周永綱　王龍賓　趙建宇

摘要：隨著裝配式建筑的推廣，鋼架結(jié)構(gòu)將在民用建筑中得以更加廣泛的應(yīng)用。文章以西南地區(qū)首例鋼結(jié)構(gòu)高層住宅為例，對(duì)比了軸壓條件下，鋼管混凝土框架柱和同標(biāo)號(hào)普通鋼筋混凝土柱在承載力方面的優(yōu)勢(shì)，描述了梁柱加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造，介紹了鋼管內(nèi)立式手工澆搗法澆灌混凝土過程中質(zhì)量控制的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土柱；加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)；立式手工澆搗法；高層住宅；民用建筑；鋼架結(jié)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU398 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.026

在我國綠色建筑理念快速發(fā)展的大趨勢(shì)下，裝配式建筑逐漸成為房地產(chǎn)行業(yè)新的發(fā)展方向。本項(xiàng)目為西南地區(qū)首例將鋼管混凝土應(yīng)用于裝配式住宅中的工程。其位于成都平原西南，Ⅱ類場(chǎng)地，7度抗震設(shè)防。建筑面積約7.8萬m2，地下兩層，鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。2棟22F和2棟25F的單體住宅采用鋼架結(jié)構(gòu)，建筑高度分別為69.3m和78.3m。梁、板和墻分別為H型鋼梁，鋼筋桁架樓承板和現(xiàn)澆泡沫混凝土輕鋼龍骨復(fù)合墻。本文以2#樓2層柱GKZ-1為例，分析該構(gòu)件在承載力方面的優(yōu)勢(shì)，描述了梁柱節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造方式和鋼管內(nèi)澆灌混凝土過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 承載力優(yōu)勢(shì)

本文僅考慮軸壓狀態(tài)下鋼管混凝土柱承載力，忽略偏心狀態(tài)和三維空間效應(yīng)影響。GKZ沿高度逐漸縮小管徑和鋼管壁厚，并且減小內(nèi)灌混凝土標(biāo)號(hào)，具體數(shù)值見表1。二層柱子GKZ-1的柱高為h為3.6m，柱長(zhǎng)和寬b均為600mm，鋼管厚度tw為30mm，內(nèi)灌混凝土強(qiáng)度為C60，鋼管選用Q345B。選取沿D軸線方向，以鋼框梁1來計(jì)算橫梁線剛度之和與柱線剛度的比值。GKL-1為Q345B熱軋H型鋼，規(guī)格為550×250×10×16。

根據(jù)規(guī)定，鋼管混凝土單肢柱的承載力按式（1）至式（6）計(jì)算。

式中：N0為鋼管混凝土柱軸心受壓柱的承載力設(shè)計(jì)值；θ為鋼管混凝土的套箍指標(biāo)；fc為混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Ac為鋼管內(nèi)混凝土的橫截面面積；fa為鋼管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Aa為鋼管的橫截面積；1為考慮長(zhǎng)細(xì)比影響的承載力折減系數(shù)；2為考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)，本文中取為1.0；le為柱的等效計(jì)算長(zhǎng)度；k為等效計(jì)算系數(shù)，本例中取為1.0；μ為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，通過查表計(jì)算本例為0.765。

聯(lián)立式（1）至式（6），經(jīng)計(jì)算GKZ-1的承載力Nu為42028kN。

如果采用同標(biāo)號(hào)的普通鋼筋混凝土柱承擔(dān)上述荷載，按照最大配筋率5%的限制，根據(jù)式（7）可以計(jì)算出，柱子截面邊長(zhǎng)為1000mm，配筋為48根直徑36mm的HRB500。

通過對(duì)比計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)承載力相同的情況下，鋼管混凝土柱的截面面積和比強(qiáng)度分別是普通混凝土柱的36%和2.01倍。對(duì)于2#樓而言可以減小柱子面積約83m2，而整個(gè)工程可以增加使用面積約412m2。這不僅可以增加住戶住宅使用面積，增加開發(fā)商的土地利用率，而且降低了混凝土材料的使用量，減輕了建筑的自重。在地震作用下，用更高的抗力來抵抗較小地震的效應(yīng)，使得住宅抗震性能更好。

2 梁柱節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造

按照節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理，鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)可分為剛接、鉸接和半剛接三種類型。本工程中不存在梁柱鉸接節(jié)點(diǎn)，而剛性節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同的構(gòu)造特點(diǎn)又可以分為加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)、環(huán)梁式節(jié)點(diǎn)、穿心鋼牛腿節(jié)點(diǎn)、鋼筋貫通式剛接節(jié)點(diǎn)和錨定式節(jié)點(diǎn)等5種類型。本文仍以2#樓2層的GKL-1和GKZ-1為例，其梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式如圖1和圖2所示。

從圖中可以看出，該連接方式為加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)。H型鋼梁上下翼緣開1/4圓弧口，腹板通過雙排8個(gè)10.9級(jí)M22螺栓與鋼管混凝土柱上前后兩塊厚度為8mm的連接板以摩擦型方式鉸接。其中，高強(qiáng)螺栓行與列的間距均為75mm。翼緣再由現(xiàn)場(chǎng)的單邊V形焊與外加強(qiáng)環(huán)焊接在一起。嚴(yán)格而言，該連接方法應(yīng)該屬于半剛性連接。當(dāng)受到設(shè)防等級(jí)烈度的地震作用時(shí)，節(jié)點(diǎn)處剛性V型焊接處首先斷裂消耗部分能量，然后摩擦型螺栓可以使梁端在平面內(nèi)上下轉(zhuǎn)動(dòng)，卸去彎矩，再次消耗地震能量。對(duì)于鋼管混凝土柱，由于在梁上下翼緣處均設(shè)置間距為550mm的內(nèi)外加強(qiáng)環(huán)，因此為了傳遞剪力作用，在柱內(nèi)側(cè)3個(gè)方向焊接了厚度為6mm的加勁肋。在內(nèi)加強(qiáng)板上留置了直徑問為250mm的注漿孔和4個(gè)排氣孔用來灌注混凝土。

從節(jié)點(diǎn)的連接形式可以看出，需要在工地現(xiàn)場(chǎng)完成的工作只有：首先用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接H型鋼梁腹板和鋼管混凝土柱連接板；其次焊接連接板；最后將柱上的加強(qiáng)環(huán)和梁上下翼緣處焊接。因此與普通混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)相比，不僅工廠化、預(yù)制化程度極高，而且施工快捷方便，還避免了節(jié)點(diǎn)處鋼筋過密，混凝土澆筑振搗不密實(shí)的隱患。

3 澆灌混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)

鋼管混凝土柱在工程應(yīng)用過程中，涉及到了工廠加工、拼裝組合、吊裝和澆灌混凝土等階段。國家鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范或技術(shù)規(guī)程明確規(guī)定了各階段施工的方法和允許誤差。該構(gòu)件澆灌混凝土常采用的有泵送頂升法、立式手工澆搗法和高位拋落無振搗法。

泵送頂升法指的是在鋼管接近地面的適當(dāng)位置留進(jìn)料孔，用泵車的輸送管直接從下往上壓入混凝土的施工方法。管內(nèi)空氣可以從柱上端排氣孔逸出，并且依靠自重足以使混凝土密實(shí)，從而省略振搗過程。該工藝適用于鋼管直徑800mm以下、混凝土強(qiáng)度C60以下和頂升高度小于60m的工況。

高位拋落無振搗法指的是從鋼管上端投入混凝土，利用下落勢(shì)能達(dá)到振搗目的的施工方法。其適用于管徑大于350mm且高度小于4m的工況。

立式手工澆搗法指的是混凝土從鋼管上口灌入，且用振搗器搗實(shí)的施工方法。該工藝只要求管徑大于350mm，且可以排除混凝土灌入時(shí)裹挾的氣泡。

從梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造可以看出，本工程采用了立式手工澆搗法。在澆筑過程中控制要點(diǎn)如下：（1）混凝土中粗骨料的直徑為1～4cm，塌落度為2～4cm，水灰比小于0.45；（2）為了避免澆筑過程中粗骨料產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，應(yīng)先澆灌一層10～20cm厚與混凝土同等級(jí)的水泥砂漿；（3）每次振搗時(shí)間不小于30s，澆筑高度不宜超過2m；（4）當(dāng)混凝土達(dá)到鋼管頂端稍溢出時(shí)，隨即將封頂板電焊。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%后，再按要求補(bǔ)焊；（5）用敲擊鋼管法或者超聲波法檢查澆灌質(zhì)量。對(duì)不密實(shí)部位，采用鉆孔壓漿法補(bǔ)強(qiáng)，然后將鉆孔補(bǔ)焊封固。

相比于普通鋼筋混凝土框架柱，該構(gòu)件施工時(shí)省去了支模拆模過程，且工程質(zhì)量更加易于控制。

4 結(jié)語

本文以西南首例應(yīng)用鋼管混凝土柱的住宅建筑為例，分析了該構(gòu)件的承載力優(yōu)勢(shì)，得出了同一承載力下，鋼管混凝土柱的截面面積和比強(qiáng)度分別是普通混凝土柱的36%和2.01倍，且具有更好的抗震性能；描述了梁柱加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式，介紹了澆灌混凝土過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)，從中可以看出該構(gòu)件施工時(shí)方便快捷、工廠化程度高、質(zhì)量容易控制。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊有福.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程比較[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，32（5）.

作者簡(jiǎn)介：周永綱（1973-），男，陜西武功人，西安航天建設(shè)監(jiān)理有限公司高級(jí)工程師，研究方向：建設(shè)工程項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）