耐火性能較好

鋼管混凝土的核心混凝土能吸收部分熱量，減慢鋼管的升溫速度，并且在鋼管部分屈服后還可以繼續(xù)承受軸向荷載， 防止結(jié)構(gòu)倒塌。另外鋼管混凝土構(gòu)件在急驟降溫(如消防沖水) 時(shí)不會(huì)發(fā)生鋼筋混凝土那樣爆裂， 說明其防火性能比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越。

2．5 經(jīng)濟(jì)效果好

采用鋼管混凝土具有很好的經(jīng)濟(jì)效果，大量工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明：采用鋼管混凝土的承壓構(gòu)件比普通鋼筋混凝土約可節(jié)約混凝土50％，減輕結(jié)構(gòu)自重50％左右 鋼材用量略高或約相等；和鋼結(jié)構(gòu)相比，呵節(jié)約鋼材50％左右。此外，由于在鋼管內(nèi)填充了混凝土，鋼管混凝土柱的防銹費(fèi)用會(huì)較空鋼管柱有所降低。

3 鋼管混凝土在建筑施工中的應(yīng)用

正是由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的力學(xué)性能和省工省料、施工快捷等特點(diǎn)，所以在國(guó)內(nèi)外的高層建筑和大跨度拱橋等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。例如1997年10月建成的四川萬縣長(zhǎng)江大橋跨度達(dá)到420米。據(jù)橋梁工程師們預(yù)測(cè)，采用鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)，單孔蹁有望達(dá)到500至600米高384米，采用鋼管混凝土柱建成的高層建筑也起來越多。其中江西華龍國(guó)際大廈位于江西南昌市繁華的老福山商貿(mào)區(qū)，總建筑面積為42000平方米，建筑總高度為120米，為江西省第一座高層鋼管混凝土柱鋼框架、混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)建筑。

3.1 施工過程受力分析

由于在進(jìn)行鋼管混凝土構(gòu)件施工時(shí)，一般郁是先發(fā)裝好兒層的。鋼管結(jié)構(gòu)，待幾層樓面結(jié)構(gòu)施工完后一次澆筑其中的混凝土，同時(shí)，在許多高層建筑的地下室施工中常采用逆作法或半逆作法，這樣鋼管往往又作為施工階段的支撐從而可能引起鋼管局部應(yīng)力集中或局部屈曲現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致鋼管脹裂。國(guó)內(nèi)某拱橋在進(jìn)行鋼管混凝土拱肋的施工時(shí)由于上述原因?qū)е铝吮苁鹿省ｄ摴芑炷两Y(jié)構(gòu)施工階段的力學(xué)分析問題和安全性已經(jīng)受到工程界的高度重視。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)組合結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)問題開展了一些初步研究：如對(duì)方鋼管混凝土柱的施工力學(xué)分析：對(duì)異型帶肋組合墻結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)分析；空鋼管在豎向施工荷載作用下管壁初應(yīng)力對(duì)鋼管混凝土后期承載力的影響等。

3.1施工質(zhì)量要求

3．1．1 鋼管的制作、連接等要求

有關(guān)鋼管的一些要求，均屬于構(gòu)造的基本要求，可以參考《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GBJ205-83)的有關(guān)內(nèi)容以及國(guó)內(nèi)已建鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)。

3．1．2 混凝土澆灌及養(yǎng)護(hù)

由于鋼管混凝土具有很好的整體性和密閉性，所以對(duì)鋼管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量無法作直觀檢查，所以必須依靠嚴(yán)密的施工組織來保證其澆灌質(zhì)量。另外，由于鋼管混凝土構(gòu)件周身都為密閉，造成在養(yǎng)護(hù)過程中，構(gòu)件中間大部分地方均難以獲得充足的水分，混凝土硬化難以繼續(xù)，后期強(qiáng)度得不到保證。

4鋼管混凝土應(yīng)用存在問題

盡管鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其特性以及發(fā)展還不完善，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中還存在一些問題。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接問題

目前，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究主要是針對(duì)具體工程而進(jìn)行的，試驗(yàn)研究缺乏系統(tǒng)性，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型不明確，還沒有形成一套完整的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法，往往只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行截面和配筋設(shè)計(jì)， 這不利于整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度控制， 可能造成材料上的浪費(fèi)和安全隱患。另外節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)選型也較困難。由于穿心構(gòu)件對(duì)鋼管的削弱很嚴(yán)重，影響鋼管的強(qiáng)度，并且不利于核心混凝土的澆筑，不方便施焊， 所以在設(shè)計(jì)上要避免。

(2)鋼管混凝土核心混凝土質(zhì)量控制問題

鋼管混凝土內(nèi)的核心混凝土被鋼管所包裹，其澆注屬于隱蔽工程澆筑質(zhì)量很難控制。研究結(jié)果表明，混凝土密實(shí)度對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能影響很顯著。這種影響對(duì)軸壓短構(gòu)件相對(duì)較小， 對(duì)軸壓長(zhǎng)構(gòu)件相對(duì)較大，而對(duì)偏壓構(gòu)件影響最為顯著。所以在混凝土的施工過程中，既要保證混凝土的強(qiáng)度，還要保證混凝土的密實(shí)度，確保其力學(xué)性能不受影響。從減小變形和經(jīng)濟(jì)角度考慮，核心混凝土宜采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30的混凝土。

4 結(jié)語：

鋼管混凝土能夠適應(yīng)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)想大跨、高聳、重載發(fā)展和承受惡劣條件的要求，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廠房，高層與超高層建筑、拱橋和地下結(jié)構(gòu)中，并已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)中一個(gè)重要的發(fā)展方向。相信隨著對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)近一步的研究與探索，其優(yōu)點(diǎn)會(huì)充分體現(xiàn)出來，成為一種更加完善的結(jié)構(gòu)形式。

參考：

[1] 鐘善桐．高層鋼一混凝土組合[M]．華南理工大學(xué)出版社，2003．

[2] CECS 28：90鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[s]．

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)范文第4篇

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；民用建筑工程；特點(diǎn)；實(shí)踐

鋼管混凝土指的是在將普通混凝土填充在薄壁鋼管內(nèi)，把不同性質(zhì)的兩種材料組合在一起而形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用兩種材料在受力時(shí)的相互作用，使鋼管結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，以改善混凝土的韌性和塑形，增強(qiáng)其整體承載力。與普通的鋼筋混凝土相比，不僅使截面減少，而且造價(jià)也比較低，目前已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用在民用建筑，尤其是高層建中。

1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1 承載力高、延性好、抗震性強(qiáng)

鋼管對(duì)于其內(nèi)部的混凝土來說可起到約束作用，可使混泥土處于三向受壓的狀態(tài)，這種狀態(tài)下的混凝土要更加耐壓。同時(shí)，鋼管由于內(nèi)部混凝土的填充又會(huì)使其減少局部屈曲的發(fā)生。通過鋼管和混凝土之間的相互作用，還可以使鋼管內(nèi)混凝土的脆性破壞變成塑形破壞，使構(gòu)建的延性性能和耗能能力都得到改善，有較強(qiáng)的抗震性。

1.2 施工方便，使工期大大縮短

在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工過程中，鋼管可以扮演勁性骨架的角色，承擔(dān)施工階段的結(jié)構(gòu)重量和施工荷載，減少混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，使施工不受其影響。因?yàn)殇摴芑炷羶?nèi)部沒有鋼筋，因此也更方便對(duì)混凝土進(jìn)行搗實(shí)和澆筑。另外，因?yàn)殇摴芑炷两Y(jié)構(gòu)在施工時(shí)不需要模板，所以可以節(jié)省大量的時(shí)間，也能夠大量的材料和人工費(fèi)用。

1.3 有利于鋼管的防火與抗火

因?yàn)殇摴軆?nèi)填有混凝土，可以吸收熱能，所以在遇到火災(zāi)時(shí)，管面截面的溫度場(chǎng)分布就會(huì)不均勻，這樣一來就可以使柱子的耐火時(shí)間增加，放慢鋼柱的升溫速度，就算鋼柱發(fā)生屈服，其中的混凝土也能承受大部分的軸向荷載，可以有效地防止結(jié)構(gòu)的倒塌。同時(shí)，由于鋼梁的溫度也會(huì)隨著熱量由頂部翼緣向混凝土的傳遞而逐漸降低，是組合梁的耐火能力得到提高。

1.4 耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)

由于在鋼管內(nèi)澆筑混凝土使得鋼管外露的面積與鋼結(jié)構(gòu)相比相對(duì)較少，因此受外界氣體腐蝕的面積少，所以用于防腐和抗腐的費(fèi)用也會(huì)較少。而且鋼管混凝土構(gòu)件的截面形式對(duì)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、施工工期和難易程度以及工程造價(jià)等方面都有影響。例如，圓鋼管混凝土的圓鋼管可以很好的約束其內(nèi)部的混凝土，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，以增強(qiáng)其抗壓強(qiáng)度，但是實(shí)際施工的難度較大，成本也比較高。而方鋼管混凝土的施工難度小，成本低，但是其自身的承載力不高。

2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在民用建筑工程中的實(shí)踐

2.1 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)，用鋼量低

除了深圳賽格廣場(chǎng)大廈之外，我國(guó)其他大多數(shù)地方的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程都普遍采用了鋼管混凝注，而梁板仍然采用普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在民用高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，會(huì)將消防梯和電梯井道組成混凝土核心，并利用其作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，并且包括樓板在內(nèi)的以承重垂直為主的鋼框架就全部采用鋼混組合結(jié)構(gòu)。

2.2 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)，建筑物自重大幅下降

若采用鋼管混凝土柱、鋼一混凝土組合梁板結(jié)構(gòu)房屋的話，建筑物的自重會(huì)處于1.0t/m2-1.11t/m2之間，如果不計(jì)算筒體的多層框架結(jié)構(gòu)的話，建筑物的自重會(huì)更輕，例如庫爾勒住宅樓，它的自重是0.76t/m2。這樣一來，建筑物的自重就會(huì)比傳統(tǒng)的采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重輕上30%以上。因此會(huì)使樁的用量減少，地基負(fù)荷減少，也會(huì)減小筏板基礎(chǔ)的厚度，從而使工程造價(jià)降低。

2.3 采用鋼管混凝土柱.可增加有效使用面積

與鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土的承載能力更強(qiáng)，可以達(dá)到單獨(dú)的鋼管或者單獨(dú)的混凝土的承載力之和的1.7-2.0倍，可以鋼管混凝土不受軸壓比的限制，所以將鋼管混凝土應(yīng)用到高層建筑中，可以將截面減少到50%以上。例如，有專家曾經(jīng)對(duì)深圳賽格廣場(chǎng)大廈進(jìn)行計(jì)算，它的最大柱受力N=9×104kN，柱斷面Ф1600×28，若果采用的是鋼筋混凝土的話，其斷面是2.4m×2.2m，要是采用的是鋼管混凝土柱的話，其截面會(huì)減少62%，從而會(huì)大大增加建筑物的可用面積達(dá)到8000O。

2.4 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)施工方便、速度快

在設(shè)計(jì)鋼管混凝土柱，輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)時(shí)，需要做到節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一和構(gòu)件統(tǒng)一，只有做到這兩點(diǎn)才會(huì)使工廠制作的難度降低，使施工更方便，并能夠使室外作業(yè)工廠化，高空作業(yè)地面化。例如陸海城工程的6幢樓統(tǒng)一采用300鋼管混凝土立柱，只是對(duì)鋼管混凝土立柱的厚度進(jìn)行改變而不改變其直徑。梁則全部采用H一320×150×5×8這一種規(guī)格。而鋼質(zhì)樓承板也是通過供貨商統(tǒng)一定尺切割成型的，只需要在施工現(xiàn)場(chǎng)用栓釘將其固定住就可以了，因此在整個(gè)安裝施工的過程中，所有工序都比較方便。而且鋼管本身的剛度高，質(zhì)量輕也不容易變形，因此對(duì)其的運(yùn)輸?shù)跹b也比較方便，一般控制在3層樓一節(jié)用耳板定位，所以現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作也會(huì)比較輕松。除此之外，鋼管混凝土柱也不用進(jìn)行鋼筋和綁扎和支模拆模等復(fù)雜的工序，相比混凝土土柱來說，施工方便，可以根據(jù)工程的實(shí)際情況對(duì)管內(nèi)的混凝土可以采用泵送頂升法、高空拋落不振和手工逐段澆搗等方法進(jìn)行澆灌。舉目前正在施工的精工商務(wù)大廈為例，Ф500的鋼管混凝土采用了泵送混凝土逐段澆搗法，其施工過程十分的方便快捷。和梁連接的柱上下之間加強(qiáng)環(huán)板，因其接點(diǎn)統(tǒng)一，所以可以在工廠中沖壓成型，進(jìn)行批量化的生存。而且依據(jù)實(shí)際需要，事先焊在鋼管柱上，用高強(qiáng)螺栓將框架梁腹板進(jìn)行聯(lián)結(jié)，上下異緣剖口對(duì)接，這樣施工起來也相當(dāng)?shù)姆奖?。鋼質(zhì)樓承板的鋪設(shè)不僅不需要進(jìn)行支模、拆模等復(fù)雜的工序，而且還會(huì)節(jié)省掉樓板底部受拉鋼筋，使施工更加方便，將大大提升現(xiàn)場(chǎng)的施工速度。

3 結(jié)語

從我國(guó)實(shí)行改革開放政策以來，民用建筑工程行業(yè)就迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，以北京、上海、深圳等地的民用建筑發(fā)展最為突出。它們相繼建成了數(shù)百幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，層數(shù)累計(jì)起來已經(jīng)超過90余層，總建筑面積將近200×104O，但是這些建筑的造價(jià)之高有嚴(yán)重影響了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展的廣泛性，尤其是在低層的民用建筑中，建造商一般都不愿意采用鋼結(jié)構(gòu)。近幾年，鋼一混凝土結(jié)構(gòu)體系憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸被建筑商所重視，被廣泛應(yīng)用于民用建筑工程之中。有些專業(yè)對(duì)已經(jīng)竣工的森茂大廈、世界廣場(chǎng)、商辦大樓進(jìn)行造價(jià)統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鋼一混凝土結(jié)構(gòu)體系在工程造價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯的，在加上其其他的綜合優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)民用建筑行業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用，勢(shì)必會(huì)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)范文第5篇

[關(guān)鍵詞]鋼管混凝土結(jié)構(gòu)吊裝塔式起重機(jī)吊架

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)融合了鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),是高層建筑的主要結(jié)構(gòu)類型之一。當(dāng)前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛,施工實(shí)踐豐富,但吊裝部分論述較少。本文以某超高層辦公樓為背景,對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工中的吊裝做了總結(jié)與探討。

1工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

廈門港國(guó)際旅游客運(yùn)碼頭配套地產(chǎn)A1項(xiàng)目辦公樓為超高層高級(jí)寫字樓,屋面高度127.1 m。地上31層,與相鄰公寓樓共用2層地下室,-2層層高3.9 m,-1層與首層層高6.0 m,2層層高5.1 m其他標(biāo)準(zhǔn)層層高4.0 m。西面局部二層板挑空形成入口大堂。

建筑與施工道路,鋼構(gòu)件堆場(chǎng)平面(地下室施工階段)關(guān)系見圖1。

圖1辦公樓總平面位置示意圖

1.2 結(jié)構(gòu)概況

辦公樓結(jié)構(gòu)由核心筒與周邊16根圓鋼管混凝土柱兩部分構(gòu)成。南、北兩端柱間設(shè)工字鋼勁性梁,以加強(qiáng)側(cè)向剛度(圖2)。包括地下室,02#~06#、10#~14#柱高92.95m(至21/F),其余柱高137.00m。首層10#~14#共5根鋼管柱位于入口大堂內(nèi)。鋼管壁厚由下至上分為24、22、20mm三種。

01~16-圓鋼管混凝土柱(16根)A1~A4-工字鋼混凝土勁性梁(4根) M-入口大堂范圍

圖2辦公樓平面示意

1.3 鋼管混凝土的構(gòu)件分析

鋼構(gòu)件分解示意圖見圖3、4。圖3、4為按單個(gè)樓層進(jìn)行鋼管柱分段的情況。鋼管柱也可按多個(gè)樓層分段,對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造和運(yùn)輸有利,但成倍增加了吊裝難度。此外,原設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)構(gòu)造考慮,勁性梁部位的鋼管柱段與勁性梁牛腿、斜支撐牛腿(即圖4中3與5、7、8)三部分為工廠焊接。經(jīng)研究,改為現(xiàn)場(chǎng)焊接,如此勁性梁部位鋼管柱段的起吊重量減少了40%左右,且便于拼車運(yùn)輸。

圖3圖4勁性梁部位鋼管柱構(gòu)件分解示意

1-鋼管柱段 2-環(huán)形牛腿 3-帶勁性梁的鋼管柱段 4-水平勁性梁工字鋼

5-勁性梁牛腿 6-斜支撐工字鋼 7-斜支撐牛腿 8-水平懸挑梁工字鋼

按單層鋼管柱段且不帶牛腿,主要鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件情況見表1?？梢钥闯?層高11.1m的大堂鋼管柱段,層高6.0m的地下一層、首層鋼管柱段,以及A2、A3勁性梁工字鋼等構(gòu)件重量、尺寸較大。

表1主要鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件

樓層部位 構(gòu)件 質(zhì)量(Kg) 長(zhǎng)度(m)

-2/F、-1/F、1/F 水平勁性梁工字鋼,共4根 A1 2490; A2 3680;A3 3800; A4 2970; A1 4.8; A2 8.6;A3 8.6; A4 6.2;

2/F及以上 水平勁性梁工字鋼,共4根 A1 2420; A2 3570;A3 3690; A4 2880; A1 4.8; A2 8.6;A3 8.6; A4 6.2;

-1/F、1/F(入口大堂另計(jì)) 勁性梁部位鋼管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 4790 3.9、6.0

其他部位02#~06#、10#~14#鋼管柱共10根 4930 3.9、6.0

2/F 勁性梁部位鋼管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 4290 5.1

其他部位02#~06#鋼管柱共5根 4250 5.1

入口大堂 鋼管柱10#~14#共5根 8780 11.1

-2/F、3/F及以上 勁性梁部位鋼管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 ≤3420 3.9、4.0

其他部位02#~06#、10#~14#鋼管柱共10根 ≤3460 3.9、4.0

2吊裝方法初步比選

2.1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝原則

本工程垂直運(yùn)輸規(guī)劃,應(yīng)首先考慮鋼結(jié)構(gòu)吊裝,其次滿足土建材料、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸需要。鋼管柱無法在樓板轉(zhuǎn)運(yùn),吊裝應(yīng)滿足以下要求:①吊裝無盲區(qū),覆蓋所有鋼管柱位置;②減少吊裝量以加快工程進(jìn)度;③適應(yīng)地下室與上部施工階段的不同特點(diǎn),便于將構(gòu)件從堆場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到辦公樓;④滿足其他材料(如混凝土)與設(shè)備運(yùn)輸需要;⑤經(jīng)濟(jì)合理,設(shè)備容易供應(yīng)。塔式起重機(jī)是最主要的垂直運(yùn)輸與吊裝設(shè)備。

2.2 塔式起重機(jī)與混凝土運(yùn)輸關(guān)系

本工程采用泵送混凝土,布料機(jī)施工。布料機(jī)全機(jī)重約2t,布料半徑15m。鋼管柱內(nèi)混凝土采用混凝土吊斗吊送,采用高位拋落法或手工逐段澆搗法澆筑。每斗混凝土0.5m3能滿足澆筑要求,混凝土與吊斗重約1.6t?；炷吝\(yùn)輸對(duì)塔機(jī)基本沒有特殊要求。

2.3 塔式起重機(jī)布置與選擇

塔式起重機(jī)選擇包括,單塔還是群塔,塔機(jī)類型、定位,以及塔機(jī)參數(shù)等內(nèi)容,如工作幅度、起升高度、起重量與起重力矩等。常規(guī)做法,由塔機(jī)生產(chǎn)率,及平面分區(qū)可確定塔機(jī)數(shù)量;由場(chǎng)地條件、建筑平面尺寸,建筑高度,混凝土吊斗重量可估算臂長(zhǎng),起升高度,臂端最大吊重等參數(shù)。但鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布在平面上不連續(xù),其塔機(jī)選擇與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,較為復(fù)雜。

本工程南北長(zhǎng)65m,東西寬35m,南接公寓樓,周邊場(chǎng)地開闊,無高壓電網(wǎng)等障礙物。鋼結(jié)構(gòu)工期接近14個(gè)月。辦公樓為框筒結(jié)構(gòu),鋼管柱形心、建筑平面形心,鋼管柱外接圓(半徑32.8m)與建筑平面外接圓(半徑33.8m),鋼管柱平面最長(zhǎng)線與建筑平面最長(zhǎng)線PQ(長(zhǎng)67.4m)三者基本重合(圖5)。RS為PQ的垂直平分線,R點(diǎn)位于建筑東邊線上。

1-鋼管柱形心 2-建筑平面形心 3-鋼管柱外接圓 4-建筑平面外接圓

5-建筑平面最長(zhǎng)線PQ6-PQ的中垂線RS

圖5辦公樓平面幾何特征

按單層鋼管柱吊裝,利用圖解法,從有效利用起重能力出發(fā),塔機(jī)的初步布置如下。如設(shè)兩臺(tái)附墻式QTZ120塔機(jī),可布置在最長(zhǎng)線PQ兩端的附近(圖6a);如設(shè)單臺(tái)QTZ200附墻式塔機(jī),兼顧RS方向的吊裝,可布置在R點(diǎn)偏北處(圖6b);如設(shè)單臺(tái)內(nèi)爬式QTZ120塔機(jī),考慮東面堆場(chǎng),可布置在建筑平面形心偏東處(圖6c)。

(a)(b)(c)

1-QTZ120塔機(jī) 2-QTZ120塔機(jī) 3-QTZ200塔機(jī) 4-QTZ120塔機(jī)

5-塔機(jī)工作范圍6-鋼結(jié)構(gòu)吊裝范圍 7-鋼構(gòu)堆場(chǎng)

圖6辦公樓平面幾何特征

幾種布置方式各有利弊。雙塔吊裝可滿足要求,但成本較高,且不利于單元式幕墻中間介入安裝;單塔有利于堆場(chǎng)及土建材料吊裝,但對(duì)塔機(jī)要求高,吊裝任務(wù)繁重;內(nèi)爬升塔機(jī)可充分利用臂長(zhǎng),但堆場(chǎng)材料吊裝較難,塔機(jī)爬升后要澆筑樓板,封頂后塔機(jī)拆除困難,且對(duì)土建材料幫助較小。

2.4 吊架(四腳扒桿)吊裝

經(jīng)多個(gè)工程成功實(shí)踐,可利用吊架(四腳扒桿)輔助吊裝。具體為用方鋼制作吊架,汽車吊、塔機(jī)與吊架三者接力吊裝。圖7從左至右為汽車吊與塔機(jī)、塔機(jī)與吊架、吊架之間接力吊裝以及鋼管柱段安裝的示意圖。

1-起重機(jī) 2-塔式起重機(jī) 3-鋼管柱段 4-吊架(四腳扒桿)

5-吊架纜風(fēng)(其余纜風(fēng)略) 6-卷揚(yáng)機(jī)

圖7吊架吊裝示意

吊架吊裝機(jī)動(dòng)靈活,對(duì)于吊裝死角、場(chǎng)地障礙等優(yōu)勢(shì)明顯,是有效的輔助吊裝方法。但應(yīng)考慮吊架底座,抗側(cè)向力構(gòu)造措施等,以免造成重大安全隱患。

3吊裝方案

3.1 方案編制與專家論證要求

采用非常規(guī)起重設(shè)備、方法,且單件起吊重量在10KN及以上的起重吊裝工程,屬于危險(xiǎn)性較大工程,應(yīng)在施工前編制專項(xiàng)方案。如采用非常規(guī)起重設(shè)備、方法,且單件起吊重量在100kN及以上的起重吊裝工程,屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程,還需要組織召開專家論證會(huì)。

3.2 QTZ160塔機(jī)為主,吊架輔助吊裝

綜合考慮設(shè)備供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)因素等情況,吊裝采用單臺(tái)附墻式塔機(jī),吊架輔助吊裝。塔機(jī)選用江麓QTZ160F(JL6516),臂長(zhǎng)65m。見圖8。

1-QTZ160塔機(jī) 2-鋼構(gòu)堆場(chǎng) 3-塔機(jī)起重范圍 4-塔機(jī)3.45t起重范圍

01~16-鋼管柱 A1~A4-勁性梁

圖8塔機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布置圖

塔機(jī)噸位較小,但能滿足勁性梁吊裝需要,對(duì)鋼管柱段則采取以下輔助吊裝措施:①牛腿與鋼管柱段采用現(xiàn)場(chǎng)焊接,降低柱段重量;②地下二層與地下一層、首層與二層(包括入口大堂)兩層一吊,所有16根柱由吊架進(jìn)行吊裝;③三層及以上樓層,柱08#~10#、13#~15#(以下稱為遠(yuǎn)端柱)每層柱分為兩段吊裝;④三層及以上樓層,除遠(yuǎn)端柱外,采用每層一吊。

地下室施工階段構(gòu)件堆場(chǎng)距離較遠(yuǎn),采用50t汽車吊與塔吊接力?；油练交靥詈?采取加固措施,將堆場(chǎng)移到地下室頂板。

3.3 吊架吊裝

吊架尺寸為2.4 m×2.4 m或2.4 m×1.9 m,高14.0 m,采用150×150×8方管制作,自重約2.0t,吊裝能力約為20t。卷揚(yáng)機(jī)安裝在焊接平臺(tái)上,平臺(tái)與吊架固定,在吊耳上掛橫吊梁,鋼絲繩起吊鋼管。相鄰吊架接力時(shí),拆除臨時(shí)水平支撐,以便柱段通過。除基礎(chǔ)地板外,吊架必須用普通螺栓與連接板固定在下層鋼管柱上。如纜風(fēng)繩設(shè)置困難,應(yīng)增加有效的抗水平力鋼支撐等節(jié)點(diǎn)。見圖9、圖10。

1-吊架(均用150×150×8方管制作) 2-可拆卸的臨時(shí)支撐,與吊架螺栓連接3-吊架底座(用于基礎(chǔ)底板) 4-吊耳,掛橫吊梁

圖9吊架示意

1- I 250×160×12×12吊架底座,用螺栓、連接板與鋼管連接 2-吊架

3-鋼管柱

圖10基礎(chǔ)底板外的吊架底座示意

地下二層與地下一層鋼管柱段重約8.4T,長(zhǎng)約11m;首層與二層鋼管柱段重約9.2T,長(zhǎng)約11.1m;入口大堂部位重約8.8T,長(zhǎng)約11.1m。吊架吊裝如圖11所示。

圖11鋼管柱段吊架接力吊裝路線

塔機(jī)臂長(zhǎng)2m~15m范圍內(nèi),起重量10t。在鋼管柱部位設(shè)置吊架,按箭頭所示路線將鋼管柱段接力到指定位置。12#柱首先就位,然后與接力路線相反,其他柱段依次就位。03#~06#柱由塔機(jī)直接吊裝。

柱段吊到位后,將上下柱段吊耳用螺栓臨時(shí)固定。如需調(diào)整,可在上、下鋼管柱段上焊接臨時(shí)牛腿,用千斤頂將上段鋼管調(diào)整到位。校核無誤后,分段點(diǎn)焊定位。

3.4 塔機(jī)吊裝

三層開始,吊架臨邊纜風(fēng)設(shè)置困難,鋼結(jié)構(gòu)全部由塔機(jī)吊裝,每層一吊。經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可,遠(yuǎn)端柱(08#~10#、13#~15#)每層分為兩段,每段長(zhǎng)約2m,進(jìn)行吊裝。至此,塔機(jī)覆蓋所有鋼管柱范圍(圖12)。

圖12塔機(jī)吊裝

塔機(jī)附墻件錨固部位砼強(qiáng)度必須滿足附墻要求。應(yīng)對(duì)吊裝起升高度進(jìn)行驗(yàn)算,以滿足構(gòu)件(包括吊架)高度要求,見公式(1)。如不滿足,可在低樓層預(yù)先增加附墻預(yù)埋件,利用臨時(shí)附墻增大起升凈高度。根據(jù)塔機(jī)說明,自由高度時(shí)起升高度53m;在七、十三、十九、二十五、三十一層進(jìn)行附墻;塔機(jī)工作允許自由懸高=35.5m。

H塔-H架>H構(gòu)…………………………………………(1)

H塔――塔機(jī)起升高度(m)。塔機(jī)首次附墻,即樓層施工至七層以前,H塔取53 m;塔機(jī)附墻后,即八層及以上樓層,H塔=自基礎(chǔ)面起的附墻高度+塔機(jī)工作允許自由懸高35.5 m,以樓層施工至九層為例,H塔=37.0+35.5=72.5 m;

H架――施工樓層外架高度(m)。H架=自基礎(chǔ)面起的施工樓層高度+1.8m;

H構(gòu)――塔機(jī)首次附墻前,H構(gòu)取吊架高度14.0 m;附墻后,H構(gòu)取單層吊裝的鋼管柱段高度4.0m。

計(jì)算可知,塔機(jī)相對(duì)于施工面的最小起升高度,自由高度時(shí)為14.2m,附墻后為9.7m,可滿足吊裝要求。施工中,為避免塔機(jī)在三十一層附墻,塔機(jī)于五層梁處第一次附墻。

3.5 主要質(zhì)量、安全保證措施

鋼結(jié)構(gòu)吊裝應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)質(zhì)量安全措施。

3.5.1吊架卷揚(yáng)機(jī)等吊裝設(shè)備由總配電箱專線供電。每次吊裝前應(yīng)檢查限位開關(guān),超載、超速等保護(hù)裝置,保證其靈敏可靠。

3.5.2柱吊耳必須在工廠制作完成,以保證吊裝準(zhǔn)確定位。

3.5.3吊架組裝完畢后,拉力試驗(yàn)合格方可投入使用。

3.5.4汽車吊、塔機(jī)與吊架之間奪吊時(shí),應(yīng)保證汽車吊中心與吊臂,塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心、吊臂與小車,吊架頂?shù)亩ɑ唭蓛稍谕粋€(gè)垂直平面上,避免側(cè)向力的產(chǎn)生。汽車吊決不能抗側(cè)向力。

3.5.5柱四周對(duì)稱點(diǎn)焊臨時(shí)固定,確定安全后,吊鉤方可摘除。為防止施焊時(shí)柱口變形引起偏差,鋼管柱段接縫必須對(duì)稱反向施焊,吊耳臨時(shí)固定必須在焊縫冷卻后方可拆除。

4實(shí)施效果與總結(jié)

現(xiàn)本工程辦公樓已施工至主體結(jié)構(gòu)九層,以上措施經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施,效果良好。精心組織后,每層鋼管柱段吊裝需塔機(jī)半個(gè)臺(tái)班左右,加上勁性梁吊裝在1個(gè)臺(tái)班以內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)層每層結(jié)構(gòu)工期能控制在八天。對(duì)本工程鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的吊裝施工總結(jié)如下:

4.1 鋼管柱段的分段情況為吊裝的前提。本工程基本按樓層分段下料制作,牛腿現(xiàn)場(chǎng)焊接。但應(yīng)綜合考慮構(gòu)造與運(yùn)輸要求。

4.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工中,內(nèi)爬式塔機(jī)能充分利用其吊裝能力。不考慮堆場(chǎng)因素,本工程QTZ120內(nèi)爬式塔機(jī)的起重能力,接近QTZ200附墻式塔機(jī)。如采用QTZ200內(nèi)爬式塔機(jī),可以考慮鋼管柱三層一吊的方案,對(duì)工期相當(dāng)有利,且減少大量的焊接。

4.3 吊架(扒桿)吊裝是有效的輔助吊裝方式,對(duì)局部超重、超長(zhǎng)、超大構(gòu)件以及吊裝死角等優(yōu)勢(shì)明顯,但應(yīng)注意其構(gòu)造措施。如本工程采用吊架輔助QTZ120內(nèi)爬式塔機(jī),可進(jìn)一步降低成本。

本工程QTZ160附墻式塔機(jī)起重能力稍有不足,遠(yuǎn)端柱采用一層兩吊。但該塔機(jī)的選擇成本優(yōu)勢(shì)明顯,且設(shè)備容易供應(yīng)。

參考文獻(xiàn):