型鋼勁性柱與鋼筋混凝土柱在地下工程中的技術方案比較分析

陳麗

【摘要】型鋼勁性混凝土結構，即在混凝土中加入型鋼，從而有效提高構件承載力，增強結構整體性，節約成本，經濟性較強。本文通過型鋼勁性柱與鋼筋混凝土柱在某地下工程中的比較分析，得出型鋼勁性柱在工程中使用具有更好的抗震性能，且受力更合理，結構安全度高，經濟效率也明顯，因此型鋼勁性結構可以在建筑工程中應用和推廣并普及。

【關鍵詞】型鋼勁性混凝土結構;型鋼勁性柱;鋼筋混凝土柱;柱腳連接;抗震性能;結構安全

型鋼勁性混凝土結構又稱鋼骨混凝土結構，其構件材料由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和箍筋組成，具體組合方式就是利用型鋼做骨架，外表面打栓釘，綁鋼筋打混凝土或鋼管內打混凝土[1]。型鋼勁性混凝土結構具有強度高、構件截面尺寸小、與混凝土握裹力強、節約混凝土、增加使用空間、降低工程造價、提高工程質量等優點。因此在工程上多用于高層及超高層鋼結構的梁和柱或大型地下室鋼柱。

1.工程概括

該工程的地下室位于紹興市區，地下總建筑面積：35350平方米，主要功能為汽車庫，考慮人防，人防設計等級為甲類核6常6級設防，人防面積約為21841.4平方米。地下室埋深：-5.75米（相對于室內±0.000），地下室頂板覆土：1.0米，抗浮水位設計標高：-0.970，絕對高程為5.13米，地基基礎設計等級：甲級。地下室防水等級：頂板一級、底板及側墻二級。地下室耐火等級為一級。上部建筑為工業化鋼結構集成建筑，一類建筑，結構類型：多層鋼框架。建筑等級：二層公共建筑，建筑類別：多層，耐火等級為二級。設計使用年限：50年，建筑結構安全等級：二級。建筑抗震設防類別：丙類，6度設防。地下室結構計算軟件：SATWE，計算荷載取值均相同。

2. 地下室結構方案

2.1地下室框架柱采用鋼筋混凝土柱

地下室框架柱采用鋼筋混凝土柱的結構形式，地下室底部采用梁板式底板，上部鋼柱埋入混凝土柱內，混凝土柱頭要加腋放大，內部鋼筋要截斷處理。基本結構組成如圖1-3。

2.2地下室柱框架柱采用型鋼勁性柱

地下室框架柱采用型鋼勁性柱的結構形式，地下室底部采用無梁式底板，上部鋼柱與型鋼勁性柱內部鋼柱焊接，外部包裹混凝土不需要加腋，內部鋼筋可貫通。基本結構組成如圖4-6。

3.型鋼勁性柱與鋼筋混凝土柱兩個方案技術要點、經濟性比較分析

3.1 型鋼混凝土柱方案抗震性能更好、受力更合理

《建筑抗震設計規范》8.1.9條規定，建筑物設置地下室時，鋼框架柱應至少延伸至地下一層，其豎向荷載應直接傳給基礎。使上部結構柱內力傳遞平穩，保證柱腳的嵌固能力。從材料特性而言，混凝土材料的彈性模量為2～3x104N/mm2，鋼材的彈性模量為2.06x105N/mm2，從數據上可以看出鋼材的彈性模量為混凝土的10倍，經過計算分析，在不增加柱截面大小的情況下，本工程中型鋼混凝土柱的剛度為混凝土柱剛度的1.1倍，所以說地下室柱采用型鋼混凝土柱可以增加建筑底部的剛性，整體性和抗傾覆性，使建筑物的抗震性能大大提高。日本是一個地震多發的國家，鋼結構建筑水平也位列世界領先水平，日本的設計規范中就明確要求鋼結構建筑的地下室必須設計成型鋼混凝土柱，由此可見型鋼混凝土柱方案抗震和傳力的合理性。

3.2 鋼柱柱腳連接比較

地下室柱采用鋼筋混凝土柱的結構形式，上部鋼柱柱腳采用埋入式剛性柱腳節點[2]。其施工措施及缺點：（1）此柱腳混凝土柱需下段與上段柱及地下室頂板，分段施工，且首層鋼柱為懸臂柱，鋼柱的施工對混凝土柱強度有嚴格要求，增加了精度質量控制和施工安全控制難度。（2）地下室混凝土柱分兩段澆筑，考慮到鋼柱安裝，下端混凝土柱需要20～28天養護期方能達到設計強度，影響施工工期。（3）地下室混凝土柱為先期施工，需兩次支模且鋼柱的埋設帶來柱子截變面、柱腳局部加腋變大，需異形模板，支模工作難度加大，支模時間延長，影響工期（詳圖7）。

地下室柱在不改變原有建筑功能的前提下采用型鋼勁性柱的結構形式，上部鋼柱和下部鋼柱為一體，下部鋼柱被混凝土包裹。其施工措施及優點：（1）混凝土柱一次澆搗成型。（2）不影響上部混凝土樓板結構施工，節約工期。（3）底板埋設對鋼柱精度控制及安裝效率有較大提升。（4）地下室柱、梁、頂板一次性支模，取消局部加腋異形模板，提高支模效率，提升對柱子完成美觀感受。（5）鋼結構構件可提早與混凝土構件穿插施工，且不影響混凝土施工工期，總體節約工期（詳圖8）。

3.3采用鋼筋混凝土柱和型鋼勁性柱的工程量與經濟性比較分析

本工程采用型鋼勁性柱，由于柱截面加腋取消，混凝土工程量減少;鋼筋貫通，搭接減少，鋼筋工程量減少;型鋼勁性柱內部采用鋼結構，鋼結構工程量增加;綜合計算該地下室可節約費用25萬;詳見表1。

4.結論

通過以本工程為例對型鋼勁性柱與鋼筋混凝土柱兩個方案綜合對比分析，型鋼勁性柱在地下工程中使用具有以下優勢：（1）型鋼勁性結構，加入型鋼以后可以有效提高構件承載能力，減小構件軸壓比;（2）型鋼勁性結構，一般型鋼表面會打栓釘，增強構件之間的剪力傳遞，增加握裹力，材料的得到充分利用;（3）施工簡單、質量可控;（4）施工工期相對原方案預計可節約30～40天;（5）節約成本，經濟性較強;（6）結構整體性增強，更加合理。

綜上所述，本工程地下室柱采用型鋼勁性柱后取得了較好的經濟效益，結構安全度大大提高。型鋼勁性柱在地下工程中相對于傳統的鋼筋混凝土柱具有明顯的優勢和推廣價值，我們應該在日常建設中加大利用這種結構形式，以取得更好的社會效益。

參考文獻

[1]鋼管混凝土結構技術規程.北京：冶金工業出版社，2006：1-3.

[2]鋼管混凝土結構技術規程.北京：冶金工業出版社，2006：70-76.

（作者單位：紹興職業技術學院）

【中圖分類號】TU375.3

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2019）06-0058-02