淺談建筑工程中鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

王冰兄

（北京正東國際建筑工程設(shè)計有限公司，北京 100120）

所謂“鋼管混凝土”是“鋼管套箍混凝土”簡稱套箍混凝土。鋼管套箍混凝土的基本原理是利用橫向配筋，對受壓混凝土施加側(cè)向約束，使其處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，延緩其縱向微裂縫的發(fā)生和發(fā)展，從而提高其抗壓強度和壓縮變形能力。

1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工特點

根據(jù)構(gòu)造和施工工藝條件可將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工分為鋼管結(jié)構(gòu)的制造和組裝以及管內(nèi)混凝土的澆灌兩部分，整個工藝兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的特點。從鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的具體施工條件來看，其施工特點主要為。

1.1 管內(nèi)混凝土是在狹小的管道中澆灌的，由于結(jié)構(gòu)條件所限，混凝土的澆灌質(zhì)量難以檢查，當(dāng)采用人工澆灌并振搗時，只能依靠操作人員的責(zé)任心，加強振搗，仔細(xì)操作，確保管內(nèi)混凝土的密實。當(dāng)采用高位拋落無振搗施工法以及泵送頂升法時，都應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)的施工技術(shù)要求。

1.2 由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的管肢均較長，而且管肢中間通常不設(shè)澆灌孔，致使管內(nèi)混凝土一次施工高度較大，一般都在10m以上，國外最高已達100m。

1.3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)管肢的內(nèi)徑一般均不大于混凝土振搗器的有效作用半徑，約為振搗棒直徑的10倍左右。而且鋼管不漏漿，當(dāng)采用人工澆灌并振搗時，只要在施工中采用具有足夠振搗能力的內(nèi)部或外部振搗器，加強操作，并保證不間斷連續(xù)施工，混凝土的質(zhì)量是能夠得到保證的。

1.4 為避免鋼管外部焊接對混凝土燒傷的可能，對管外焊縫較為密集的部位應(yīng)先焊接，然后再進行混凝土的澆灌施工。竣工后，允許加焊必要的零部件，并應(yīng)采取相應(yīng)的措施減少局部高溫作用的影響口。

1.5 鋼管構(gòu)件的加工與一般金屬結(jié)構(gòu)制作稍有不同，如各附屬焊件與管肢多為曲面連接.結(jié)構(gòu)拼裝問隙不易保證，必須采用鋼管自動切割機或胎架安裝，才能保證制造質(zhì)量。

1.6 由于鋼管混凝土優(yōu)越的力學(xué)性能，近些年被用于高層和超高層建筑中，為了加快現(xiàn)場、施工進度.采用地上和地下層同時進行施工的逆作法施工，大大縮短了工期。鋼管構(gòu)件的制作優(yōu)先采用螺旋焊接管，也可使用滾床卷制符合要求的鋼管。為適應(yīng)鋼管拼裝后的軸線要求.鋼管坡口端應(yīng)與管軸嚴(yán)格垂直。在卷板過程中，應(yīng)注意保證管端與管軸線形成垂直的平面。當(dāng)采用滾床卷管時，應(yīng)特別注意直縫的焊接質(zhì)量，盡可能采用自動焊縫。當(dāng)采用手工焊縫時.宜采用直流焊機，這樣可以得到較為穩(wěn)定的焊弧，且焊縫的含氫量較低，這對具有雙向受力的鋼管是必要的。

2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

2.1 延性好

據(jù)有關(guān)實驗數(shù)據(jù)表明：鋼管混凝土軸向壓縮到原長的z/3，構(gòu)件表面己褶曲，但仍有一定的承載能力，可見塑性之好。在壓彎剪循環(huán)荷載作用下，水平力與位移之間的滯回曲線十分飽滿，吸能能力很好，基本無剛度退化。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模瑯?gòu)件的延性性能明顯改善。

2.2 抗震性能優(yōu)越

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。在這方面，鋼管混凝土構(gòu)件要比鋼筋混凝土構(gòu)件強得多。在壓彎反復(fù)荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線表明，結(jié)構(gòu)的吸能性能特別好，無剛度退化，且無下降段，不喪失局部穩(wěn)定性的鋼柱相同。但在一些建筑中，鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穩(wěn)定性，但還常發(fā)生塑性彎曲后喪失局部穩(wěn)定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優(yōu)于鋼柱。

2.3 施工方便

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時，鋼管可以作為勁性骨架承擔(dān)施工階段的施工荷載和結(jié)構(gòu)重量，施工不受混凝土養(yǎng)護時間的影響。該種結(jié)構(gòu)形式和鋼結(jié)構(gòu)相比零件少，焊縫短，可以采用構(gòu)造簡單的插入式柱腳，免去了復(fù)雜的柱腳構(gòu)造。和鋼筋混凝土柱相比，由于鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因此在澆灌混凝土?xí)r可以免去支模、拆模等工和料。鋼管還是“鋼筋”，它兼有混凝土柱中縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋之作用。從施工過程看制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工得多，而且便于澆灌。鋼管本身就是勁性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在施工階段可以起勁性鋼骨架的作用，節(jié)省了許多支撐構(gòu)件和腳手架，簡化了施工安裝工藝。

2.4 防火耐火性能好

鋼管混凝土的耐火性比鋼結(jié)構(gòu)好，由于鋼管內(nèi)填有混凝土，能吸收大量的熱能，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)低而比熱大，因此遭受火災(zāi)時管柱截面溫度場的分布很不均勻，越到中心，溫度越滯后，增加了柱子的耐火時間。

2.5 耐腐蝕性強

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(jié)構(gòu)少得多，抗腐和防腐所需費用比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省。

3 鋼管內(nèi)混凝土的施工

根據(jù)國內(nèi)外鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗，澆灌混凝土有以下幾種方法，即立式手工澆搗法、高位拋落無振搗法和泵送頂升澆灌法。

3.1 立式手工澆搗法

一般混凝土施工都是在構(gòu)件安裝就位，固定完畢并經(jīng)檢查無誤后，開始向管內(nèi)澆灌混凝土的，澆灌工作應(yīng)連續(xù)進行。在澆灌混凝上之前，應(yīng)先澆灌一層水泥砂漿，厚度不小于100mm，用以封閉管底并使自由下落的混凝土不致產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象。混凝土由鋼管上口灌人，井用振搗器搗實。鋼管管徑大于350mm時、采用內(nèi)部振搗器〔振搗棒或鍋底形振搗器等)振搗，每次振搗時間不少子30S，一次澆灌的混凝土高度不宜大于2m。當(dāng)管徑小于350mm時，可采用附著在鋼管外部的外部振搗器進行振搗，振搗時間不小于1min。外部振搗器的位置應(yīng)隨混凝土澆灌的進展加以調(diào)整。外部振搗器的工作效果，以鋼管橫向振幅不小于0.3mm為有效，振幅可用百分表實測。一次澆灌的混凝土高度不應(yīng)大于振搗器的有效工作范圍，，一般為2m-3m。

立式手工澆搗法施工速度較慢，且施工人員必須嚴(yán)格遵守操作紀(jì)律，才能保證混凝土的施工質(zhì)量。

3.2 高位拋落無振搗法

該法利用混凝土從高位順鋼管下落時產(chǎn)生的動能達到振實混凝土的目的，免去了繁重的振搗工作，是混凝土施工工程中的一個創(chuàng)舉。它適合于管徑大于350mm，高度不小于4m的場合。對于拋落高度不足4m的區(qū)段，仍須用內(nèi)部振搗器振實。

混凝土高位拋落無振搗法的關(guān)鍵是混凝土拋落后不產(chǎn)生離析現(xiàn)象，需要對混凝土的配合比提出特殊的要求，采用此法施工時，必須先進行配比試驗，確定合理的配合比和水灰比。要控制水灰比，適當(dāng)加大水泥用量，并摻適量的外加劑，以改變混凝土的內(nèi)聚性，增加附著力和流動性。

3.3 混凝土泵送頂升澆灌法

該法是在鋼管接近地面的適當(dāng)位置安裝一個帶閘門的進料支管，直接與泵的輸送管相連，由泵車將混凝土連續(xù)不斷地自下而上灌人鋼管。根據(jù)泵的壓力大小，一次壓人高度可達S0-100m。鋼管直徑宜不小于泵徑的兩倍。

結(jié)束語

工程實踐表明，現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)既是一種使用高強、高性能材料的結(jié)構(gòu)，也是一種具有高效施工技術(shù)的結(jié)構(gòu).鋼管混凝土內(nèi)混凝土的施工較鋼筋混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件的施工有許多優(yōu)勢。與鋼筋混凝土柱相比.由于鋼管混凝土柱沒有綁扎鋼筋，因而澆灌混凝土比現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱簡便;因管內(nèi)無鋼筋和鋼箍，澆灌容易且質(zhì)量容易保證。它必將為新世紀(jì)的國家建設(shè)和土建工程的技術(shù)進步發(fā)揮積極作用。

[1] 蔡紹懷.現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：人民交通出版社.2003.

[2] 徐占發(fā).鋼結(jié)構(gòu)施工[M].湖北華中科技大學(xué)出版社.2010.

[3] 周松盛，周露，陸霞.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工手冊[M].安徽：安徽科技技術(shù)出版社.2008.