淺談建筑工程中鋼管混凝土結構

王冰兄

（北京正東國際建筑工程設計有限公司，北京 100120）

所謂“鋼管混凝土”是“鋼管套箍混凝土”簡稱套箍混凝土。鋼管套箍混凝土的基本原理是利用橫向配筋，對受壓混凝土施加側向約束，使其處于三向受壓的應力狀態，延緩其縱向微裂縫的發生和發展，從而提高其抗壓強度和壓縮變形能力。

1 鋼管混凝土結構的施工特點

根據構造和施工工藝條件可將鋼管混凝土結構的施工分為鋼管結構的制造和組裝以及管內混凝土的澆灌兩部分，整個工藝兼有鋼結構和混凝土結構的特點。從鋼管混凝土結構的具體施工條件來看，其施工特點主要為。

1.1 管內混凝土是在狹小的管道中澆灌的，由于結構條件所限，混凝土的澆灌質量難以檢查，當采用人工澆灌并振搗時，只能依靠操作人員的責任心，加強振搗，仔細操作，確保管內混凝土的密實。當采用高位拋落無振搗施工法以及泵送頂升法時，都應嚴格遵守相關的施工技術要求。

1.2 由于鋼管混凝土結構中的管肢均較長，而且管肢中間通常不設澆灌孔，致使管內混凝土一次施工高度較大，一般都在10m以上，國外最高已達100m。

1.3 鋼管混凝土結構管肢的內徑一般均不大于混凝土振搗器的有效作用半徑，約為振搗棒直徑的10倍左右。而且鋼管不漏漿，當采用人工澆灌并振搗時，只要在施工中采用具有足夠振搗能力的內部或外部振搗器，加強操作，并保證不間斷連續施工，混凝土的質量是能夠得到保證的。

1.4 為避免鋼管外部焊接對混凝土燒傷的可能，對管外焊縫較為密集的部位應先焊接，然后再進行混凝土的澆灌施工。竣工后，允許加焊必要的零部件，并應采取相應的措施減少局部高溫作用的影響口。

1.5 鋼管構件的加工與一般金屬結構制作稍有不同，如各附屬焊件與管肢多為曲面連接.結構拼裝問隙不易保證，必須采用鋼管自動切割機或胎架安裝，才能保證制造質量。

1.6 由于鋼管混凝土優越的力學性能，近些年被用于高層和超高層建筑中，為了加快現場、施工進度.采用地上和地下層同時進行施工的逆作法施工，大大縮短了工期。鋼管構件的制作優先采用螺旋焊接管，也可使用滾床卷制符合要求的鋼管。為適應鋼管拼裝后的軸線要求.鋼管坡口端應與管軸嚴格垂直。在卷板過程中，應注意保證管端與管軸線形成垂直的平面。當采用滾床卷管時，應特別注意直縫的焊接質量，盡可能采用自動焊縫。當采用手工焊縫時.宜采用直流焊機，這樣可以得到較為穩定的焊弧，且焊縫的含氫量較低，這對具有雙向受力的鋼管是必要的。

2 鋼管混凝土結構的優點

2.1 延性好

據有關實驗數據表明：鋼管混凝土軸向壓縮到原長的z/3，構件表面己褶曲，但仍有一定的承載能力，可見塑性之好。在壓彎剪循環荷載作用下，水平力與位移之間的滯回曲線十分飽滿，吸能能力很好，基本無剛度退化。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內部混凝土的破壞由脆性破壞轉變為塑性破壞，構件的延性性能明顯改善。

2.2 抗震性能優越

抗震性能是指在動荷載或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在這方面，鋼管混凝土構件要比鋼筋混凝土構件強得多。在壓彎反復荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線表明，結構的吸能性能特別好，無剛度退化，且無下降段，不喪失局部穩定性的鋼柱相同。但在一些建筑中，鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穩定性，但還常發生塑性彎曲后喪失局部穩定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優于鋼柱。

2.3 施工方便

鋼管混凝土結構施工時，鋼管可以作為勁性骨架承擔施工階段的施工荷載和結構重量，施工不受混凝土養護時間的影響。該種結構形式和鋼結構相比零件少，焊縫短，可以采用構造簡單的插入式柱腳，免去了復雜的柱腳構造。和鋼筋混凝土柱相比，由于鋼管本身就是耐側壓的模板，因此在澆灌混凝土時可以免去支模、拆模等工和料。鋼管還是“鋼筋”，它兼有混凝土柱中縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋之作用。從施工過程看制作鋼管遠比制作鋼筋骨架省工得多，而且便于澆灌。鋼管本身就是勁性結構構件，在施工階段可以起勁性鋼骨架的作用，節省了許多支撐構件和腳手架，簡化了施工安裝工藝。

2.4 防火耐火性能好

鋼管混凝土的耐火性比鋼結構好，由于鋼管內填有混凝土，能吸收大量的熱能，混凝土的導熱系數低而比熱大，因此遭受火災時管柱截面溫度場的分布很不均勻，越到中心，溫度越滯后，增加了柱子的耐火時間。

2.5 耐腐蝕性強

鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼結構少得多，抗腐和防腐所需費用比鋼結構節省。

3 鋼管內混凝土的施工

根據國內外鋼管混凝土結構的施工經驗，澆灌混凝土有以下幾種方法，即立式手工澆搗法、高位拋落無振搗法和泵送頂升澆灌法。

3.1 立式手工澆搗法

一般混凝土施工都是在構件安裝就位，固定完畢并經檢查無誤后，開始向管內澆灌混凝土的，澆灌工作應連續進行。在澆灌混凝上之前，應先澆灌一層水泥砂漿，厚度不小于100mm，用以封閉管底并使自由下落的混凝土不致產生彈跳現象。混凝土由鋼管上口灌人，井用振搗器搗實。鋼管管徑大于350mm時、采用內部振搗器〔振搗棒或鍋底形振搗器等)振搗，每次振搗時間不少子30S，一次澆灌的混凝土高度不宜大于2m。當管徑小于350mm時，可采用附著在鋼管外部的外部振搗器進行振搗，振搗時間不小于1min。外部振搗器的位置應隨混凝土澆灌的進展加以調整。外部振搗器的工作效果，以鋼管橫向振幅不小于0.3mm為有效，振幅可用百分表實測。一次澆灌的混凝土高度不應大于振搗器的有效工作范圍，，一般為2m-3m。

立式手工澆搗法施工速度較慢，且施工人員必須嚴格遵守操作紀律，才能保證混凝土的施工質量。

3.2 高位拋落無振搗法

該法利用混凝土從高位順鋼管下落時產生的動能達到振實混凝土的目的，免去了繁重的振搗工作，是混凝土施工工程中的一個創舉。它適合于管徑大于350mm，高度不小于4m的場合。對于拋落高度不足4m的區段，仍須用內部振搗器振實。

混凝土高位拋落無振搗法的關鍵是混凝土拋落后不產生離析現象，需要對混凝土的配合比提出特殊的要求，采用此法施工時，必須先進行配比試驗，確定合理的配合比和水灰比。要控制水灰比，適當加大水泥用量，并摻適量的外加劑，以改變混凝土的內聚性，增加附著力和流動性。

3.3 混凝土泵送頂升澆灌法

該法是在鋼管接近地面的適當位置安裝一個帶閘門的進料支管，直接與泵的輸送管相連，由泵車將混凝土連續不斷地自下而上灌人鋼管。根據泵的壓力大小，一次壓人高度可達S0-100m。鋼管直徑宜不小于泵徑的兩倍。

結束語

工程實踐表明，現代鋼管混凝土結構既是一種使用高強、高性能材料的結構，也是一種具有高效施工技術的結構.鋼管混凝土內混凝土的施工較鋼筋混凝土構件和鋼構件的施工有許多優勢。與鋼筋混凝土柱相比.由于鋼管混凝土柱沒有綁扎鋼筋，因而澆灌混凝土比現澆鋼筋混凝土柱簡便;因管內無鋼筋和鋼箍，澆灌容易且質量容易保證。它必將為新世紀的國家建設和土建工程的技術進步發揮積極作用。

[1] 蔡紹懷.現代鋼管混凝土結構[M].北京：人民交通出版社.2003.

[2] 徐占發.鋼結構施工[M].湖北華中科技大學出版社.2010.

[3] 周松盛，周露，陸霞.混凝土結構設計與施工手冊[M].安徽：安徽科技技術出版社.2008.