钢管混凝土柱论文范文

钢管混凝土柱论文篇1

1、引言

随着国内高层建筑如雨后春笋般拔地而起，异形柱由于其在建筑功能方面的优越性而被广泛采用。异形柱结构体系提高了房屋的实用性和美观性，室内分隔灵活多样，避免了普通矩形框架结构存在柱角外露的缺陷，便于家具布置，改善室内观瞻。随着经济的发展，人们生活水平的改善，具有广阔的发展前景。

然而，钢筋混凝土异形柱在研究、推广以及实际工程应用中暴露出一些问题：对水平荷载的方向性非常敏感，荷载作用方向不同，构件及体系的承载力存在较大差异，设计时需取最不利的荷载作用方向；为保证柱子延性要求，需较多的配置箍筋并严格限制轴压比；异形柱现场浇筑复杂，梁柱节点配筋较多，混凝土浇筑质量难以保证；节点截面较小，抗剪承载力有时难以满足要求，在高层建筑及高烈度地震区的应用受限，存在很大的局限性[1]。（《混凝土异形柱结构技术规程JGJ149-2006》对异形柱结构房屋使用最大高度给出了严格的限制，（见表1）明显小于方、矩形柱的适用高度（见表2），比如7度（0.15g）情况下，异形柱框架结构适用的房屋高度为18m，框架剪力墙结构为35m，而方、矩形柱框架结构的适用高度为50m，框架剪力墙结构为120m，远远大于异形柱结构的房屋适用高度）因此要使异形柱结构得到更为广泛的应用，在层数更多的建筑以及抗震烈度更高的地区得到推广，必须研究如何在不显著增大柱截面的情况下提高柱子承载力、刚度及抗震性能[2]。

由于钢管混凝土柱抗震性能优越，于是异形钢管混凝土柱便应运而生。异形钢管混凝土柱（截面形式如图1所示）就是将混凝土灌入由钢板焊接而成的异形钢管中，使钢管与核心混凝同承受荷载，同时钢管对混凝土的套箍作用约束核心混凝土的横向变形，提高了混凝土的抗压强度，改善了混凝土的延性性能，进而使得异形钢管混凝土柱的抗震性能远远优于普通异形钢筋混凝土柱的抗震性能。本文基于国内外专家学者对异形钢管混凝土柱的前期研究工作，对其进行分析汇总，多方面介绍了有关异形钢管混凝土柱的力学性能和抗震性能及工程应用现状，总结了异形钢管混凝土柱今后的研究方向和发展趋势。

2、异形钢管混凝土柱

研究现状及分析

在我国，圆形、方形和矩形钢管混凝土规程已出台，但对异形钢管混凝土研究较少。主要局限于哈尔滨工业大学、同济大学、华南理工大学、西安建筑科技大学、天津大学等一些高校的专家学者关于异形钢管混凝土柱的轴压性能、偏压性能、抗震性能、延性性能、滞回性能、节点的力学性能等方面的试验研究以及相当的理论分析，已经有了一定的研究成果，但目前的研究成果还不够系统和成熟。

华南理工大学对带约束拉杆的T形、L形钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究，对构件的受力过程进行有限元分析，分析带约束拉杆异形钢管混凝土柱的受力机理，提出带约束拉杆异形柱的轴心受压承载力和偏心受压承载力的计算方法[3-5]。得出以下几点比较有意义的结论：没有约束拉杆的异形钢管混凝土柱，钢管对核心混凝土尽管有约束作用，但并不十分明显，在达到承载能力极限状态时钢管已经发生外部鼓曲，钢管的强度在未能充分发挥之前，试件即发生破坏，所以柱子的强度提高并不显著；约束拉杆对钢管有明显的约束作用，延缓钢管局部屈曲，改善内部混凝土的受力状态，提高混凝土的承载力，延性也得到很大提高，且约束拉杆布置的越紧密，对异形钢管混凝土柱的有利作用越明显。异形钢管混凝土柱受力不均匀，因而刚度要小于普通方、矩形截面柱。

除此之外，同济大学的沈祖炎等，同济大学的吕西林，及哈尔滨工业大学的杨远龙等，分别就异形钢管混凝土柱的轴压承载力和构件与节点的抗震性能进行了研究。他们在异形钢管混凝土柱方面的研究，为我们进一步了解和研究异形钢管混凝土柱提供了宝贵的资料。

3、异形钢管混凝土柱应用现状

关于异形钢管混凝土柱在我国的应用，这里必须提及一种高层建筑施工的方法—逆作法，它是高层建筑施工中比较先进的施工技术，可以明显缩短施工工期。其施工工序如下：首先开挖基坑，以地下建筑物轴线或其他支撑墙体为基础，设置支护结构，然后打桩并浇筑承压柱，完成地面一层楼板面的施工之后，以地面一层楼板面作为支撑地下和地面以上同时开始施工。地下施工是从楼板面两侧向下开挖土方，并逐层浇筑混凝土，直至封底。与此同时，地上部分也逐层向上施工，直至工程结束。正是因为这样地下地上同时反方向施工，所以大大缩短了施工工期，有利于提高工程的综合经济效益[6]。

1998年，广州新中国大厦首次采用了异形钢管混凝土柱（图2）。该工程地下室占地7340m2，地下5层，地上51层。为做到全方位逆作法施工，地下室的核心筒剪力墙先不施工浇筑，设计中利用布置在核心筒剪力墙相交和转角等位置处的带约束拉杆异形（矩形、L形及T形）钢管混凝土柱作为临时支撑，地下室施工时再补上所缺的墙段就成为完整的筒体。由于设有横向约束拉杆，显著提高了异形钢管混凝土柱的延性和承载力，解决了其钢管壁侧向变形大的问题，同时增加了建筑的使用面积；带约束拉杆异形钢管混凝土柱与梁的节点连接进行了改进，使之构造更简单、受力更明确、施工更方便并且造价相对较低[7-10]。

此外，异形钢管混凝土柱也在江门中旅大厦、广州名汇商城、广州百货大厦新楼和广州名励大厦等高层建筑的建设过程中得到了成功应用。在我国5.12大地震灾后的重建工程中，方钢管混凝土异形柱结构作为一种新型结构在映秀镇渔子溪村的建设中得到了应用。方钢管混凝土异形柱是通过缀条或缀板连接单根钢管混凝土柱构成的，其截面形式如图3所示[11]。

4、异形截面钢管混凝土柱

静力性能的研究

目前对异形截面钢管混凝土柱静力性能的研究尚不充分，主要集中在以下几个方面：轴压偏压承载力研究，稳定性研究等。同济大学的吕西林，[12]对T形和L形钢管混凝土柱进行了低周反复荷载下的拟静力试验。试验中考虑了轴压比、钢管壁厚、混凝土强度等级对T形、L形钢管混凝土柱延性和极限承载力的影响。得出以下结论：L形、T形柱由于腹板受压造成钢板外鼓明显以致开裂，钢板屈曲部位出现混凝土压碎现象，造成钢管混凝土异形柱承载力下降；T形钢管混凝土柱随轴压比增加，极限荷载提高的幅度减小；L形柱极限承载力随轴压比增加而下降；钢管壁厚增加导致构件极限荷载和延性性能随之提高；两柱的延性都与轴压比负相关，即轴压比越大，构件的延性越差；混凝土强度等级提高对极限荷载增加很明显，而内部混凝土强度等级的变化对延性的作用效果不是十分显著。

同济大学的陈之毅、沈祖炎进行了轴压承载力L形钢管混凝土短柱的试验研究，分别制作了1根L形空钢管短柱作为对比试件，对6根L形钢管混凝土柱进行了轴压试验。影响试件的参数因素主要是宽厚比、肢长和有无加劲肋；最后分析和计算了钢管混凝土柱L形截面极限承载力，主要得出如下结论：短肢L形钢管混凝土柱属于压皱破坏，破坏时在柱高中部形成多个峰波；而长肢L形钢管混凝土柱破坏多发生在端部，变形发展不充分；加劲肋可提高短肢柱的延性，对长肢柱轴压承载力和延性无明显作用；L形截面钢管混凝土柱继承了钢管混凝土柱的特性，提高了试件的承载力和稳定性；钢管对提高短肢L形钢管混凝土柱的承载力作用显著，但对长肢柱没有明显影响。

武汉大学的杜国锋[14]等在考虑肢宽、肢厚、腹板宽度和管壁厚度等参数的基础上，对组合T形钢管混凝土柱轴心受压性能进行研究，通过轴心受压试验，考察试件的破坏形态，测得试件的荷载―变形曲线，分析各参数对钢管混凝土T形短柱轴心受压力学性能的影响。界定了长柱和短柱的长细比范围，得到短柱和长柱的破坏形态，探讨了钢管壁厚、钢材和混凝土的强度对柱的极限承载力影响。参考国内外有关矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和计算方法，在分析试验数据的基础上，建立了钢管混凝土T形短柱轴心抗压极限承载力计算公式，公式可供实际工程设计参考。

武汉大学的徐礼华[15]等对T形钢管混凝土组合柱的抗剪和抗弯性能进行了研究，考虑剪跨比、轴压比、套箍指标等参数对试件性能的影响，对试件进行静力加载试验，试验结果表明：试件的抗弯承载能力极限随钢筋强度的提高和钢管壁厚的增大而增大，混凝土强度等级和剪跨比对其影响并不显著，以结构塑性极限理论和经典力学为基础，建立T形钢管混凝土组合柱纯弯极限承载力的计算公式，试件的抗剪承载力随轴压比和套箍指标的提高而增大，随剪跨比的提高而减小，建立了组合T形钢管混凝土试件抗剪承载力的计算公式。

厦门理工学院的陈惠满[16]等基于平截面假定和钢筋与混凝土的本构关系，利用截面内力平衡，推导出包含任意截面形状的异形钢管混凝土柱刚度矩阵简便表达式。柱截面刚度为钢管和混凝土两部分刚度的叠加，该表达式清晰、简便，适用于任意材料本构关系。他们将文中公式分析结果与其它文献实验结果进行了比较，公式分析结果与实验结果正好吻合。由他们推导出的计算方法可用于异形钢管混凝土柱正截面承载力分析。

内蒙古工业大学的曹玉生[17]采用逐级增加曲率的方法，使用C++程序设计语言编制计算程序，对异形钢管混凝土柱进行非线性全过程分析。研究表明，影响异形钢管混凝土截面延性的因素有：荷载角，轴压比，含钢率，钢管等级，混凝土强度和截面大小。分析所得数据得：随着钢管强度等级的增加，截面的承载能力、曲率和延性均有所提高；随混凝土强度等级的增加，截面的承载能力增强，但是曲率延性降低。同时，对于异形柱截面，随着截面尺寸的增加，截面的曲率延性降低，承载力提高。在所有的截面曲率影响因素中，轴压比的影响最大。在同等情况下，十字形柱截面的延性最好，T形柱截面次之，L形柱截面延性最差。

哈尔滨工业大学的赵毅[18]对T形和十字形钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行了研究，分析了设置钢筋加劲肋对普通钢管混凝柱力学性能的影响；利用有限元分析软件ABAQUS模拟分析异形钢管混凝土轴压短柱的力学性能，并通过试验验证了理论分析结果的正确性，得出结论：钢筋加劲肋使钢板的力学性能得以改善；改变钢筋加劲肋焊点间距可以提高钢板的屈曲承载力；T形钢管混凝土中钢板对核心混凝土约束效果不显著，钢管在破坏时呈现明显的多波屈曲；钢筋加劲肋可有效延缓钢板屈曲的发生，改善柱子的延性；混凝土浇注质量对异形钢管混凝土柱比较重要；钢板屈服强度越高、截面含钢率越大、混凝土强度越低，异形钢管混凝土柱的延性越好（图4）。

哈尔滨工业大学的杨远龙[19]对T形截面钢管混凝土柱的抗震性能展开试验研究，试件为一根不加劲混凝土柱，一根加劲钢管混凝土柱和一根钢筋混凝土柱对比试件（如图5所示），对它们进行压弯滞回性能试验，探讨试件的破坏模式和滞回性能，分析了钢筋加劲肋的作用机理及钢管的约束作用。得出结论：钢管混凝土T形柱相比钢筋混凝土T形柱破坏程度小，初始刚度、屈服荷载大，耗能性能好，但延性相比钢筋混凝土弱；带加劲肋的钢管混凝土T形柱相比无加劲肋的力学性能有所改善，屈服荷载和极限承载力提高显著，延性改善不大；加劲肋的设置可能导致钢管过早发生变形，但不会对后期力学性能产生不利影响。

目前，对异形截面钢管混凝土柱的静力性能的研究以单一荷载作用为主，而弯剪扭复合受力方面的研究比较少，可以作为以后研究的重点。

5、异形截面钢管混凝土柱

节点研究

异形截面钢筋混凝土具有受力截面小，抗剪承载力低，是制约异形柱结构推广和应用的关键因素。有关异形截面钢管混凝土柱的节点可以借鉴方钢管混凝土柱的节点形式。目前，方钢管混凝土柱的节点形式主要有内加强板式节点、外加强板式节点、贯穿加强板式节点、内隔板式节点、外隔板式节点。针对目前异形截面钢管混凝土柱的实际情况，采用内隔板式节点比较好。（如图5）此为T形钢管混凝土柱与H形钢梁节点，主要由内锚固板、钢筋加劲肋通过焊接而成。其传力机理是：梁的翼缘传递弯矩，剪力由梁的腹板传递到柱，其中内锚固板主要是在钢梁受弯时，限制阴角的变化，防止钢管外部鼓曲。钢筋加劲肋主要增大腹板的抗剪能力，防止腹板受压区的屈曲，解决局部有较大压力的腹板稳定问题[20]。

西安建筑科技大学的葛广全[21] 对异形截面钢管混凝土柱-钢梁节点进行了试验研究，节点为贯通式，主要进行低周反复加载试验，分析比较肢高肢厚比不同的情况下节点的滞回性能、强度及延性、破坏特征，得出结论：T 形钢管混凝土柱-钢梁框架节点和普通钢结构节点一样，具有较好的延性和相同的破坏特征，滞回环饱满，耗能性能良好，具有较好的抗震性能；对于 T 形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点，在肢高肢厚比不大于 3 的情况下，节点的承载能力与肢高肢厚比是正相关的关系看，即随着肢高肢厚比的增加，节点的承载能力也会相应提高；焊缝质量是影响T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点抗震性能的关键。焊接不均匀产生的应力重分布会严重影响节点的稳定性。

北京工业大学的陈静、张玉敏[22] 主要进行的研究工作是低周反复水平荷载试验和节点冲切试验，试件分为2组10个模型相似比为1/2的异形钢管混凝土柱-板，试验内容主要包括节点的冲切受力特性、极限荷载、受力过程、开裂荷载、破坏荷载以及破坏形态等，利用试验中得到的数据画出试件的滞回环曲线、托板应变曲线、骨架曲线以及钢筋应变曲线。结果表明：我国《混凝土结构设计规范GB50010-2002》中公式7.7.1-1可用于异形板柱节点抗冲切设计，异形钢管混凝土柱-板铰接节点冲切承载力只比普通混凝土板柱节点高一点，不是十分明显；滞回曲线狭长，构件的延性比较好，铰接性能好，抗侧移能力强，符合《建筑抗震设计规范GB50011-2001》的要求，保证结构在大震中的安全。节点处托板应变可以近似看做弹性阶段，变形能力较好，节点承受的局部弯矩小，可有结构自身的内力与之平衡。异形钢管混凝土柱-板节点的性能与矩形钢管混凝土柱-板节点在滞回曲线、冲切承载力以及抗侧移等性能上相差不大，可用于大空间钢管混凝土柱板高层节能住宅结构体系。

西安建筑科技大学的侯文龙[23]等利用ABAQUS 有限元软件对钢管混凝土异形柱框架节点进行了非线性有限元分析，并且着重对影响节点受力性能的因素诸如肢高肢厚比，轴压比，钢管壁厚等进行了定性分析，通过计算得到了钢管混凝土异形柱框架节点的应力云图。将计算所得的结果与试验结果进行了比较，两者结果吻合。结果表明：异形柱框架节点受力明确，传力途径清晰，肢高肢厚比和轴压比对节点受力性能的影响较大。试验结果还表明，方钢管混凝土异形柱破坏时方钢管与混凝土均已达到极限强度，其整体变形和单肢变形都不明显，各肢变形相对比较协调。

异形截面钢管混凝土结构的推广和应用过程中，首先需要解决的是框架的节点问题。没有框架节点就不能形成完整的框架结构，节点的稳定性十分重要，在承受突加荷载、永久荷载及水平风荷载的组合作用下能使剪力和弯矩得到有效的传递，在施工中会更容易设置节点。所以，当前我们需要对梁-柱节点形式、力学性能、抗震性能等进行深入研究，这是钢管混凝土结构未来发展和应用的重中之重 [24-25]。

梁与钢管混凝土异形柱节点在承受地震荷载作用时，柱和框架梁传来的剪力、弯矩和轴力作用于节点部位，因为钢管的套箍作用使内部混凝土处于三向受力状态，大大增加了混凝土的抗压强度和承载能力，此时节点的受力情况不是单一荷载作用，而是更多处于剪力和弯矩的作用下。1980年以来，国内高校关于普通截面钢管混凝土柱和梁柱节点的抗震性能做了很多试验研究，积累了不少宝贵经验。国内外专家在新型节点研究工作中，一般都要考虑柱轴压比等对节点力学性能的影响，更合理地研究异形柱与梁之间节点的各种性能，他们利用静力、拟静力和振动台试验在节点模型的基础上得到节点的σ-ω曲线、承载能力标准值、设计值等数据， 然后比较节点在控制轴压比变化的情况下滞回性能、延性、耗能性能、破坏机理及破坏特征是如何变化的，以此作为评价节点力学性能的标准。

6、结语和展望

（1）异形截面钢管混凝土柱较之传统钢筋混凝土柱具有极限承载力高、延性好、抗震性能好、施工简便、经济效益好等优点，适用于抗震设防烈度更高的区域，在满足承载力和刚度要求，又不显著增大柱截面面积的基础上，可以做到内墙不外凸，增大了室内使用面积，较好地满足了建筑使用功能，是现代工程应用重要的结构体系，其应用前景十分广泛。

（2）对异形截面钢管混凝土柱的研究才刚刚起步，研究手段、试验方法很多还不是很成熟，没有形成系统的异形柱设计规范，有关异形柱承载力的计算方法较少，只是借助于试验数据的分析，得出承载力计算公式。

（3）对异形截面钢管混凝土柱在动力荷载作用下的动力性能研究较少，可以作为以后研究的重要方向。关于异形截面钢管混凝土柱节点尚不够成熟，节点的计算模型尚不明确，还没有一套完整的计算理论和设计方法，因此以后有关节点的研究工作可紧密围绕在这些方面，出台系统的全面的异形钢管混凝土柱的设计规程。

作者：苏忍，刘光烨，杨远龙，工作单位：兰州大学土木工程与力学学院

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钢管混凝土柱论文篇2

了解决的办法和实际应用中需要注意的事项。

Summary: Solutions and attentions in practical application， are raised to solve the problems of over limiting of reinforeced concrete column axle pressure ratio and section occurred in the calculation of archetectural structure.

关键词：程序，计算模型，轴压比，短柱，高强混凝土

Key words: Program, calculating model, axle pressure ratio, short column, high-strength concrete

中图分类号：TU7文献标识码：C文章编号：

抗震设计过程中，如果承担竖向荷载的钢筋混凝土柱轴力过大，其延性将变小，容易发生脆性破坏，使柱突然丧失承载能力，其危害性不言而喻。我国新《建筑抗震设计规范GB50011―2010》严格规定了钢筋混凝土柱的轴压比限值（见表1，适用于剪跨比大于2且混凝土强度等级不高于C60的情况），目的是为了使柱为大偏心受压，具有比较大的屈服后变形能力和耗能能力，增加建筑物的安全性。

多层建筑的高度比较低，荷载相对较小，一般不会因为要满足轴压比的限值而出现超大截面的“胖柱”。高层建筑则不然，进行结构计算时，底部若干层柱截面尺寸往往由轴压比控制，虽然纵向钢筋仅为构造配筋，而柱子的截面却非常大，对经济、美观、实用等指标均有不同程度的影响，甚至出现对抗震不利的轴压比限值更加严格的短柱。剪跨比不大于2时，轴压比限值见表2（对于剪跨比小于1.5的柱子，需要采取特殊构造措施，不在本文讨论范围之内）。通过降低建筑物高度、开间尺寸或使用荷载等方法，虽然能减小柱的轴力，却使工程达不到计划的目标。为了保证使用功能，又要符合规范的要求，在抗震计算中对轴力过大或轴压比超限的钢筋混凝土柱可以采取下述方法调整。

一．钢管混凝土柱

三维空间计算程序一般都支持钢管混凝土柱模型，可以直接输入。钢管混凝土柱能够在很大的位移下而不破坏，计算时没有轴压比的要求，因此可以达到减小柱截面的效果。其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。即管柱外部包裹钢管材料，管柱内部充填混凝土材料，因钢管壁对管内混凝土形成的刚性拘束作用，防止了管内混凝土的脆性破坏。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。钢管混凝土柱施工不需要模板，施工比较简单，制作过程中应严格依据规范和设计图纸的要求，采取切实可行的方法，并注意以下问题：（1）钢管卷制过程中及时调整，严格保证管端平面与管轴线垂直。（2）制订焊接工艺计划用于指导生产，控制焊接变形。（3）利用工具调整垂直度，保证钢管形心位置、垂直度满足设计和规范要求。（4）制订测量工艺，规定测试时间，减少日照景响，保证测量精度。（5）钢管混凝土柱按照现有规范规定，混凝土的实际强度对设计强度的保证率应超过95%，配合比设计还必须满足施工环境要求，包括坍落度损失的控制、可泵性、初终凝时间、早期强度等。

二．型钢混凝土柱

型钢混凝土(SRC)结构兼有钢结构和钢筋混凝土结构的优点,而克服其各自的缺点,是一种具有很好发展前景的结构形式。自有关规程颁布后,SRC结构在我国得到较快的发展。作为一种具有较好延性的结构 ,型钢混凝土组合结构在高层建筑中已逐渐被推广采用 ,《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》中均提出采用这种组合结构来有效地改善建筑的抗震性能。此类型柱一般不能在常用计算程序中直接输入，需要采用刚度等效变换为钢筋混凝土柱来参加计算，求出内力以后，再按照型钢混凝土柱设计方法进行截面计算。钢的屈服强度数倍于混凝土的轴心抗压强度，同样的轴压力作用下，型钢混凝土柱的截面小，并且有良好的抗震性能。但其节点核芯区构造比较复杂，施工技术要求高。

三．柱内核心钢筋承担轴力

在柱中部三分之一左右的核心部位配置纵向钢筋，即成为一种新的钢筋混凝土柱――核心配筋柱。用核心钢筋承担轴力优于用周边钢筋承担轴力。其原因是：周边钢筋需要抵抗弯矩的作用，而弯矩对核心钢筋的影响小；混凝土保护层开裂、剥落后，周边钢筋和混凝土的粘结削弱，而核心钢筋和混凝土之间仍有良好的粘结；核心钢筋不会发生压曲；即使混凝土破坏，核心钢筋形成的芯柱仍能抵抗竖向荷载，防止大震下结构倒塌。与型钢混凝土柱类似，柱内核心钢筋承担轴力需要在计算内力的基础上另行计算。

四．使用高强混凝土

这是在工程计算上最容易实现同时也是使用频率最高的方法，一般三维计算程序都可以很好地支持。

通常情况下，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土30%－40%；受弯构件可节省混凝土10%－20%。虽然高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于减少了截面、结构自重减轻，因此节省基础造价，地震力也大大降低，这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要的意义。再者，由于梁柱截面缩小，不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积。

高强混凝土的强度高，耐久性好。但与一般混凝土相比，比较脆，变形能力稍差，计算和设计中要采取相应措施才能使结构物在地震力作用下满足变形和延性要求，以保证其具有良好的变形能力。计算模型中应尽量减少出现小偏心受压的受力情况，计算结果中影响延性的主要数据有：轴压比，含箍率，剪跨比，纵筋含钢率等。《建筑抗震设计规范》对高强混凝土柱的抗震构造措施规定：不超过C60混凝土的柱轴压比可与普通混凝土柱相同，C65～C70混凝土的柱宜比普通混凝土柱减小0.05，C75～C80混凝土的柱宜比普通混凝土柱减小0.1；当混凝土强度等级大于C60时，柱纵向钢筋的最小总配筋率比普通混凝土柱大0.1%；同时，对箍筋也作了相应的要求。

无论采用何种方法进行设计和计算，都要综合考虑理论与实际、经济与技术相结合的措施。在软件计算上要可行，确保能够建立正确的结构模型，还要考虑施工的技术要求，保证工程的最终质量。

钢管混凝土柱论文篇3

关键词：截面不同 钢管混凝土 角点 承载力

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0062-01

本文对目前钢管混凝土结构常用的截面形式受力特点进行介绍，并对不同钢管混凝土极限承载力进行分析，以供工程实践参考。

1 常用截面特点

1.1 圆形截面

圆形钢管混凝土是目前研究最为充分的截面形式且在工程中应用也最为广泛。对于圆形钢管混凝土柱，混凝土受到钢管对其均匀约束作用。圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形式钢管混凝土构件。由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好，所以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件。对于大偏心受压构件来说，由于受拉侧钢管不能对混凝土约束，因此混凝土三向受压性能不能得到发挥。

1.2 方形截面

方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛，但是方形钢管对于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好，方形钢管混凝土的承载力明显低于圆形钢管混凝土。研究表明，方形钢管对于内部混凝土的约束可以分为两个部分：有效约束区和非有效约束区，二者的界限为一抛物线，有效约束区的混凝土极限抗压强度是高于非有效约束区，非有效约束区的混凝土所受到侧向约束是不均匀的。

1.3 八边形截面

采用圆形钢管混凝土时，在节点区域将会消耗大量的钢材同时给施工带来很大的困难，影响结构的整体经济效益。对于方形钢管混凝土柱，由于外钢管的四个角部分应力集中比较严重，易出现薄弱区域，特别对于抗震不利。同时当构件截面的钢管的宽厚比很大时，则要考虑钢管局部屈曲。采用八边形钢管混凝土结构不仅可以缓解方形钢管混凝土四角应力集中问题及局部屈曲，同时可以兼顾到圆形钢管的约束效果。八边形钢管对于混凝土的约束也分为有效约束区及非有效约束区，且二者界限也为一抛物线。但是由于八边形钢管其角点为120度相比于方形钢管混凝土角点90度，其尖锐性缓解很多，有效缓解了方形钢管混凝土角点应力集中问题，同时又兼顾了方形钢管混凝土梁柱节点的连接，相比于圆形和方形钢管混凝土结构具有一定的优势。各截面应力图如图1所示。

2 承载力计算

国内学者对不同截面形式的钢管混凝土的承载力进行了统一，提出不同截面的钢管混凝土承载力统一公式。其中哈尔滨工业大学查晓雄教授提出圆形和多边形钢管混凝土强度统一公式：

，

其中：是截面折减系数，圆形取，四边形取，八边形取。

根据工程中，钢材取Q235～Q420，混凝土取C30～C80，本文对多边形钢管混凝土其套箍系数进行折减，可以达到不同截面钢管混凝土承载力统一公式：，其中，。参考相关文献，利用该简化公式对不同截面钢管混凝土短柱进行承载力计算，计算参数及结果如表1所示。

其中ξ为套箍系数；σu为截面平均应力。

为了考虑到截面形式不同对钢管混凝土柱承载力的差异，计算试件计算共分为两组A1和A2两组。A1和A2组中三种截面钢管混凝土柱的截面面积是相等的，套箍系数和混凝土强度都是相等的，在此基础上计算出截面的平均应力σu。分别比较A1和A2组中的试件可以发现，在相同套箍系数情况下，圆形钢管混凝土截面平均应力最大，方形最小，八边形截面应力介于中间但更接近于圆形截面。纵向比较A1和A2里面试件，可以发现，A2中试件的边长是A1中的1.5倍，可以看出，当钢管混凝土柱的尺寸增大时候，以上规律仍然是存在的。

3 结语

（1）现阶段对于圆形及方形钢管混凝土柱的研究已趋于成熟。同等材料使用量情况下，圆形钢管混凝土承载力比方形及八边形的钢管承载力要高，但圆形钢管混凝土梁柱节点较为复杂，不利于工程应用。（2）方形钢管混凝土及八边形钢管混凝土柱角点存在着应力集中问题。从多边形发展趋势来看，多边形形边长数多可以有效缓解角点应力集中问题，同时也方便与梁柱节点连接。

参考文献

[1] 钟善桐.钢管混凝土结构[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1995.

钢管混凝土柱论文篇4

关键词：叠合柱 组合柱 理论与试验研究 工程应用及成果推广

1、钢管混凝土叠合柱概念的提出

一九九五年初，沈阳日报社大厦地下室工程施工中出现了问题。由于该工程与相邻的住宅相距为零，前者为高层建筑，地下室2.5层，埋深14m，后者为多层砖混结构，基础为浅基础，若地下室土方开挖必然影响后者的安全。基坑只有采取极为有效的内支护措施才能确保后者的安全。两个楼分属两个单位，关系十分紧张，后者不允许前者往其屋下打入锚杆，施工工期又很急。在此情况下，建设单位找我院进行技术咨询。辽宁省建筑设计研究院当时的总工程师林立岩设计大师率先提出采用半逆作自支护工法施工的创新理念。方案是在每个柱网的位置下沉钢管混凝土柱子，这种钢管混凝土柱子既是主体结构的垂直承重构件的核心部件，还在施工期间利用核心钢管混凝土作为深基坑内支护体系的竖向支撑构件。原来各层楼盖中的混凝土梁由上往下随土方开挖逐层先做出来作为内支护体系的水平支撑构件。待地下各层土方都完工后，再由下而上浇筑筏板基础和各层楼盖，这时在钢管再浇筑柱子的后期混凝土，无意之中形成“叠合柱”。后来果然按这一想法进行施工，整个过程非常顺利。上部结构建到10层后，建设单位要求原设计16层的大厦接建到24层，柱子也用叠合柱的计算原理进行加固设计。“叠合柱”的概念终于在1995年下半年产生了。

沈阳日报社基础工程的成功，鼓舞我们进一步完善“叠合柱”的概念，发现这种做法也可以在上部结构中应用。遂在1996年创造性地在辽宁省邮政枢纽大楼（23层，高96.9m）工程上作为试点工程加以应用，也很成功，当时提出一些构造措施，节点做法，施工方法和相应的计算方法以及与高性能混凝土的组合等[2]。继之在1997年又开展沈阳和泰大厦及沈阳市和平区地税局办公楼等两个高层建筑的试点工程，在1999年完成沈阳电力花园双塔高层住宅、沈阳方圆大厦、京沈高速公路兴城服务区跨线服务楼等试点工程。

这些试点工程的柱子均采用钢管内外的混凝土分期浇筑的叠合柱，采用高性能、高弹性模量混凝土，管内强度等级C80～C100，管外强度等级C50～C60，由于刚度分配合理，一般采用占截面1/3左右的核心钢管混凝土，承担约2/3左右的总轴力和绝大部分剪力与型钢混凝土柱比较截面混凝土的轴压比和剪压比明显减小从而整个柱子截面尺寸明显减少，剪跨比增大，柱子的延性和抗震性能显著提高，一般一个20层左右的高层柱子，断面可控制在600×600左右，从“材料强化”+“约束”+“组合”+“叠合”的全新成柱理念出发，终于产生革命性、颠覆性的技术突破。

我们感到对这种新的结构逐渐有了信心。为了稳妥起见，于1997和1998年请国内一些著名专家在大连和沈阳两地举行技术论证会，先后参加的专家有赵国藩、容柏生、钱稼茹、胡庆昌、蔡绍怀、方鄂华、吴学敏、吴波、李惠等。在大连的论证会着重研讨现代高性能砼在高层柱子中的应用；在沈阳的论证会着重研讨叠合柱概念的可行性和应用前景。该课题（钢管高强混凝土叠合柱结构）研究成果荣获1998年建设部科技进步二等奖。

专家的研讨论证，对钢管混凝土叠合柱这一课题给予充分的肯定，认为它符合我国国情，准确把握组合结构这一大方向，以超前的战略思维，顽强的科研钻劲，在短短的两三年内就搞出多幢叠合柱试点工程，每项工程起点都很高，均有所创新，结果都很成功；从概念的提出到原理的探讨，再到设计施工方案的制订都很令人满意。

专家还认为，钢管混凝土组合柱在国际上虽偶有应用，但理论研究深度不够，在高层中应用也不够成熟，在国内仍停留在SRC水平上应用；将“组合柱”概念延伸到“叠合柱”国际上还没有，是我国的自主创新，极有发展前景。专家学者鼓励我们继续以世界的眼光、超前的意识、全面策划，联合高校（主要有清华大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学）、设计单位、研究部门、施工及商品混凝土供应生产单位共同协作，进一步把这一课题做大做强。当时就确定以我院进行结构设计的沈阳富林广场工程作为进一步深入研究的试点工程。该工程的柱子和节点构造，均在清华大学进行结构试验，并以此为基础资料编制了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》（CECS188：2005）。由于该课题既符合抗震、安全的性能目标，又能减少混凝土墙、柱的尺寸，节约水泥和钢材，满足环保、低碳的要求，各类建筑工程都能适用，其研究成果将进一步提升我国建筑业的科技创新水平。

2、项目实施的几个阶段

2.1 1995年―2000年 从概念形成到原理探讨阶段

这阶段将本课题的许多理论问题分成专题，请高等院校进行专题研究，有钢管高强混凝土叠合柱的受力特点、抗震性能、受力变形特点、压弯构件的全过程分析以及构件（含节点）的设计方法等。期间各高等学校的许多著名专家都参加本课题研究并带出水平很高的博士研究生，如赵国藩院士及王清湘教授培养出陈周煜、张德娟等博士；王光远院士与李惠教授培养出王震宇、刘克敏等博士；钱稼茹教授培养出多名硕士后又培养出康洪震、江枣等博士。他们的研究成果和论文都取得了很高的水平。

这期间我国的钢管混凝土研究也进入总结成熟阶段，如蔡绍怀的极限平衡理论和钟善铜的统一理论都在这期间出版总结性专著，为本课题的基础核心构件的研究打下坚实的理论基础。

这期间，我省的现代混凝土研究也取得突破性进展。1995年我院与大连理工大学合作的“高强混凝土柱延性的试验研究”获省部级科技进步二等奖；我院与沈阳北方建设集团的“高强混凝土配制及应用”获部科技进步二等奖。C100级混凝土已开始在沈阳应用，至今已在七个工程中应用成功。特别是2002年建成的由我院设计的沈阳富林广场大厦，是我国第一个在钢管中采用C100级高强、高性能混凝土的超百米高层建筑工程，具有里程碑意义。这些都为进一步探讨钢管与混凝土的组合和叠合奠定了基础。

2.2 2001年―2005年 理论和方法逐渐成熟，形成《规程》[1]阶段

在前一阶段试验研究和试点工程的基础上，已具备了编制国家设计施工技术规程的条件，在此之前我院和部分高校为了试点工程设计和施工技术措施，现在到了应加以综合总结和提高的时候。加上2000年开始，全国有许多地方都希望采用钢管混凝土叠合柱，迫切希望能编制出一本全国通用的技术标准。于是我们在2000年开始着手筹建编制组，由在这一领域研究和应用处于领先地位的清华大学和辽宁省建筑设计研究院担任主编单位，呈报中国工程建设标准化协会申请立项，2002年在中国工程建设标准化协会（2002）建标协字第12号文《关于印发中国工程建设标准化协会2002年第一批标准制、修订项目计划的通知》中正式批准。

在编制规范有丰富经验的钱稼茹教授的领导下，在编制过程中又进行了许多理论研究，明确证明了钢管混凝土叠合柱较钢筋混凝土和钢骨混凝土（也称型钢混凝土）柱具有更优良的抗压性能和抗震性能。同时进行了设计方法研究；补充了轴向受压试验，在轴压力和反复水平力作用下的试验、梁柱节点核芯区抗剪性能试验和钢管混凝土剪力墙试验等。

本规程于2005年审查通过并发行，编号为CECS188：2005，至今已发行一万余册，广受设计人员的欢迎。

2.3 2006年―2010年 从辽宁走向全国，成果推广阶段

《规程》发行后，设计、施工都有了依据，“钢管混凝土叠合柱”迅速风行全国。《规程》是2005年11月发行第一版，共5千册，三个月后即售完，遂于2006年3月第二次印刷，增印5千册，不久就发行了一万多册。可见市场对这本《规程》是很欢迎的。

随着《规程》的普及，叠合柱迅速从辽宁走向全国。目前粗略的统计，我国各大中城市中这期间已建了不少这种结构，有代表性的如上海陆家嘴的保利广场（30层，高134m）、重庆朝天门的滨江广场（53层，高205m）、广州珠江新城的A-1写字楼（35层，高151m）、深圳市中心的诺德金融中心大厦（40层，高183m）、南京鼓楼区的新世纪广场（51层，高186m）、成都国金中心办公大楼（50层，高236.6m）、沈阳金廊上的东北传媒大厦（43层，高184m）等。至于中小城市也有推广，辽宁省除沈阳外，大连、丹东、营口、鞍山、葫芦岛等市皆有实例，县级市大石桥也建设一幢16层的立德大厦。

2.4 2011年―今 成果扩展阶段

进入“十二五”，本课题研究的前期工作告一段落，将进入新的阶段，展望今后更美好的明天，有以下几项工作需要做：

2.4.1 近20年的研究和推广，取得了巨大成绩，也取得许多经验，特别是各地科研设计施工人员的创造性，提出许多改进意见，值得我们认真加以分析总结，使“钢管混凝土叠合柱”更加充实多彩。

2.4.2钢管混凝土叠合柱已被认定为“我国自主创新的一种结构体系”。在此基础上继续深入研究，发展创新结构理论，完善设计方法，扩大应用范围，创造更先进的性能指标，争取达到国际领先水平。

2.4.3进一步探讨在超高层建筑的重载柱中应用钢管混凝土叠合柱来替代“组合巨型柱”。建筑的高度不断提高，近来出现一些高度超过400m的超高层建筑，对超大承载力和超大刚度柱的性能要求很高，希望利用现代混凝土的卓越性能和与高性能钢管的组合、约束、叠合作用，做到柱子断面合理缩小，技术经济指标更加先进。

2.4.4随着国家新《抗震规范》的颁布，加上18年来叠合柱发展过程中总结起来的经验，为更好地发展这一新结构，急需修订新《规程》。各地涌现出一批有强烈开拓创新精神，能克服困难有顽强干劲的新人，应吸收其中造诣卓越者参加本规程的修订。

据文献记载，目前我国部分老专家已开始对叠合柱结构感兴趣，如陈肇元院士、魏琏研究员、容伯生院士、程文教授、江欢成院士、汪大绥设计大师、傅学怡设计大师、李国胜教授等都曾经在其主持或参与审查的工程项目中积极支持叠合柱方案。

3、主要研究成果

研究成果包括试验研究报告、钢管混凝土叠合柱结构技术规程、发表的论文，以及各地采用本《规程》设计的工程。这两大部分，详见“钢管混凝土叠合柱结构工程实录及论文摘引[2]”，这里仅对工程应用部分略作介绍。

叠合柱结构分两种，钢管内、外混凝土同期施工的也可简称为组合柱，不同期施工的则简称为叠合柱，本文分别介绍这两种柱的应用情况。

叠合柱诞生于沈阳，先后有15个塔楼采用混凝土不同期施工的叠合柱，沈阳以外后期有两个工程（分别在广州和大连）也采用叠合柱，其中超过100m高度的塔楼有四座，都是采用框架核心筒结构，分别是：

3.1沈阳富林广场大厦（34层，118m高），是我国第一个采用钢管混凝土不同期施工叠合柱体系的超百米高层结构，也是我国第一个采用C100级高性能混凝土的高层建筑。原方案为混凝土结构，柱截面最大为1300×1300mm，改用叠合柱后截面减为最大1000×1000mm，减小69%，2002年12月主体建成。

3.2沈阳皇朝万鑫大厦主塔楼（46层，177m高），是目前我国最高的不同期施工的叠合柱，最大柱断面仅1200×1200mm，管内用C100混凝土，管外用C60混凝土，2006年主体建成，2008年全部完工。

3.3 广州珠江新城A-1写字楼（35层，151.4m高），2008年完成设计，现已建成。

3.4 大连奥泰中心（42层，152m高），最大柱断面仅1100×1100mm，管内用C80混凝土，管外用C60混凝土，柱每延长米的总用钢量（包括钢管、纵向钢筋、箍筋）为554kg。与同期送审的营口某大酒店（40层，171.6m高，框架核心筒结构）比较，后者采用型钢混凝土柱，最大柱断面为1600×1600mm，为前者的2.12倍，柱每延长米的总用钢量（包括型钢、纵向钢筋、箍筋）为1261.4kg，为前者的2.28倍。施工难度也比前者大。充分说明按本《规程》正确设计的叠合柱比型钢混凝土组合柱用钢量和用混凝土量都可以少一倍多。

在辽宁省采用组合柱建造的最高的建筑物为东北传媒大厦（43层，184.3m高）、大连海事大学双子星大厦（双塔楼，34层，149.9m高）、沈阳奥体万达广场（三个塔楼均为43层，129m高）。断面为原来的36%，东北大学科技楼工程原来混凝土柱断面为1000×1000mm，改用钢管混凝土组合柱后，柱子尺寸仅600×600mm，轴压比由0.7减少至0.5 ，结构的抗震性能大大提高，这说明组合柱不仅用之于超高层，在高层混凝土结构建筑中也同样经济适用。东北大学科技楼工程获全国建筑结构优秀设计奖。

3.5 我国高层建筑发展快的城市也开始采用钢管混凝土组合柱。除辽宁省外，比较有代表性的工程如下（均由各地设计院设计，截至2011年资料）：

3.5.1重庆环球金融中心大厦 框筒结构，地上70层，地下6层，高338.9m。

3.5.2重庆重宾保利国际广场 框筒结构，地上59层，地下6层，高259.5m。

3.5.3重庆联合国际 框筒结构，地上70层，地下5层，高270m。

3.5.4重庆天成大厦 框筒结构，地上60层，地下5层，高280m。

3.5.5重庆朝天门滨江广场 框支剪力墙结构，地上53层，高204.8m，获2006年全国建筑结构优秀设计一等奖。

3.5.6成都国金中心办公大楼 框筒结构，地上50层，地下5层，高236.6m。

3.5.7深圳诺德金融中心 框筒结构，地上40层，地下4层，高193.2m，获2008年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.8深圳卓越皇岗世纪中心

1、2、4号塔 框筒结构，地上57层，地下3层，最高塔楼280m，其次为268m和185.5m。均已建成。曾与型钢混凝土结构进行了详细的技术经济比较，最终选用钢管混凝土叠合柱。获2012年全国建筑结构优秀设计二等奖。

3.5.9上海保利广场 框筒结构，地上30层，高134m，已建成。获2012年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.10南京新世纪广场 筒中筒结构，地上51层，地下3层，高186m，已建成。

3.5.11深圳绿景纪元大厦 框筒结构，地上61层，地下3层，高272m，柱最大截面1400×1400 mm，已建成。

3.5.12天津富力中心双塔 框筒结构，地上54层，地下4层，高200m，柱最大截面1200×1200mm，已建成。

3.5.13上海新发展亚太万豪大酒店 框筒结构，地上32层，地下2层，高134m，已建成。获2012年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.14大连海创国际大厦 框筒结构，地上35层（不包括突出屋面的2层设备用房），地下3层，高149.95m，已建成。获2012年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.15重庆中国银行大厦 框筒结构，地上38层，地下2层，高192.1m。柱最大截面1500×1500mm，

3.5.16山东寿光凯宝皇都国际商会中心 地上40层，地下2层，总高192.1m。

3.5.17营口银行新总部大楼 框筒结构，地上46层，地下2层，高188.6m。

3.5.18深圳迈瑞总部大楼 框筒结构，地上38层，地下3层，高163.8m，最大截面1200×1500mm，已建成。

3.5.19重庆国际大厦 筒中筒结构，地上67层，地下5层，高273.1m。柱最大截面1500×1500mm，

4、 “十二五”期间，钢管混凝土叠合柱的应用发展趋势

4.1现代混凝土将向高强、高弹性模量、高性能方向发展。如何与钢材组合，形成更高效的结构，应是今后继续研究的方向；

4.2引导设计和施工人员将柱截面由“组合”向“叠合”提升，能充分发挥核心钢管混凝土的承载能力和轴向刚度；

4.3核心筒和剪力墙中也开始应用钢管混凝土叠合柱，可提高筒和墙的延性和抗剪性能；

4.4由于叠合柱具有竖向刚度大、轴压比小、延性大、长细比合格和截面小、自重轻的优点，非常适用于框筒或筒中筒混合结构中。最近重庆、天津、沈阳和上海等地又有一批超高层建筑采用叠合柱。这些工程，都在积极研究探索更有效的组合、叠合方式和节点构造做法，叠合柱的应用将登上新高峰；

4.5叠合柱不仅用于超高层，用于中高层甚至低层（如6层的装配式住宅工程，也可用预制250×250mm柱，内设Φ150钢管）也能显示其优越性。辽宁省的沈阳方圆大厦、和泰大厦、营口立德大厦、鞍山移动通讯大厦等工程都是一般高层，同样有效益；最近，我国交通部门在超高混凝土桥墩设计中采用钢管混凝土叠合柱，以提高桥梁结构的抗震性能；在超大跨度的拱桥设计中采用钢管混凝土叠合拱，分期施工拱肋和拱架，最后施工包混凝土，大大提高桥梁的刚度和承载性能。

4.6当前我国各地建筑业空前繁荣，各种结构体系、构件和做法呈现出激烈竞争的态势。“钢管混凝土叠合柱”作为自主创新的新兴结构体系，要不断完善自我，勇于面临竞争，迎接新的挑战。

我国现行的各种混凝土结构和钢与混凝土的组合结构体系，自己创新的东西不多，大都在国外的研究成果上作些修修改改加以应用。钢管混凝土叠合柱”既然已被认为“是我国自主开拓的结构体系”，近二十年的研究及应用也证明它有广阔的发展前景，就应当继续搞下去。我们曾在一些国际会议上宣读介绍了我们的研究成果，现在日本、台湾、新加坡、香港等地也已经开始关注我们的经验。沈阳市曾经是叠合柱结构的发祥地，曾在上世纪末热衷于设计叠合柱的单位而今已经很少搞叠合柱设计了，诞生于100年前的型钢混凝土结构，自上世纪80年代末期起欧美日等西方发达国家已经很少设计了，然而，型钢混凝土结构目前在辽宁省尤其是沈阳市作为新技术大量推广应用，这与国际先进设计理念形成很大反差。然而，在我国国内其他地方（如重庆、深圳、天津、大连等地），叠合柱结构设计正在不断创新和取得突破，获得了显著的经技术济效益。这一我们应抓住机遇，不断开拓进取，使我国钢管混凝土叠合柱结构体系的研究和应用继续保持国际领先水平。

本文撰写过程中，承蒙清华大学钱家茹教授提供技术信息及指导，在此表示衷心感谢。

参考文献

[1]国家标准化协会标准，钢管混凝土叠合柱结构技术规程（CECS：2005）.

[2]钢管混凝土叠合柱结构工程实录及论文摘引.北京：中国建筑工业出版社，2011.

钢管混凝土柱论文篇5

关键词：翼墙；钢管混凝土；Abaqus有限元；加固

0引言

近年来，我国频繁发生地震灾害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉树大地震；2013年，四川的芦山县大地震；2014年，新疆省于田大地震，我们对现有建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和构筑物在我们的长期使用中会出现各种各样的问题，如承载力不足、地基沉降、出现裂缝等[1]。为了能够正常使用，防止结构出现严重的损害，给人们带来财产、精神和生命上的危害，应该对建筑物及时的进行可靠度鉴定，并采取相应的措施对建筑物进行加固维修。钢筋混凝土框架结构加固的方法主要包括：外包钢法、粘贴纤维复合材料加固法、粘钢加固法、增大截面法、增设翼墙加固等[2]。本文将通过Abaqus非线性有限元模拟来探究钢管混凝土翼墙的受力性能。

1构件尺寸及模型建立

1.1构件的尺寸

本文模拟中选取如下的模型作为研究对象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，纵向钢筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B为钢筋直径），两侧的翼墙为钢管混凝土翼墙，用钢套箍将钢管混凝土翼墙的端部与钢筋混凝土柱固结在一起，其它部位没有连接，钢套箍为高度300mm，厚度为5mm。其中的一个构件的截面如图1.1所示。

图1.1 构件的截面尺寸

有限元数值模拟分别以钢管的厚度为参变量，对不同组的构件分别进行低周反复荷载作用下的模拟。其中L表示钢筋混凝土柱的长，B表示钢筋混凝土柱的宽；l表示钢管混凝土翼墙的长度，b表示钢管混凝土翼墙的厚度；n表示轴压比；t表示钢管的厚度。构件尺寸如表1.1。

表1.1 钢管混凝土翼墙加固构件模拟试件表

试件编号 L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）

JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3

JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5

JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7

1.2模型的建立

运用创建部命令件创建混凝土柱、混凝土翼墙、钢管、纵筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墙和钢管为实体单元，而纵筋和箍筋为桁架单元。如图1.2所示。

图1.2 模型建立

2不同试件的有限元分析

2.1试件的滞回曲线

在轴压比0.5时，翼墙中钢管的厚度为3mm、5mm、7mm的钢管混凝土翼墙加固柱的构件滞回曲线如图2.1所示。

图2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滞回曲线

从图2.1能够看出，在这组模拟中任何一个滞回曲线形状都表现为比较饱满的梭形，这反映了钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。

从这组的滞回曲线可以看出，钢管厚度t=7mm的加固构件的滞回曲线的峰值最大，t=3mm的加固构件滞回曲线峰值最小，说明钢管厚度越大钢管混凝土翼墙加固柱的极限承载力越大。随着加载的继续进行，滞回曲环的峰值出现了下降，不同钢管厚度下降的趋势也不同，钢管厚度为3mm的加固柱下降趋势比钢管厚度为7mm的加固柱下降趋势大，说明随着钢管厚度的增大钢管混凝土翼墙加固柱的延性增加[4]。

2.2试件的骨架曲线

在轴压比为0.5时，翼墙中钢管厚度为3mm、5mm、7mm的钢管混凝土翼墙加固柱的构件骨架曲线如下图2.2所示。

图2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲线

从图2.2可以看出，钢管混凝土翼墙中钢管厚度为7mm时加固构件的极限承载力值最大，钢管厚度为5mm次之，钢管厚度为3mm最小，说明了随着钢管厚度的增加钢管混凝土翼墙加固柱的极限承载力增大。

在骨架曲线的前期弹性阶段，钢管厚度为7mm的钢管混凝土翼墙加固的钢筋混凝土柱的斜率最大，说明随着钢管厚度的增加构件的弹性阶段的刚度增大，加载后期骨架曲线均有一段保持水平，表现出钢管混凝土翼墙加固柱具有良好的塑性性能；随着荷载继续加载，骨架曲线出现下降趋势，说明钢管混凝土加固钢筋混凝土柱的延性降低；钢管厚度为3mm的加固构件下降趋势大于钢管厚度为7mm的加固构件，说明了钢管厚度越大加固构件的延性越好[5]。

3结论

利用有限元软件ABAQUS以钢管厚度为参数建立的3个钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱模型，并进行了模拟分析，从提取的滞回曲线和骨架曲线上可以看出，钢管混凝土翼墙加固柱均具有较好的耗能能力及抗震性能。钢管厚度增加则构件的极限承载力增大，刚度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些参变量没有考虑进来，在以后的研究中将重点关注。

参考文献

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[2] 柳炳康，吴胜兴，周安.工程结构鉴定与加固[M].北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 张心令，王财全，刘洁平. 翼墙加固方法对框架结构抗震性能的影响分析[J].土木工程学报，2012

[4] 景悦.方钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析[D].河北工业大学学位论文，2008

[5] 孙修礼，梁书亭.钢管混凝土框架骨架曲线研究[J].地震工程与工程振动，2007

钢管混凝土柱论文篇6

关键词：钢管混凝土运用前景

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1、引言 钢管混凝土结构是在钢管内浇筑混凝土形成的一种新型组合结构，它兼有钢管结构和钢筋混凝土结构的优点，具有明显的结构优势。钢管混凝土结构适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求。随着“十二五”国家部分基础设施建设的迅猛发展，钢管混凝土结构已广泛用于房柱、构架柱、多层建筑中的墩柱、水工系列的闸门、渡槽以及公路和城市建设拱桥等过程中。

2、钢管混凝土构件分类。

按截面形式分为圆形、方形、矩形和多边形等。目前大多数工程建设领

常用前面三种。

3、钢管混凝土构件特点

3.1构件承载力高。在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，钢管约束了混

凝土延缓其受压时的纵向开裂，而混凝土却延缓或避免薄壁钢管过早地发生屈服。两种材料相互填补了各自的长处，整个结构的承载力约为钢管的核心混凝土单独承载力之和的1.6～1.9倍。

3.2塑性和韧性好、抗震性能强。单纯受压的混凝土常属脆性破坏，但管内核心混凝土在钢管的约束下，不但使用阶段工作时提高了弹性性质，扩大了弹性工作阶段，而且破坏时产生很大的塑性变形。此外，这种构件在承受冲击荷载和震动荷载时，也具有很大的韧性，因而抗震性能强。

3.3制作和施工方便。与钢管结构相比较，钢管混凝土零部件少、焊缝少，

而且柱脚构造简单，可直接插入混凝土基础的预留口杯中，免去了复杂的柱脚结构，由于管壁较薄，重量小，大大减轻交通运输和吊装工作，同时也取消现场配置电焊设备的投入。与钢筋混凝土相比较，免去了支撑模板、绑扎钢筋和拆模等工序，浇筑混凝土更为简单且不用担心浇筑时发生漏浆现象。

3.4耐火性能好。就城市建设而言，由于管内存在混凝土，能吸收钢管传来

的热量，从而使钢管升温滞后，故耐火极限高于钢结构，为抗火而增加保护材料用量也比钢柱省略。火灾后构件的滞回曲线较为饱满，没有明显的弯缩形象，这就说明钢管混凝土具有良好的火灾后抗震修复能力。

3.5经济效益显著。与钢结构柱子相比较，可节约钢材50%以上，所用钢材

不但价格较低，而且材质要求不高，焊接简单。由于管内有混凝土，防锈面积也可减少50%左右，更重要的是防锈费用低于钢结构；因为防火性能的提高，使防火保护材料用量减少，综合节约了成本。与钢筋混凝土柱相比较，不需要模板，节约混凝土50%以上。

3.5布局美观。钢管混凝土承载能力高，其界面可大幅缩小，解决了长期存

在的“胖柱”问题，使建筑物室内、室外空间更大，布局光滑而美观，提高了建筑物技术创新水平。

4、钢管混凝土研究

4.1理论研究。笔者从《建筑时报》获悉，我国对钢管混凝土结构的研究始

于20世纪50年代末。最早开始研究的是中国科学院哈尔滨土建研究所。从1963年开始，建筑材料研究院、哈尔滨土建研究院、冶金部建筑研究院等单位先后对基本构件的工作性能、节点构造及施工技术等方面进行了比较系统的试验研究。1978年，钢管混凝土第一次列入国家科学发展规划，由哈尔滨土建研究院主持。80年代后，哈尔滨建工学院等一批高等院校加入研究，经过大量的实验研究和理论分析，对构建承载力和变形性能及影响因素进行全面研究，比如桥梁柱护拦横梁得到了实用的设计计算公式：。

每根横梁跨中的弯钜（KN），P桥梁护拦承受的碰撞力（KN），L

横梁跨径，n横梁根数。1985年首届钢管混凝土国际学术研究会在哈尔滨举行，昭示着我国的钢管混凝土研究已处于世界前列。

4.2理论成果。目前，钢管混凝土计算理论根据对混凝土组合结构理解的不

同分为：4.2.1钢管混凝土式钢管与混凝土两种材料的组合结构，考虑钢管对混凝土的紧箍作用，利用极限平衡原理导出的计算公式，导出的公式多半是半理论半经验的。

4.2.2利用屈服准则，采用增量法逐步计算出钢管混凝土的荷载——位移曲

线，在此基础上确定各种力学指标，公式以回归居多。

5、钢管混凝土的发展应用概况

5.1生产及应用领域。1879年英国赛文铁路桥建造中采用了钢管桥墩，

在管内浇筑混凝土，以防钢管内壁锈蚀。此后，钢管混凝土在苏联、日本、美国、英国、澳大利亚、法国、比利时、中国等国家的水工、城市拱桥，高层或超高层建筑、工业厂房、送变电杆塔、设备构架、地下等工程应用。

5.2我国钢管混凝土的应用概况。60年代中期至80年代广泛应用。其特点

是从厂房柱开始推广到各种工业建筑中，同时结合工程需要，开始一些基础性和施工中遇到的技术问题研究。

5.3钢管混凝土应用领域。

5.3.1单层和多层厂房住，它与钢筋混凝土相比较，显得轻巧，还可以在全

部主体工程完成后进行，所以有利于缩短工期。

5.3.2设备构架柱、支架柱和渡桥柱，在各种工业用平台或构筑物中，其下

部支柱一般都承受轴压荷载，因而采用钢管混凝土柱十分合理。

5.3.3地下工程，这种工程的特点是荷载大，空间宝贵。钢管混凝土轴压承

载力大、截面小，可以节省空间。1969年建成通车的北京地铁北京站、前门站的站台柱率先采用了钢管混凝土柱，取得显著的经济效益、社会效益。

5.3.3送变电杆塔，这项工程大多数在野外，主要承受风荷载，浇筑混凝土

有些困难。近年来，有关设计单位研究出了薄壁钢管混凝土预制构件，它可以在工厂分段生产成形后运到指定位置安装。2011年浙江省湖州妙西500KN送变电即采用了薄壁钢管混凝土预制构件。

5.3.4桥梁工程，钢管混凝土桥梁得到广泛推广，主要各类型有：钢管混凝

土拱桥，1990年我国建成第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍大桥。连续钢构桥，这类桥型刚起步，实例有湖北省向家坝大桥，它是一座全焊钢管混凝土空间桁架连续钢构桥。斜拉桥，钢构混凝土桁架用于斜拉桥主梁可使桥梁轻盈，造价低，同时充分利用斜拉索作为顶推过程中的工作索，施工简单。实例有淮北市长山路斜拉桥。

6、钢管混凝土应用中的问题

6.1钢管混凝土耐火性研究问题。目前对钢管混凝土耐火性研究虽然取得较

系统的成果，但研究工作还仅局限于预制层次上。由钢管混凝土构成的超静定结构体系，火灾中单个构件抗力的下降必将引起整个结构体系的内力重分布，并且升温过程中材料的膨胀和降温过程中材料的收缩都会在体系内产生内力，甚至引起柱子的失稳和梁片的局部屈曲。因此，对钢管混凝土结构整体性能的研究成为耐火性研究的主要方向。为便于设计，目前一般都采用标准升温曲线，但标准升温曲线有时与真实火灾下的升温曲线相差甚远。为了真实反映火灾对结构的破坏程度，需要建立更为准确的大火燃烧模式，对不同截面形式的钢管混凝土荷载和温度共同作用下，在火灾升温和火灾后降温这一连续过程中温度即应力关系进行系统研究。

6.2节点改进问题。钢管混凝土梁住节点是钢管混凝土结构正常、安全工作

的关键。目前已有许多节点形式，但在工程实际应用中不尽人意，存在施工复杂、材料用量大、应用不灵活、理论与试验研究成果不完善等问题。因此，寻求新型的节点形式，使其具有承载力强、传力明确、受力合理、构造简单、施工方便达特征，成为目前钢管混凝土结构科研的主要方向。

6.3混凝土检测技术改进问题。钢管混凝土质量缺陷检测方法主要有小应变

法、直接钻芯取样法、超声波检测法、光纤传感监测系统等。在许多的检测方法中无论从结构完整性，还是经济适应角度看，无损检测是发展趋势，但它存在著精度不高的问题，在实际工作中应结合多种形式相结合才能得到更为准确的结果。

6.3钢管混凝土结构的养护问题。钢管混凝土在建成后，需要加强日常管理，

经常进行检查养护维修，比如混凝土成型12小时后及时浇水至少7天之内保持90%以上的潮湿度，发现有损坏表面、边角，及时进行采用同品质同强度的水泥砂浆进行修补，才能实现设计寿命。

7、结束语

钢管混凝土柱论文篇7

关键词:型钢混凝土；斜柱施工；施工方案；模板施工；钢筋安装；浇筑

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

型钢混凝土结构由于其承载能力高、刚度大、可承受构件自重和施工荷载及抗震性能好等优点，尤其是斜柱结构它可以应用到高层建筑中，为高烈度地区的建筑物提供可靠的抗震保证，因此，被广泛应用于建筑工程当中。为了确保型钢混凝土结构斜柱的顺利施工，这就要求我们对型钢混凝土结构斜柱施工技术有充分的了解，这样才能保证施工质量。

1 工程概况

某建筑工程总建筑面积50902m2，其中地上主体塔楼25层，建筑高度79.3m，是集超星级酒店、办公和商业服务于一体的高层建筑。

本工程主楼为框筒结构，即核心筒剪力墙加型钢混凝土柱和钢梁结构。塔楼框架柱共有16根型钢混凝土柱，其中8根为矩形柱，8根为斜柱。

2 工程特点及难点分析

塔楼共有16根型钢混凝土柱，其中8根为矩形柱，截面尺寸1400mm×2500mm，8根为∠形斜柱，截面最大尺寸4034mm，斜柱截面尺寸、配筋及钢梁牛腿分布如图1所示。

图1 斜柱截面

斜柱截面尺寸大且不规则，钢筋绑扎密度大，再加上柱内有型钢，大部分螺杆、拉钩及箍筋无法穿越，因此斜柱的钢筋绑扎、模板加固和混凝土浇筑难度很大，并且柱混凝土强度等级为C60，属高强混凝土，最大泵送高度238m以上，其混凝土的配合比设计、浇筑方法和可泵性控制是本工程施工的重点和难点。

3 施工方案选择

根据以上设计特点，本着保证施工质量和节约成本的原则，经过多次研究分析，对施工方案进行反复比较。

3.1 模板加固方案的选择

3.1.1 模板类型的比较和选择

斜柱模板一般采用爬模、定型大钢模、定型木模、散拼木模和钢模与木模结合等类型，其施工优缺点如下。

1)爬模施工速度快，模板施工完全不依赖塔式起重机的垂直运输；柱截面不规则，爬模爬升装置不易布置，柱距太大，无法实现整体爬升，且阴角部分模板退模困难，柱和楼板不能同时施工，增加施工难度。

2)定型大钢模柱成型效果好，施工速度较快；对塔式起重机的依赖程度大，由于内侧模板需要吊装，因此柱和楼板不能同时施工。

3)定型木模柱成型效果较好，施工速度较快；对塔式起重机的依赖程度大，由于内侧模板需要吊装，因此柱和楼板不能同时施工。

4)散拼木模对塔式起重机依赖小，施工简单灵活，柱和楼板可以一起施工；模板加固技术对成型效果影响较大，相对于其他类型人工费较大。

5)钢模与木模组合对塔式起重机依赖较小，柱和楼板可以一起施工；钢木结合模板形式加固困难，在结合部位存在混凝土漏浆问题。

由于本工程钢结构量较大，且楼板没有设计成压型钢板形式，就需要普通支模浇筑，因此2台塔式起重机的运输压力很大，再安装1台塔式起重机，无论是在使用效率还是经济效益都不合理；柱和楼板分开施工无论是钢筋绑扎还是柱混凝土浇筑都很困难，因此综合考虑采用散拼支模的形式。

3.1.2 螺杆安装方案的选择

斜柱模板安装采用螺杆加固，一部分螺杆通过在型钢的腹板上开孔形成对拉螺杆加固，另一部分螺杆无法穿过斜柱，一般可采取在型钢上焊接螺杆加固的办法，但螺杆不能周转使用，并且螺杆焊接后十分不利于柱箍筋的安装。经过研究和多次试验，采用在型钢上焊接特制的直螺纹套筒，待柱钢筋绑扎完后将螺杆拧进套筒，再将PVC管套上即可，PVC管内径和套筒外径吻合，防止混凝土进入PVC管内，混凝土浇筑完成后将螺杆拧出，周转使用。此种方案可节省螺杆32t，但此方案需注意PVC管管壁厚度≥2.5mm，以防止混凝土将PVC管压变形，使螺杆无法拔出。

3.2 混凝土施工方案的选择

3.2.1 混凝土配合比设计

外框柱混凝土强度等级为C60，属高强混凝土，混凝土配合比设计要求在保证混凝土强度的前提下，提高混凝土的泵送性能和混凝土成型效果。

经多次试验，将原来的水泥用量从450kg/m3调整为400kg/m3，粉煤灰、矿粉由原来的45kg/m3+45kg/m3调整为70kg/m3+70kg/m3，外加剂选型把JM-8调整为巴斯夫P818，并将外加剂用量由原来的9.90kg/m3增加为10.8kg/m3。利用粉煤灰、矿物掺和料的微填充效应，使混凝土中的颗粒分布更趋合理，混凝土更加致密，矿物掺和料的活性效应使混凝土的强度得以保证。

外加剂用量的增加增大混凝土的和易性，使混凝土的坍落度得到保证。JM-8属于纯萘系外加剂，其配制的C60混凝土黏聚性很大，不宜泵送施工，且混凝土的强度富余小。巴斯夫P818属于聚羧酸系外加剂，其配制的混凝土黏聚性小，具有很好的减水效果和保坍性，浆体与石子的包裹性好，石子在浆体中分布均匀，不分层、不离析，且强度富余大，混凝土收缩性小。从现场施工效果看，混凝土配合比调整后混凝土强度可以满足要求，混凝土的泵送性能和成型效果得到很大提高。

调整后C60混凝土配合比如下:水160kg/m3，水泥400kg/m3，Ⅰ级粉煤灰70.0kg/m3，矿粉70kg/m3，砂609kg/m3，石1100kg/m3，外加剂10.80kg/m3，配合比为水∶水泥∶Ⅰ级粉煤灰∶矿粉∶砂∶石∶外加剂=0.30∶0.74∶0.13∶0.13∶1.13∶2.04∶0.02。砂率为36%。其性能参数如下:初始坍落度210mm；坍落度经时变化，1h时210mm，2h时180mm；无泌水；密度2420kg/m3；含气量2.2%；凝结时间，初凝9h，终凝1.5h；7d抗压强度56.5MPa。

3.2.2 混凝土浇筑方案的选择

柱混凝土强度等级为C60，楼板混凝土强度等级为C35，混凝土需分开浇筑，由于上部已安装好的钢梁影响布料机使用，移动不方便，施工时采用泵管前段接软管进行浇筑，将相邻2个柱及周围楼板划为1个浇筑区域，首先交替浇筑2个柱混凝土，待柱混凝土浇筑50%后再浇筑本区域楼板混凝土，楼板混凝土浇筑50%后再将柱剩余混凝土浇筑完，接着再将本区域板混凝土浇筑完，然后接泵管浇筑下一个区域。柱周围用钢丝网拦截，防止柱混凝土流淌或板混凝土流入柱内。这样交替施工既可避免一次性将柱混凝土浇筑完造成模板侧压力过大，又可避免楼板因时间过长形成冷缝。

4型钢混凝土结构斜柱施工技术

4.1 斜柱模板施工

4.1.1 设计优化

斜柱阴角部分模板支设困难，且混凝土浇筑完后模板无法拆除。此阴角部位在建筑上无特殊使用功能。基于以上因素，在与设计单位沟通后将阴角优化为图2所示形式。

4.1.2 模板加固

模板加固采用定型钢箍，钢箍用100mm×100mm×5mm的方钢焊接制作，间距400～600mm。次楞采用100mm×100mm木方，间距≤300mm；面板采用18mm厚进口维萨板。钢箍分5部分，安装时用螺栓将各部分接头处连接好。

钢管混凝土柱论文篇8

叠合柱按照施工工艺分为同期施工和不同期施工。同期施工是指管内混凝土和管外混凝土同时浇筑;不同期施工是指先浇管内混凝土，待管内混凝土达到强度后，再浇管外混凝土。同期施工时，芯柱和管外混凝土同时承受竖向荷载，竖向荷载按构件轴向刚度分配。当不同期施工时，芯柱需超前承受部分竖向荷载，后浇筑管外混凝土的荷载再按照轴向刚度分配给芯柱和管外混凝土。因此，对于不同期施工的叠合柱，芯柱的抗压承载力可以得到极大的利用，进而提高叠合柱的截面承载力。将芯柱超前承受的轴力与总轴力的比值定义为叠合柱的叠合比［9］。采用Midas软件中施工阶段联合截面分析功能［10］对叠合柱的施工过程进行了数值模拟，分阶段激活钢管、钢管内混凝土和管外混凝土，确定了合理的施工方法。计算结果表明，对16层及以上的叠合柱采取同期施工且对15层及以下的叠合柱采取不同期施工，可以满足设计所要求的叠合比。当施工至19层时，开始从底层浇筑管外混凝土。理论上管外混凝土浇筑时间越晚则叠合柱的叠合比越大，因此管外混凝土浇筑速度不宜过快，原则上按照楼层每向上施工1层，管外混凝土向上浇筑2层的速度进行施工。叠合柱施工进度:①施工至19层时，下部叠合柱管外混凝土开始浇筑;②施工至22层时，下部叠合柱管外混凝土浇筑至第6层;③施工至24层时，下部叠合柱管外混凝土浇筑至11层;④施工至26层时，下部叠合柱管外混凝土浇筑至15层。叠合柱施工进度如图5所示。按照上述施工进度计划所得到的叠合比能够保证设计所需的叠合柱性能。底层叠合柱叠合比约为0.3，向上逐渐降低。15层叠合柱叠合比为0.15～0.20。

2钢管混凝土叠合柱施工技术

2.1钢管立柱安装技术工程中叠合柱的钢结构包括东、西2座塔楼地下4层至地上22层的16根660mm和780mm的圆形钢管以及南裙房地下2层至地上1层的6根边长900mm的方形钢管。钢管柱安装具体的工艺流程为:底板预埋柱脚钢管立柱定位吊装前准备工作(构件中心及标高标识、检查吊装设备工具、资料报验)钢管柱安装校正钢管柱验收。东、西塔楼的钢管柱按层分节，最大分节质量为2.8t，采用C6024塔式起重机吊装，臂长为60m，最大吊重为12t。南裙楼地下2层第1节和第2节钢管分别重9.8t和8.6t，采用80t汽车式起重机在栈桥上吊装。1层第3节钢管叠合柱重15.52t，采用50t汽车式起重机(8m幅度/最大15.6t)就近吊装，对汽车式起重机行走路线进行加固处理。所有钢管构件及配件均在专业工厂加工制作，再运输至现场安装。钢柱吊点设置在顶部，采用4根钢丝绳进行吊装。吊装前对焊接结合面进行包装保护，并对预埋件进行复测。首节钢柱吊装完毕后，通过垫铁组调节钢柱标高及垂直度，并及时对柱脚进行焊接及二次灌浆，灌浆混凝土为C60无收缩细石混凝土，厚度为50mm，如图6所示。在首节钢柱校正焊接完成之后才可继续向上安装上节钢柱。首节钢柱的顶面标高和轴线偏差、钢柱扭曲值一定要控制在规范允许值以内，在上节钢柱吊装时要考虑进行反向偏移回归原位的处理，逐节进行纠偏，避免造成累积误差过大。钢柱上、下节之间采用临时连接耳板连接。钢柱吊装就位后，先调整轴线、标高，再调整扭转，最后调整垂直度。钢柱校正时，需考虑预留钢柱焊接收缩量。工程中钢管柱材质为Q345B，壁厚16～46mm，焊接质量等级为C级，焊缝等级为全熔透一级。

2.2钢管外钢筋及节点域钢筋施工技术钢管立柱安装好之后绑扎钢筋。绑扎前在钢管上定位好箍筋间距，箍筋面与主筋垂直绑扎，并保证箍筋弯钩在柱上四角相间布置。为防止柱筋在浇筑混凝土时偏位，在柱筋根部以及上、中、下部增设钢筋定位卡。钢筋接头按照50%错开相应距离，箍筋绑扎开口方向错开。叠合柱混凝土模板采用槽钢或钢管进行加固，本工程柱尺寸最大为1100mm×1360mm，支模高度最大6.05m。柱模板采用18mm厚胶合板，外挂竖楞为50mm×100mm木方，间距200mm，柱箍采用槽钢或钢管配合14对拉螺杆，竖向间距为400mm(首步离柱脚200mm)，具体加固方法如图7所示。本工程中叠合柱节点采用穿筋节点。典型的节点如图8所示。立柱钢管在工厂加工时须按图纸要求留置穿筋孔。施工工艺流程为:梁底筋、面筋从下至上穿钢管孔、套筒接头连接梁箍筋绑扎穿梁腰筋绑扎梁底筋、腰筋、面筋拆梁钢筋支承架体。梁钢筋穿过钢管后不满足锚固长度要求时，在纵筋与穿孔管壁之间的缝隙应进行手工补焊。节点域钢筋绑扎好后现场施工如图9所示。

2.3钢管内、外及梁板混凝土浇筑技术叠合柱内的高强微膨胀混凝土采用汽车泵或塔式起重机配合浇筑。为了和下部混凝土更好连接，同时也为了避免浇筑混凝土时发生粗骨料弹跳现象，在浇筑前首先灌入约100mm厚的同强度等级水泥砂浆。管内混凝土浇筑时，采用导管下料，振捣棒直接振捣混凝土，每次振捣时间≥30s，确保一次浇筑高度≤2m。每节钢管内混凝土浇筑至距管口500mm。为防止混凝土在浇筑时因自由落体高度过大导致混凝土出现离析问题，保证混凝土能准确进入所需浇筑的区域，布料杆在其泵管出料口增加1道5m布料软管，软管出料口与管内混凝土距离始终保持在1m左右，既方便浇筑过程中对混凝土落点的控制又方便软管在混凝土连续浇筑的同时进行移动。为了实测混凝土浇筑时的温度，在钢管外壁开设钢筋孔洞，插入8钢筋，在钢筋上布置温度传感器。温度传感器通过布置在钢筋外侧的无线数据发射器将温度数据传输到测温设备中，实时测出管内混凝土的温度，如图10所示。由于叠合柱内混凝土强度等级与框架梁、板混凝土的等级不一样，因此在浇筑时需设置钢丝网片将两侧分开。对于同期施工的叠合柱，由于管外柱混凝土需等到管内混凝土、梁、结构楼板混凝土浇筑完成并达到一定强度等级后才能进行施工。对于不同期施工的叠合柱，管外混凝土需要达到设计要求的叠合比时方可浇筑。可见不论是同期施工还是不同期施工的叠合柱，管外混凝土均晚于管内和梁板混凝土的浇筑。因此，施工时预留121mm混凝土浇筑孔，钢管外混凝土采用预留浇筑孔浇筑，浇筑时利用振捣棒进行插捣，如图11所示。为确保钢管外混凝土节点域浇筑密实度，在节点域分别设置注浆孔和排浆孔，采用高压注浆技术对该部位进行补强。钢管内混凝土浇筑后，采用覆盖上部外露部分并浇水养护。管外混凝土浇筑后，采用覆盖塑料薄膜养护，柱脚用废旧模板进行保护。在冬期浇筑钢管内混凝土时，入管混凝土的温度应高于15℃。当室外气温低于5℃高于－10℃时，浇筑混凝土前应加热钢管并包裹覆盖。

3结语

钢管混凝土叠合柱具有承载力高、抗震性能好和施工较方便等优点，在我国高层及超高层建筑结构中具有广泛的应用前景。本文对钢管混凝土叠合柱研究现状及国内工程应用进行归纳，并结合某实际工程，采用Midas对施工过程进行了模拟，确定了满足设计叠合比的叠合柱施工进度。通过工程实践可得出如下结论。1)与型钢混凝土相比，叠合柱结构避免了大量框架梁纵筋穿越与焊接工作，可大大缩短工期。2)应合理利用叠合柱的叠合比，施工前应对施工过程进行分析以得到满足叠合比要求的叠合柱施工进度。3)通过对叠合柱钢管焊接、钢筋施工和混凝土浇筑等进行严格控制，钢管柱的安装整体偏差满足规范要求，叠合柱管内混凝土密实饱满，节点域和管外混凝土无质量缺陷，本文所述的叠合柱施工工艺和施工技术可为同类工程提供借鉴。