論高層建筑鋼管混凝土柱的施工技術

【摘要】 鋼管混凝土柱具有承載能力高、抗震能力強等特點，其不僅可以取代鋼筋混凝土柱，也可以解決鋼筋混凝土柱常有的“胖柱”等問題，大大減少了剛才用量，而且又提高了結構的抗側移能力。因此，鋼管混凝土柱在高層建筑建設中應用得越來越普遍。本文介紹了高層建筑鋼管混凝土柱的施工特點，并重點闡述了高層建筑鋼管混凝土柱的施工方法，相關技術僅供參考使用。

【關鍵詞】 高層建筑 鋼管混凝土柱 特點 施工技術

前言

我國有關鋼管混凝土柱的應用應追溯至1966年的北京地鐵車站工程[1]。從那以后，我國對其開展了一系列系統的科學試驗研究，以確保鋼管混凝土柱實際應用中的具體力學計算問題的可靠性，現已形成一套滿足設計需要的計算理論和設計方法。鋼管混凝土的強度高、重量輕、延性好、耐疲勞、耐沖擊等優越的力學性能外，還具有省工省料、架設輕便、施工快速等優點，使得全國各地建筑工程越來越青睞于應用鋼管混凝土柱。且隨著高層建筑工程的興建，鋼管混凝土柱在廣州、深圳、珠海、沈陽、天津、北京、重慶、昆明、福州和南京等城市的施工應用已日漸成熟。僅廣州就有好世界廣場、新中國大廈、名匯商業大廈、翠湖山莊、合銀廣場、新達城廣場、冠軍大廈、省郵電通訊樞紐綜合樓、江南中心、南航大廈、京光廣場、美東大廈、億安廣場、中華廣場、市人大濱江東住宅樓、文昌花苑、芳草園等高層和超高層建筑采用該項技術，其中超過200m則有江南中心、南航大廈、京光廣場、省郵電通訊樞紐綜合樓、中華廣場、合銀廣場、新中國大夏等工程。

1. 鋼管混凝土柱的結構特點

眾所周知，混凝土的抗壓強度高。但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結構上能夠將二者的優點結合在一起，可使混凝土處于側向受壓狀態，其抗壓強度可成倍提高。鋼管混凝土結構的迅速發展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具體表現為以下幾個方面：

1.1承載力高、延性好，抗震性能強

鋼管混凝土柱中，鋼管對其內部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態，提高了混凝土的抗壓強度；鋼管內部的混凝土又可以有效地防止鋼管發生局部屈曲。而鋼管混凝土短柱軸心受壓試臉表明，試件壓縮到原長的2/3，縱向應變達30%以上時，試件仍有承載力。所以它的延長性是可以用科學試驗證明的[2]。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。工程實例證明，要保證同樣的穩定性，鋼柱要比鋼管混凝土柱使用更厚的鋼板，且經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。

1.2施工方便，工期大大縮短

鋼管混凝土結構施工時，鋼管可以做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；由于鋼管混凝土內部沒有鋼筋，便于混凝土的澆注和搗實；鋼管混凝土結構施工時，不需要模板，既節省了支模、拆模的材料和人工費用，也節省了時間[3]。

1.3耐腐蝕性能優于鋼結構

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也比鋼結構節省。鋼管混凝土構件的截面形式對鋼管混凝土結構的受力性能、施工難易程度、施工工期和工程造價都有很大的影響。圓鋼管混凝土受壓構件借助于圓鋼管對其內部混凝土有效的約束作用，使鋼管內部的混凝土處于三向受壓狀態，使混凝土具有更高的抗壓強度。但是圓鋼管混凝土結構的施工難度大，施工成本較高。相比之下，方鋼管混凝土結構的施工較為方便，但鋼管混凝土受到的約束作用較小，結構的承載力較低。

2. 鋼管混凝土柱的施工技術

2.1鋼管混凝土柱的施工工藝

鋼管柱吊裝→鋼管柱焊接→焊縫檢測→鋼管柱內混凝土澆筑→鋼管柱外側鋼筋綁扎→鋼管柱外側模板支設→管柱外包混凝土澆筑→下一層鋼管柱吊裝。

2.2鋼管柱吊裝施工

鋼管柱標準層每層高3.5m，裙樓層高5 m，采用每層吊裝一次，吊裝焊接點預留在樓層以上1.5 m處，鋼管柱標準層吊重2.75t，裙樓吊重3.93t，采用QTZ160 t·m的塔吊裝，吊裝在每層混凝土澆筑完成后插入進行，16根鋼管柱吊裝分兩批進行，每次吊裝8根，每次吊裝時間半天。

2.3鋼管柱的吊裝定位

柱定位采用外側垂線及內部軸線控制網相結合的方法進行控制，內部軸線控制網采用垂準儀投點測繪，并放出柱的四周邊線及鋼管柱吊裝定位軸線點，內部軸線網點在首層，同時在15層、30層處進行原始軸線網點轉換。外側每層采用垂線，每層的垂線控制點在下一層的鋼管柱上，同時每隔5層進行一次外側軸線點的復核，輔以經緯儀進行。當出現外側軸線點與內部軸耐控制偏差1mm時應進行軸線的復核，找出原因，進行糾偏。

2.4鋼管柱的焊接

鋼管柱的焊接采用氣弧焊，焊接完成后先進行超聲波檢測自檢，自檢合格后邀請第三方檢測單位進行檢測。

2.5鋼管柱高強度混凝土的澆筑

鋼管柱內高強度C60混凝土采用塔吊吊運的方法在鋼管柱焊接檢測合格后進行，同時在柱內預埋檢測混凝土密實性的超聲波管。

2.5.1高強度混凝土的質量原材料控制

水泥：選用強度等級為52.5的普通硅酸鹽水泥。

摻合料：選擇1級粉煤灰，1級粉煤灰的活性較硅灰小，但對混凝土的后期強度提高有特殊的作用。

減水劑：在減水劑選擇時，適合高強混凝土的生產。

碎石：選用5～31.5mm碎石，該種碎石立方體抗壓強度高，滿足高強混凝土的使用要求。

河砂：選用江中粗砂，砂細度模數在2.8～3.2之間，顆粒級配好，砂源干凈，砂的含泥量及泥塊含量少，不含氯離子，符合混凝土組份的標準。

2.5.2混凝土配合比設計

C60混凝土配合比設計28d平均抗壓強度應達到72MPa，保證混凝土有足夠的富余強度，彌補生產及施工過程中一些不確定因素對混凝土強度的影響。

2.5.3混凝土的澆筑振搗

鋼管柱用插入式振搗棒密插短振，逐層振搗。振搗棒垂直插入混凝土內，要快插慢拔，振搗棒應插入下一層混凝土中5～10cm。搗棒插點按梅花形均勻布置，逐點移動，按順序進行，不得漏振，每點振搗時間不少于60s。管外配合人工木褪敲擊，根據聲音判斷混凝土是否密實，每層振搗至混凝土表面平齊不再明顯下降，不再出現氣泡，表面泛出灰槳為止。

鋼管柱混凝土超聲波檢測，每4層進行一次，在混凝土強度達到100%后進行。

2.6鋼管柱外包混凝土施工

鋼筋綁扎和鋼管柱模板施工，鋼管柱外包混凝土采用和梁板混凝土一起澆筑的方式進行。

2.7標準層鋼管柱與結構梁板模板的交叉配合施工

第1d：鋼管柱吊裝與核心筒柱墻鋼筋同時進行，一天之內完成鋼管柱的吊裝。

第2～3d：鋼管柱焊接與梁板模板支撐體系交叉同時進行，鋼管柱的焊接及檢測完成，同時結構梁板模板完成。焊接過程中在鋼管柱外圍采用彩條布封閉圍護。

第4～5d：完成鋼管柱內混凝土的澆筑，同時進行梁板鋼筋的綁扎，鋼管外包柱的鋼筋綁扎和模板支設，三道工序交叉進行。

第6d：進行結構梁板柱和鋼管柱外包混凝土的澆筑。

結束語

鋼管混凝土柱的諸多優點，決定了其在現階段的應用是相當普遍的。然而在其施工過程，方法的控制極其關鍵。只有正確的施工方法，才能保證鋼管混凝土柱在高層建筑中充分發揮出其應有的優勢。

參考文獻：

[1] 楊蜀斌，陳莉. 鋼管混凝土在建筑工程中應用[J].城市建設理論研究，2012，（03）：71-72.

[2] 金雪峰.方鋼管混凝土結構在高層建筑中的應用[J].混凝土與水泥制品，2005，（01）：55-56.

[3] 胡瀟，丁南生. 高層建筑中鋼管混凝土結構的技術經濟優勢[J].四川建筑，2006，（06）：105-106.