多(高)层建筑钢管混凝土柱施工工法正式版

多(高)层建筑钢管混凝土柱施工工法正式版文档资料可直接使用，可编辑，欢迎下载

多（高）层建筑钢管混凝土柱施工工法多(高)层建筑钢管混凝土柱施工工法正式版文档资料可直接使用，可编辑，欢迎下载工法编号：RJGF(闽)—S1—2010完成单位：中建七局第三建筑有限公司主要完成人：张书锋陈霞王耀1前言钢管混凝土柱是近年来研究应用的多元化结构形式之一，成功的应用被越来越多的建筑界专家所瞩目。它利用钢牛腿、梁钢筋、节点环板的传力方式，配以双向密肋梁模壳楼盖、肋型楼盖或其他形式楼盖，形成钢管混凝土板柱或梁板柱结构，充分发挥了钢管柱的优势，因而逐步被推广应用于建筑工程中。本工法中混凝土底部顶升法施工采用的钢管柱柱芯混凝土顶升进料装置已获得国家专利（申请号/专利号：200720007980）。2特点钢管混凝土柱是在圆形钢管内浇灌混凝土形成的组合结构构件，是套箍混凝土的一种特定形式，兼有钢结构和混凝土结构的优越性能，充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点，使管内混凝土受三向约束，充分发挥了混凝土的作用，提高了结构构件的承载能力、抗震能力，与钢筋混凝土柱比较，减小了柱子截面面积，增大了建筑使用面积。钢管混凝土柱的钢管适合机械化施工，钢管在工厂加工完毕后运送至现场即可直接吊装对接，施工现场仅存在钢管对接焊和连接节点焊接，柱芯混凝土采用泵送或其他形式一次浇注2～3个楼层。减少了钢筋混凝土柱的重复工作次数，节省了模板，降低了劳动强度，缩短了工期。3适用范围本工法适用于现浇混凝土楼面的多层、高层钢管混凝土柱结构工程。4工艺原理在成品钢管或用钢板卷圆对接的钢管上焊接梁板节点部件，检验合格后运至现场吊装对接，支设梁板模板，安装梁、板钢筋、浇灌楼面及钢管内混凝土。它的节点传力方式有两种：第一种在楼层梁柱结合部的钢管上焊接节点环板，通过柱侧钢筋混凝土连续双梁或变宽度梁，环板将楼层荷载传递至钢管混凝土柱身（图4-a），此种构造适用于楼层为密肋梁平板结构；第二种是在梁柱结合部的钢管上焊接钢牛腿，并在梁位钢管外侧设加强环，管内设加强肋板，梁主筋直接与钢牛腿焊接（图4-b），此种构造适用主次梁楼层结构。图4节点构造图5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程（见图5.1）原材料检验原材料检验钢管制作连接部件制作钢管组焊超声波焊缝检验进场验收钢管柱吊装就位、校正基础预埋件预埋件复核钢管接长对接焊超声波焊缝检验梁板节点焊接浇灌混凝土楼板模板安装梁钢筋安装图5.1施工工艺流程图图5.1施工工艺流程图5.2操作要点钢管及部件制作成品钢管要有质量合格证，并按规定进行规格、尺寸以及外观等项目检查验收。下面仅对钢板卷制钢管进行叙述。1下料：下料前，先通过试焊确定钢板对接焊缝收缩余量，在下料时一并考虑，根据钢管展开尺寸在钢板上划线，用自动气割机切割并坡口，坡口宜采用V型坡口，钢管现场对接端采用外坡口，其余为内坡口，坡口角度60°±5°。节点部件要制作样板，经检验评定合格后按样板分块尺寸划线下料，所有部件切割后，应及时清除割渣并矫正气割变形。2钢板卷圆：将压好边的钢板放在卷板机上进行卷圆，卷圆过程中，卷管方向应与钢板压延方向一致，并严格控制钢管的椭圆度、焊缝间隙及错边量等。3焊前准备：钢管组焊时的纵、环缝，现场对接焊缝、节点连接焊缝应进行焊接工艺评定，确定焊接工艺流程。焊接前应编制如下文件：焊接工艺指导书，焊接工艺评定。通过焊接工艺评定确定焊接的焊条、焊丝、焊剂及焊接技术参数(焊接电流、电压、焊接顺序、焊接方法等)，并填写焊接工艺卡。4钢管焊接：钢管纵、环缝，现场焊缝等焊缝质量等级应满足设计要求，并按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001进行验收。钢管纵、环缝采用埋弧自动焊，先在钢管外部进行人工封口焊，再按先里后外的顺序各焊一道。5钢管柱组焊：每节钢管柱的长度可按2～3个楼层的高度加上伸出楼板面400mm～1000mm(设计确定)考虑，但一般不超过12m。组对时上、下相邻两条纵缝应错开500mm以上。把钢管放在托轮架上，在钢管上划出O°、90°、180°、270°四根基准线，作为以后组装的基准线，划线时全盘考虑钢管柱及连接节点部件的位置、方向，便于现场组对及垂直度观测。钢管柱组对好后按-4方法焊接。节点部件连接在钢管上划出钢牛腿、节点板等的位置线，把所有连接部件按标高、方位先点焊固定，复检后施焊。内衬管先焊丁字型肋板，再将衬管与钢管焊接，牛腿部位管内节点先组焊，再推入管内与钢管焊接。钢管柱与基础底板的连接连接方式有二种：一种形式是将钢管柱伸入底板落于工程桩上即桩承式，此种形式预先将环形受剪箍、加强环、勒脚分别和钢管焊接，在浇筑完基础垫层混凝土，绑扎完底板下排钢筋后，按弹设于垫层面上的控制线安装钢管柱（图-a）。第二种形式是将预埋钢板下落一个勒脚高度，底板混凝土浇筑完毕后再安装钢管柱，即预埋板式（图b），此种形式应预先制作钢筋支架，用精密水准仪调整标高后，按垫层平面控制线摆放预埋板，复核校正后焊接固定，底板混凝土浇筑完毕后再安装钢管柱。两种方式在浇筑底板混凝土时均应对称浇筑，防止钢管柱或预埋钢板位移。另外在建筑层数不多，荷载不大的情况下，也可采用插入式（图，插入式连接应注意验算钢管柱与基础连接面的局部受压强度。图柱与基础连接钢管柱现场安装1钢管柱吊装：钢管柱吊装可利用现场塔吊，进行施工组织设计时应考虑安装最远端钢管柱时塔吊的臂长及起重能力能否满足吊装要求。钢管柱吊装采用二点对称捆绑垂直起吊，钢丝绳绑点设于柱最上一个节点下部，起吊时注意保护节点部件，钢管柱固定牢固后方可解除吊索。2第一节钢管柱的安装：在桩顶(垫层)或预埋钢板上弹出钢管柱安装十字控制线，划出柱外皮控制点。钢管柱吊装前在柱顶部平分圆周位置预先栓置4条钢丝绳，钢管柱吊起调整至柱身控制线与十字控制线基本吻合后下落，调整就位并临时固定，在钢管两侧呈90°位置架设二台经纬仪，同时观测钢管柱身的二条控制母线，通过调节设置在钢丝绳中间的法兰螺栓，校正垂直度。3同径钢管柱的连接、定位、调整：将吊起的上节柱按划线位置缓慢插入下节柱内衬管，角度调整用特制抱箍钳。上节柱插入内衬管时由于衬管外壁与上节钢管柱内壁局部存在磨擦，就位较困难，可在上下柱接口处设顶拉杆（图-1-a），一方面帮助就位，另一方面校正柱身垂直度，还可起到临时固定作用。垂直度校正好后，在钢管柱四侧焊接防变形卡板（图b），以减小焊接变形。对接焊完成后，割除防变形卡板等临时构件，并将临时固定焊缝打磨平整。图-1同径钢管连接图4异径钢管的连接、定位、图-1同径钢管连接图-2异径钢管连接图异径钢管的连接采用变径加强环（图-2-a）或法兰盘螺栓连接（图b），加强环连接施工顺序为：将变径加强环、柱脚分别与小直径钢管焊接，利用定型样板，依照变径加强环肋板的位置，在大直径钢管上割缺口，再吊装小直径钢管，将变径加强环下部榫管插入大直径钢管内，然后进行小直径钢管的垂直找正，最后大直径钢管与变径加强环焊接，小直径钢管的垂直找正与同径钢管基本相同，唯一区别是顶拉杆上端连接于变径加强环。小直径钢管的平面位置微调采用钢楔楔入的方法进行调整。法兰盘连接先将勒脚、上法兰与小直径钢管焊接，下法兰片与大直径钢管焊接，最后上下法兰片用螺栓连接。-2异径钢管连接图5垂直度观测：在安装钢管柱时应在两个垂直方向架设二台经纬仪，同时观测柱的两条控制母线，指挥操作人员校正钢管柱的垂直度。随着建筑物高度增加及平面形状、尺寸的限制，用于垂直观测的经纬仪只能放在安装层的楼板上，部分柱观测的角度、距离受到不同程度的影响，因此应将经纬仪架立在尽可能远离被观测柱的位置，使观测的水平距离达到最大；同时要合理安排安装顺序，先难后易，避免因已安装钢管柱的阻挡而影响观测。垂直度观测若采用垂直度校准仪，对钢管柱安装顺序可不作要求，将垂校仪直接安装在钢管柱上，用顶拉杆调整垂直度。6钢管柱对接焊残余应变对垂直度影响的处理方法：现场钢管对接焊采取的是人工焊接，不可避免地产生焊接残余应变，可通过以下几个方面进行控制：1)采用对称分层分段焊接，分层厚度、分段长度、焊接速度等选用的焊接参数均应相同；2)通过验证：焊缝间隙大小和变形大小成正比。因此安装前事先测定上节柱的偏差值，根据计算在管口实行机械打磨，使焊缝间隙保持基本一致；3)设置防变形卡板限制变形；4)对实际存在且已无法更改的偏差进行火焰矫正。矫正加热方法一般采用线状加热或三角形加热，根据偏差大小选择，烘烤温度不大于750°C，烘烤位置在焊缝上方钢管混凝土施工钢管混凝土的浇灌方法有三种，即底部顶升法、高位抛落法和立式浇捣法。混凝土的输送方式有泵送和现场搅拌塔吊运输等。采用底部顶升法和高位抛落法的要求混凝土必须要有较大的坍落度，否则极易产生管壁与混凝土粘结不紧密等质量缺陷。立式浇捣法由于振动棒振捣等因素，管顶容易产生泌水层和砂浆层。因此，应通过试验在钢管混凝土中掺入微膨胀剂和高效减水剂等，配制成补偿收缩混凝土，使之既满足施工工艺要求，又满足钢管混凝土柱对混凝土的特定要求。1底部顶升法：底部顶升法是在钢管柱底部开孔，设置与混凝土泵管连接、堵口的装置，由混凝土高压输送泵将混凝土压入钢管柱内，混凝土由下至上顶升至管顶后，压下堵口挡板，停止混凝土供应。当混凝土强度达设计强度的50%时，拆除连接装置，将孔口补焊封堵。操作要点：1)浇筑前，要计算好单根柱混凝土量，待所需混凝土运送到施工现场后方可进行顶升（从混凝土拌合至开始顶升的时间应控制在混凝土初凝前），防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。同时，及时做好混凝土坍落度及坍落扩展度的检测。2)在混凝土输送管与截止阀连接前，用泵送砂浆润滑输送管道，并把该部分砂浆清除干净后再进行柱芯混凝土的浇筑。3)混凝土顶升至柱顶后，应及时停泵，并进行数次回抽，若柱顶混凝土面无明显回落，方可拆除混凝土输送管。4)浇筑完毕30min后，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇柱顶混凝土。2高位抛落法：混凝土由管口倾入，利用自重力使混凝土密实，不用振捣，抛落高度应不小于4m，一次抛落混凝土量宜在0.7m3～0.9m3左右，料斗的下口尺寸应比钢管直径小100mm操作要点：1)每次浇灌混凝土前先浇一层厚度150mm左右与混凝土等级相同的水泥砂浆，以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。2)集料斗架设在管口中央并保持垂直，泵送混凝土至料斗，当料斗集满混凝土后，开启料斗封底板使混凝土一次性自由抛落，并利用混凝土下落时产生的动能振实混凝土。3)重复上述动作直至完成该管混凝土的灌注。施工过程中由专职检验人员用小锤敲击管壁，听声音鉴定混凝土的密实。3立式浇捣法：混凝土由管口倾入，用内部加长振动器振捣，混凝土一次浇筑高度不宜大于1.5m，每次振动时间以混凝土面无气泡泛出并不少于30秒为准，管径小于350mm者采用附着式振动器振捣，振捣时间不小于1分钟，一次浇灌高度不大于振动器的有效工作范围。立式浇捣法混凝土水灰比不宜大于O.4，坍落度不宜大于40mm，混凝土浇至管顶后应4混凝土浇筑宜连续进行，必须间歇时，间歇时间不应超过混凝土的初凝时间。每段钢管柱的混凝土，只浇筑到离钢管顶端500mm处，以防焊接高温影响混凝土的质量。钢管柱到顶收头时，混凝土浇至距管顶300mm5.3劳动力组织操作人员必须有岗位操作合格证，并且具有一定的钢结构施工经验，施工前应进行详细的技术安全交底，明确岗位职责，劳动力组织情况见表5.3。表5.3劳动力组织情况序号工种人数加工制作阶段1冷作工152电焊工103电工14起重工25探伤工2现场安装阶段1电焊工42电工13起重工24机械工35探伤工26协调联络员1混凝土浇筑1振捣工22机械工23普工86材料与设备6.1材料钢管、钢板委托工厂生产的钢管应按方案确定的一次安装高度进行加工，但最长不得超过12m，成品钢管或卷制钢管壁厚应符合设计要求，钢管可用焊接管、螺旋管和无缝管，管内不得有油渍和污物，出厂时应具有质量合格证明。卷制钢管可用Q235钢或16Mn钢，钢板表面不得有结疤、裂纹、折叠、严重锈蚀，不得使用受过冲击的钢板，钢板必须有出厂合格证或机械力学性能试验报告。焊接材料焊接材料的选用可根据母材的性能、工件的性能、结构特点、工艺设备等综合考虑。各类焊条必须保存在通风良好、干燥的库房内。库内温度不低于5℃，相对空气湿度小于60%，使用前应烘干混凝土钢管混凝土强度等级不宜低于C30，所用粗骨料应为粒径不大于4cm的连续级配石料，不得使用针片状、石屑含量高于15%的碎石，砂应选用中砂，各种外加剂进场后应进行性能检验，合格后使用。6.2设备机具配备见表6.2。表6.2机具配备一览表序号机具名称数量（台）备注1卷板机12埋弧自动焊机13交直流焊机4/组根据方案确定4自动切割机25焊条烘干箱16焊剂烘干箱17吊车18塔吊19磨光机510超声波探测仪111经纬仪212水准仪113托轮架414混凝土输送泵根据混凝土浇灌方式选择7质量控制7.1质量控制标准严格按《高强混凝土结构技术规程》CECS104：99，《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81—2002，《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中相应的规定施工。焊接坡口允许偏差见，钢管构件外形尺寸允许偏差见，钢管柱安装允许偏差见表表-1焊接坡口允许偏差（单位：mm）坡口名称焊接方法板厚(δ)钝边(a)内侧间隙(b)坡口角度(α)坡口形式V型坡口手工焊6～81±11±170°±5°10～262±12±160°±5°自动焊16～227±10±160°±5°表-2钢管构件外形尺寸允许偏差（单位：mm）项目允许偏差检验方法图例直径d±d/500±5.0用钢尺检查构件长度l±3.0管口圆度d/500且不应大于5.0管面对管轴的垂直度d/500且不应大于3.0用焊缝量规检查弯曲矢高d/1500且不应大于5.0用拉线、吊线和钢尺检查对口错边t/10且不应大于3.0用拉线和钢尺检查表-3钢管柱安装允许偏差（单位：mm）项目允许偏差检验方法立柱中心线和基础中心线±5用吊线和钢尺检查立柱顶面标高-20，+0用水准仪检查立柱顶面高度差±5用拉线和钢尺检查立柱垂直度高度的1/1000，且不大于10用经纬仪、吊线和钢尺检查整体垂直度底柱不大于10，顶层柱不大于35用经纬仪、吊线和钢尺检查上下柱连接处的错口±3用钢尺检查7.2质量保证措施进行手工电弧焊时当风速大于5m/s，进行气体保护焊时当风速大于2m/s，均应采取防风措施方能施焊。Ⅰ、Ⅱ级焊缝，必须进行超声波探伤，如发现超标现象，分析原因后再进行返修，同一部位返修次数不得超过2次，对经过2次返修仍不合格的焊缝，应会同设计或有关部门研究处理。焊缝表面不得有气孔、裂纹、夹渣等缺陷，咬边深度不得大于0.5mm且不大于0.1t（t为连接处较薄的板厚），长度不大于总长的10%，连续长度不大于1OOmm，焊脚高度必须满足焊接工艺卡规定要求。钢管混凝土强度等级必须达到设计要求，管内混凝土应密实。8安全措施机械设备、电动工具等必须有可靠的接地接零和漏电保护装置。机械设备采用挂牌负责制，配备维修保养人员，特殊工种应持证上岗。在钢管内的焊接人员应戴防毒面具，并从一端向另一端送风。钢管柱吊装时由信号员专人指挥，保证联络通畅，指挥及时准确。经常检查吊具吊索的安全状态，在钢管柱临时固定完成前不得松开吊钩，风速超过5级以上不得吊装。进入现场应正确佩戴好安全帽，焊工操作时应佩戴防护面具和电焊手套，高空作业应系好安全带。9环保措施安装钢管柱时，不得大力随意敲击钢管柱，尽量减少噪音的产生。9.0.2施焊场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。焊接作业后应及时收集焊渣等废弃物，保持施工作业面整洁，做到工完场清。工作结束，应切断焊机电源并检查操作地点，确认无起火危险后，方可离开。10效益分析钢管混凝土柱一次可安装2～3个楼层，柱混凝土的浇筑相应为2～3个楼层浇筑一次，加快了施工进度，省却了钢筋混凝土柱的支模，绑扎钢筋，拆模等工序，工期效益显著。钢管混凝土柱在保持钢材用量和承载力相同的情况下，构件的横截面面积较钢筋混凝土柱可减少一半，不仅减轻了整个建筑物的自重，而且在不增加建筑物总高的条件下，增大了建筑面积。本工法在钢管柱制作，改进钢管柱安装方法，提高劳动效率方面可降低成本373元/吨。11应用实例本工法成功应用于福州市万象商业广场、重庆江滨大厦、温州丽华大厦等工程，工程施工质量均满足规范和合同要求，并创造了一定的综合经济效益。现以福州市万象商业广场工程为实例进行简要说明。工程概况福州市万象商业广场，建筑高度99.95米，地下室建筑面积为26568m²，地上建筑面积为67518m²。本工程结构形式为钢框架结构，竖向采用116根Φ720钢管柱，用钢量约1200吨，管内浇11.0.2钢结构连接方式采用高强螺栓、焊接和栓一焊形式，混凝土采用采用顶升法施工，柱芯混凝土在28天后的直径收缩值为0.16mm，混凝土强度在56.3MPa～58.7MPa之间，均符合设计及施工质量验收规范要求。11.0.3通过采用本工法进行钢管混凝土柱施工，有效控制了钢管柱的安装及混凝土的施工质量，形成综合经济效益10.6万元，对同类项目的施工起到一定的指导作用。第11期2010年11月广东土木与建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNo．11NOV2010钢管混凝土（叠合）柱在超高层建筑结构中的应用郭明尧国皇陈宜言（深圳市市政设计研究院有限公司深圳518029）摘要：钢管混凝土（叠合）柱由于具有承载力高、抗震性能好和施工较方便等优点，适用于我国非抗震和抗震地区的建筑结构，尤其是抗震设防地区的高层建筑结构。本文介绍了钢管混凝土（叠合）柱的相关研究成果以及典型工程实例，并提出了一些钢管混凝土（叠合）柱应用中还需要解决的关键问题。关键词：钢管混凝土；钢管混凝土叠合柱；超高层；设计ApplicationofConcreteFilledSteelTubularColumninHigh-riseBuildingStructuresGuoMingYaoGuohuangChenYiyan（ShenzhenMunicipalDesign&ResearchInstituteCo.，Ltd.Shenzhen518029，China）Abstract：Concretefilledsteeltubular（CFST）columnandconcretefilledsteeltubeinreinforcedconcrete（CFSTinR.C.）olumnarecur-rentlybeingincreasinglyusedintheconstructionofmodernbuildingsduetothehighbearingcapacity，excellentearthquake-resistantandconvenientconstruction.Correlativeresearchresults，exampleprojectsandkeyissueinapplicationofCFSTandCFSTinR.C.columnwereintroducedinthispaper.Keywords：concretefilledsteeltube；concretefilledsteeltubeinR.C.column；superrise；design合）柱的相关研究成果，简述了相关设计规程，然后1前言钢管混凝土由于钢管和核心混凝土“相互作用、介绍了相关典型工程实例，最后提出了一些钢管混凝土（叠合）柱在实际工程应用中还需要解决的关键问题，期望为同行提供参考。优势互补”而具有承载力高、抗震性能好、施工方便等诸多优点，在超高层建筑结构中的应用较为广泛。按照截面形式的不同，钢管混凝土可分为圆钢管混2钢管混凝土（叠合）柱相关研究介绍凝土、方钢管混凝土和矩形钢管混凝土等类型，且均［1］钢管混凝土叠合柱（以下简称“叠合柱”）是在钢管混凝土结构的基础上发展起来的，由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土叠合而成，这类组合构件不仅具有钢管混凝土构件的优点，且钢管外的混凝土还可起到抗火作用且便于装修，目前已我国从五、六十年代就开始了钢管混凝土相关的研究工作，包括静力性能、动力性能、抗火性能以及施工性能等，并已形成了较为系统的钢管混凝土设计理论，文献［1］对相关研究工作做了较详细的综述，本文不再重复。随着研究工作的不断深入和工程实践的开展，我国先后颁布了多部有关钢管混凝土结构设计方面的规程，如JCJ01-89《钢管混凝土结有不少应用实例，如辽宁邮政枢纽大楼（23层）、深圳诺德金融中心大厦（40层）管内混凝土纵筋管内混凝土纵筋管内混凝土纵筋和深圳卓越皇岗世纪中心项目（最高63层）等，取得了良好的建筑效果和经济效益［2～3］。图1给出了典型的钢管混凝土叠合柱截面形式，目前工程应用较多的管外混凝土D0箍筋内钢管管外混凝土B0箍筋内钢管管外混凝土B0箍筋内钢管是图1b的截面形式。訳圆套圆訴方套圆訵方套方本文首先简要介绍钢管混凝土（叠10图1典型的钢管混凝土叠合柱的截面形式DiDiDi有大量的工程实例。2010年11月第11期郭明等：钢管混凝土（叠合）柱在超高层建筑结构中的应用NOV2010No．11构设计与施工规程》、CECS28∶90《钢管混凝土结构设计与施工规程》（修订中，征求意见稿已出、电力行业标准DL-5085T-1999《钢-混凝土组合结构设计规程》给出了圆钢管混凝土结构设计方面的规定；国家军用标准GJB4142-2000《战时军港抢修早强为了适应工程实践的需要，由清华大学和辽宁省建筑设计研究院主编，2005年颁布的《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》（CECS188∶2005）［2］使得叠合柱在实际工程中的应用更具可操作性。型组合结构技术规程》给出了方钢管混凝土结构设计方面的条文；CECS159∶2004《矩形钢管混凝土结3相关工程实践介绍构技术规程》给出了矩形钢管混凝土结构设计方面的条文；DB29-57-2003《天津市钢结构住宅设计规程》中也给出了钢管混凝土结构设计方面的规定。福建省标准DBJ13-51-2010《钢管混凝土结构以上介绍了钢管混凝土（叠合）柱研究和设计规程方面的相关内容，以下简要介绍典型实例。钢管混凝土（叠合）柱在高层建筑应用实例很多，限于篇幅，本文仅介绍笔者参与设计的一些相关工程。技术规程》可适用于圆形和方、矩形钢管混凝土结构3.1深圳华润中心（二期）君悦酒店（如图3a）的设计计算。规程在构件承载力计算公式方面采用了文献［1］的研究成果，给出了构件在压弯扭复合受力状态下的承载力计算公式：2.40（1·N+a·M）2.4+（T）2=1jNudMuTu2.40［-b·（N）2+c·N+d·M）］2.4+（T）2=1NuNuMuTu式中相关参数详见DBJ13-51-2010规程，该规程中对钢管混凝土结构设计有较全面的相关条文。文献［11］在文献［1］的基础上，推导了钢管混凝土偏压扭短柱的承载力简化计算公式，方便实际工程中常用的钢管混凝土短柱的承载力复核计算。钢管混凝土叠合柱自面世以来，我国的学者就对其静力性能、反复荷载作用下的抗震性能等展开了较深入的研究工作，如辽宁省建筑设计研究院的结构设计大师林立岩教授在上世纪90年代将叠合该工程位于深圳市，地下室共3层，其中A栋为42层超高层酒店，总高度193m，裙房2层，高17.5m，结构高宽比19321.92=8.8。考虑到施工周期和综合经济效益，酒店主体结构采用框架-核心筒的混合结构体系，外框架柱采用了方形和矩形截面钢管混凝土柱，并在钢管内浇筑自密实高性能混凝土，进一步发挥组合柱的综合优势。该工程组合柱最大截面为1300×1300，钢管内浇筑C60混凝土。3.2厦门海峡交流中心二期工程（如图3b）该工程位于厦门市思明区会展北片区，高48层，建筑总高215m（大屋面高205m），1层层高6.0m，2～5层层高5.2m，设备层层高4.5m，标准层层高4.1m。建筑1~5层带局部裙房，建筑边长44.6m，首、2层主要为大堂，3～5层为商业用途，17层、33层为设备层，其他为办公楼层，该塔楼整体的高宽比为215.044.6＝4.82，首层核心筒为19.2m×22.15m，高宽比215.019.2=11.2。该工程组合柱采用了圆形截面钢管混凝土柱，最大截面f1150，管内浇筑C70混凝土。柱应用于超高层建筑结构中［12］，图2给出了清华大3.3深圳卓越皇岗世纪中心（如图3c）学钱稼茹教授实验获得的钢管混凝土叠合柱在往复荷载作用下的滞回曲线，可见叠合柱具有较好的抗震性能。该工程位于深圳市福田区益田路与金田路之间，紧邻金田路，总建筑用地30667.7m2，总建筑面积42.4万m2，主要由4幢塔楼及裙房地下室组成，1#、2#、3002001000-100-200P（kN）3002001000-100-200P（kN）4#塔楼为超高层建筑，主体高度分别为280m、268m和180m，3#塔楼为高层建筑。裙房地面以上共4层，总高为20.5m，作商业用途，总建筑面积约4.6万m2。地下室共3层，负3层地面标高-14.5m，总建筑面积约87200m2，主要用于停车场，部分用于放置设备。在该项目1#、2#、4#塔楼外框架柱中采用了钢管混凝-300-60-40-200訳CCS1204060△（mm）-300-60-40-200訴CCS2204060△（mm）土叠合柱，其截面形式为图1b，最大截面为1400×1400，钢管内外浇筑C70混凝土。图2钢管混凝土叠合柱的滞回曲线［13］11a.当NNu≥2j3h姨1-（TTu）2时：b.当NNu＜2j3h姨1-（TTu）2时：2010年11月第11期广东土木与建筑NOV2010No．11结语5钢管混凝土（叠合）柱具有承载力高、抗震性能好，随着相关研究的不断深入开展和工程实践经验的积累，这类组合柱在工程实际中的应用将更訳深圳君悦酒店图3訴厦门海峡交流中心訵深圳卓越皇岗世纪中心钢管混凝土叠合柱部分应用实例建筑效果图加广泛。本文介绍了相关研究和部分工程实例，希望能起到抛砖引玉的作用。4钢管混凝土（叠合）柱应用有待解决的问题参考文献为更好地推广钢管混凝土（叠合）柱在工程实际中的应用，笔者认为以下几个方面的研究工作亟待开展。［1］韩林海.钢管混凝土结构-理论与实践［M］.北京：科学出版社，20074.1钢管混凝土（叠合）柱与钢筋混凝土节点设计［2］CECS188∶2005钢管混凝土叠合柱结构技术规程［S］目前对钢管混凝土（叠合）柱构件的力学性能和设计方法进行了较为充分的理论分析和实验研究，但对目前较常采用的钢管混凝土（叠合）柱与钢筋混［3］黄用军，尧国皇，宋宝东等.钢管混凝土叠合柱在深圳卓越皇岗世纪中心项目中的应用［J］.广东土木与建筑，2008（7）凝土梁的连接节点的研究还不多见，提出传力可靠、构造简单的组合柱与钢筋混凝土梁的节点设计方法［4］JCJ01-89［5］CECS28∶90钢管混凝土结构设计与施工规程［S］钢管混凝土结构设计与施工规程［S］十分必要。［6］DL-5085T-1999钢-混凝土组合结构设计规程［S］4.2巨型钢管混凝土（叠合）柱设计方法随着超高层建筑结构的高度不断增大，实际工［7］GJB4142-2000程［S］战时军港抢修早强型组合结构技术规程中采用的组合柱截面也不断增大，以往相关的实验均集中在截面相对较小的组合柱，而对于截面较［8］CECS159∶2004［9］DB29-57-2003矩形钢管混凝土结构技术规程［S］天津市钢结构住宅设计规程［S］大带来的“尺寸效应”的相关研究尚较为少见，尽快［10］DBJ13-51-2010（福建省标准）钢管混凝土结构技术开展大尺寸组合柱的试验研究和理论研究对确保巨型钢管混凝土（叠合）柱的结构安全有着重要意义。规程（福建省工程建设地方标准）［S］［11］尧国皇，黄用军，宋宝东等.钢管混凝土偏压扭短柱承载4.3采用自密实混凝土的钢管混凝土（叠合）柱的力简化计算方法研究［J］.广东土木与建筑，2007（10）相关设计方法目前还没有专门针对钢管自密实混凝土的设计规程，福建省标准DBJ13-51-2010指出了在钢管混凝土中可采用自密实混凝土，但未对自密实混凝土的配合比、拌合物性能、配合比设计和施工操作时具体注意事项作进一步说明，因此有必要在大量研究成果和工程实践的基础上，制定钢管自密实混凝土相关设计规程或条文。12［12］林立岩，李庆钢.钢管混凝土叠合柱的设计概念与技术经济性分析［J］.建筑结构，2008（3）［13］钱稼茹，康洪震.钢管高强混凝土组合柱抗震性能试验研究［J］.建筑结构学报，2009（4）［14］谭伟，黄用军，尧国皇等.某超高层酒店结构体系的选型［J］.哈尔滨工业大学学报（增刊），2007［15］尧国皇，黄用军，宋宝东.深圳卓越·皇岗世纪中心项目二号塔楼结构抗震设计［J］.钢结构，2009（7）高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点摘要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优"概述钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层，图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混!+）凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、［!］耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点。由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。!好世界广场大厦"新中国大厦图"$合银大厦#赛格广场采用钢管混凝土柱的高层建筑高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究［!，"，#］和实践经验，而对异型截面柱的研究则比较少，的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。应用也还不很多。钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，!钢管混凝土柱!""!年#月第#期容柏生：高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点1@A!""!AB)#加，柱的轴压力就越大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比（!"!#$"）的要求，同时混凝土的强度等级只做到#$"或再高一些，所以柱的截面很大，甚至达到了占用过大使用面积，影响建筑功能和观感的地步。为了解决这一矛盾，结构设计中开始使用钢管混凝土柱来代替普通钢筋混凝土柱，由于其承载力高，柱的截面就可以大大缩小。例如原来截面为%&’%&的钢筋混凝土方柱，可以用直径为()$&或者更小的钢管混凝土圆柱来代替，加上钢管混凝土柱的延性好，对抗震更为有利，因而效果十分显著。此外，钢管（包括节点构造部分）可以在工厂预制，质量更有保证。在施工中还可以省去钢筋和模板的安装，安装好的钢管又可以兼作楼盖模板的支承，使施工得到简化和加速。因此，高度较大的高层建筑很多都采用钢管混凝土柱。钢管混凝土柱的另一重要用途是用于多层地下室的逆作法施工。高层建筑通常都带有地下室，随着建筑高度的增加，由于各种需要，地下室的层数一般都有%、*层或者更多。地下室的施工难度较大（主要是基坑开挖及支护结构）且工期长，影响建筑物投入使用的时间。为缩短建设周期，地下室采用逆作法施工是很有效的办法。但多层地下室的逆作法施工，关键是如何先构筑成支承上部结构的临时竖向构件，这时钢管混凝土柱就成为主要角色，当根据柱位用冲、钻或挖孔的方法做成柱基础后，就可以直接把预制好的相应于地下室深度的整根钢管（包括支承地下室各层楼盖的节点）吊装就位，即成为既是建造上部结构的临时性也是以后永久性的支柱。之后就一边往下逐层施工地下室，一边往上逐层施工上部结构，完全省去了整个地下室的施工期。广州新中国大厦有+层地下室，采用上述方法施工，当地下室施工完毕时，上部结构已施工到%"层，缩短工期达半年之多［,］。钢管混凝土柱的截面形式以圆形为主，但由于建筑设计或者结构上的需要，有时也有必要采用其他型式的截面如方形、矩形、-形或.形等的异形柱。此外，随着工程的实践，还发展了一些变种的柱。下面把已成功应用于实际工程的各种不同类型的钢管混凝土柱作一简单的叙述。%)(圆形截面柱圆形截面钢管混凝土柱是最基本也是应用最多的形式。根据约束混凝土的受力机理，环形截面的钢均匀的向心力，而钢环自身在核芯混凝土的向外钢管挤压力作用下，则只有环混凝土柱向拉力（图%），因而约束效果最显著（相对也是最核芯混凝土外包经济的）。所以在条件许钢管可时应该优先采用圆形截面柱。对圆形截面钢管图!约束作用示意图混凝土构件的应用，我国已有*"多年的历史，特别在/"年代，开展了系统的研究，在构件的工作状态、计算理论和设计方法等方面都取得了丰硕的成果［(，%］。在此基础上，国家建筑材料工业局于(0/0年发布了1#1"(2/0）》［3］，中国工程建设标准化协会(00%年发布了《钢管混凝土结构设计与施工规程4#5#6%/70"8》［+］等。这些规程既给出了计算方法，也提供了构造做法。目前我国钢管混凝土柱的设计均以这些规程作为依据，通过长时间的实践，证明这些计算方法是合适的，构造做法也是得当的。根据#5#6%/70"的规定，圆形截面钢管混凝土柱的轴向承载力设计值!9与套箍指标%有关，%的计算式为%:";&;"!&!，!9的值等于核心混凝土的承载力乘上一个提高系数（(<!<!），规程要求套箍指标%限制在")*=*)"之间，按此计算，当不考虑细长比和偏心率影响时，钢管混凝土柱的总承载力是核心混凝土部分承载力的()/=+),倍，大小取决于钢管的壁厚，当取钢管直径与其壁厚之比’(:,"时，则提高系数约为%)3，即钢管混凝土柱的截面仅为普通钢筋混凝土柱截面的3%>，可见对缩小柱截面的效果是十分显著的。%)%异型截面柱钢管混凝土柱采用圆形截面虽然是最合理的，但从建筑和结构设计的需要来看?不可能千篇一律都是圆柱，总有需要用到其它截面形式的情况，如建筑平面不希望有凸出的圆弧，逆作法施工地下室时，支承筒体部分的地下支柱将来与实际筒体墙的结合需要等。根据钢管混凝土柱的受力机理，若钢管是由钢板变形直线段组成的几何图形，由于直线段钢板在核芯混凝土向外挤压时有弯曲变形，削弱了对核芯混凝土的约束作用（图*;），!《钢管混凝土结构设计与施工规程（（规程建议值）还要用到#形和$形截面的柱。为了更好地提高这类型柱的承载能力，提出了对异型截面钢管按一定间距设置拉杆以约束直线段钢板的弯曲变形，形成所谓带约束拉杆异型钢管混凝土柱［%，&（图］!’），并对这种柱进行了理论分析和构件试验。研究结果表明［%］，带约束拉杆的异型截面钢管混凝土柱，外包钢管和核芯混凝土能牢固地结合，协调变形并共同工作，由于约束拉杆对直线段钢板变形的约束，钢管对核芯混凝土能起到较好的约束作用，使核芯混凝土的轴向承压能力得以提高，其整体轴向承载力大于钢管和核芯混凝土各自承载力的简单代数和，提高系数约在"()*)(%之间，随板件宽厚比的减小，特别是拉杆间距的减小（即加密拉杆）而增加。上述研究结果表明：异型截面虽不如圆形截面好，但在工程有必要时还是可以采用的。新中国大厦地下室逆作法施工中，钢筋混凝土核芯筒的地下临时支承用的就是这种柱（图+），地下室施工时补上所缺的墙段就成为完异型钢管混凝土柱整的筒体。该建筑上部的公寓和住宅，为避免柱外凸，也采用了小型的异型柱。不过上述应用和研究都还是初步的，对其承载力的计算方法和构造处理，尚后补钢管混凝土墙需继续探讨。图!异型钢管混凝土柱应用示例)(!其他形式的柱利用钢管混凝土柱的优点，在工程实践中还创造了一些其他形式或作用的柱型。介绍下面几种：!钢管混凝土核芯柱提高普通钢筋混凝土柱的混凝土强度等级是缩小柱截面的方法之一，但当提高到,&-或,.-时，由于高强混凝土脆性大，使构件延性差，轴压比控制更严，达不到缩小柱截面的效果。为此提出了在高强混凝土柱的核心处设置直径较小的钢管混凝土芯柱力。实践还证明，由于芯柱尺寸较小，使节点区的梁柱配筋构造相对比较简单。"钢管混凝土叠合柱叠合柱的形式与上述的核芯柱完全一样（图%），所不同的后叠合是通过改变施工工序来改善其受力状况以达到最佳效果。做法是：安装核芯钢管!浇灌管内混凝土!以它作为支柱安装图$叠合柱楼层模板!施工若干层楼盖（要在柱边处留后浇孔）。当核芯柱承担的轴力达到其设计轴力的"+*"!时，浇灌外围混凝土使之叠合成整体。这样做的目的是人为地使核芯柱承担较多的轴压力，从而降低外围混凝土的压应力水平（外围混凝土一般承担柱总轴力的"左右）；核芯柱受外围钢筋混凝土部分的约束，可不考虑长细比和荷载偏心率的影响，承载能力高；外围钢筋混凝土部分承担轴力小，基本不受轴压比控制。试验表明，叠合柱与普通钢筋混凝土柱相比，在水平力作用下，其延性系数可提高!-0*&-0。这种柱的受力状态是合理的，用材也较省，但增加了施工的工序和难度，一般只宜用于底部的部分楼层。#复合型钢管混凝土柱复合型钢管混凝土柱有：$在钢管混凝土柱内再布置型钢（图&1，&’），其承载力可以在原有钢管混凝土柱的基础上再得到提高，主要用于柱截面受到限制而又必须承担大荷载的情况。%用双重钢管［"&（图］&2），主要用于对已有钢管混凝土柱的补强和避免使用过厚钢板的情况。上述各种复合形式，除特殊情况外，一般很少使用。!钢管混凝土柱的梁柱节点钢管混凝土柱应用中，作为柱本身已经比较成熟，但除了柱自身外，还有它与楼盖的连结问题。柱通常都直接支承楼盖的梁（主梁、框架梁、转换梁等），因此钢管混凝土柱与楼盖的连结基本上是梁柱节点问题（当钢管混凝土柱支承无梁楼盖时例外）。这个节点应该把梁与柱在该处结合为一个整体，具有足够的刚性和强度，传递和协调被连接杆件的变形和内力，作为抗震需要，还要有足够的强度、刚度和延性，使其破坏晚于被其连结的杆件。按照目前的做法，钢管混凝土柱是竖向贯通的，其自身的连续性和轴向力、剪力和弯矩的传递不成问题。但由此梁却不能穿越柱，因此如何在节点处把梁连结到柱就成为节点设计的主要考虑。现行有关规范虽已提出了一些基本的构造形式［!，"］，但随着高层建筑的发展，特别是变化多样的结构布置和新结构体系的出现，那些节点形式已远不能满足设计的需要。为此，不少设计和研究单位都先后提出了许多不同形式的新型节点，并进行了试验研究，而且多数都将之应用到实际工程中。目前已被应用的节点形式可以说是多色多样，下面仅就主要类型作一扼要介绍。#$%与钢结构连结的节点当钢管混凝土柱支承钢结构楼盖时，其节点属于钢与钢的连结，构造上比较简单。典型的做法是用焊于钢管上的连接腹板（或下牛腿）和加强环与钢梁连结［!，"（图］&）。这是规程’(’)*&+,-提供的方法。加强环有上环和下环，用于传递弯矩；连接腹板用于传递剪力，它可以是穿心的或不穿心的，前者便于浇灌管内混凝土，但会造成钢管的附加应力，而后者则相反。这种节点适应性很强（包括梁平面布置!标高和截面变化），传力明确而可靠，可通过计算保证其强度，刚度也很好，但用材较多且制作较困难。图#用加强环和连接板连结钢梁示意出了几种新的节点做法［%%］，意图采用单一构件同时传递弯矩和剪力以使构件简化。其形式有加劲锚肋板和内加强环等（图,）。这两种节点比规范提供的方法构造简单，但梁的内力主要通过钢管混凝土柱来传递。这些节点已被用于赛格广场，效果很好。加劲锚肋板内加强环钢梁连接段钢梁连接段内加强环加劲锚肋板钢梁连接段钢梁连接段"加劲锚肋板式#内加强环式图"与钢梁的连结以上几种节点形式均经理论和试验研究，且已用于实际工程，是行之有效的形式。我国钢结构高层建筑而又采用钢管混凝土柱的为数尚不多，因此没有发展更多新的节点形式。#$*与钢筋混凝土楼盖连结的节点钢管混凝土柱支承钢筋混凝土楼盖时，由于它支承的梁既有混凝土也有钢筋，构造上比较复杂，而且可能的形式亦较多。在工程实践过程中，不少设计和研究单位提出了各种不同形式的连结方法，而且大多数都进行了理论和实验研究，不少已用于实际工程。综合起来大概有下面几种［%-（为了统一和区分，］本文中各种节点的命名为笔者按形式给予的，与原创作者的命名或其他文献的提法不一定相同，而对各种节点的看法亦仅为笔者个人的观点）。!变梁宽式和双梁式这两种节点主要采取避免钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱的梁宽放大直接连结。变梁宽式［"］（规范提供的形式，图%-）是把梁在靠近钢管处的梁宽加大，梁的钢筋从钢管边绕过，另暗牛腿加焊于钢管的短牛腿（可位于梁底或梁内）作为支承。双梁式［"］明牛腿（规范提供的形式，图$%变梁宽式节点双梁对钢管柱的梁分成两根分别位于柱两侧的梁，同样另加牛腿作支承。这两种节点均只需在钢管焊上牛腿，制作简单，避免暗牛腿了梁与柱的直接连结，楼盖施工与普通钢筋混凝土楼盖明牛腿无异，这是它的最图!!双梁式节点大优点，但却有一定的适用条件：变梁宽式适用于钢管混凝土柱的直径较小而梁钢筋又不多的情况；双梁式则需要建筑平面和结构布置的配合。另外，短牛腿若不穿心则会使钢管增加竖向应力并且易把钢管向外撕破，而穿心又会影响钢管内混凝土的浇灌。!穿心钢牛腿式用型钢穿过钢管（工字钢或双槽钢，管内一段割去部分翼缘）并焊牢，形成由钢管伸出的牛腿，梁的钢筋焊于牛腿上（图!"）。浇灌梁混凝土后，钢牛腿是暗藏的。这种节点把钢筋混凝土梁的内力全部传给钢牛腿，而钢牛腿又与钢管成整体，受力明确而可靠，适应性又强，外观与普通钢筋混凝土梁柱节点无异。缺点是制作相当麻烦（包括管内施焊），穿心的牛腿影响管内混凝土的浇灌，梁钢筋与牛腿现场焊接的工作量和难度大，近期采用的工程似不