超高層框架柱方案選型及鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析

陳志強(qiáng)

摘要：在超高層建筑設(shè)計(jì)中，框架制的方案選擇是其工程項(xiàng)目中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，是保證整體質(zhì)量水平的基礎(chǔ)內(nèi)容。文章從不同框架類型的選擇上展開分析，并對(duì)其中鋼管混凝土柱的相關(guān)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論，在梁柱節(jié)點(diǎn)、混凝土密實(shí)度、澆筑方案、防火涂料幾個(gè)方面進(jìn)行深入分析，為相關(guān)的工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：框架柱；方案選型；鋼筋混凝土；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)發(fā)展尤為迅猛，其中的超高層建筑由于自身的外形結(jié)構(gòu)與建筑工藝的特殊性，成為了城市的地標(biāo)性建筑物，是一個(gè)城市發(fā)展水平的具體象征。所以，對(duì)其建筑方法以及框架柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)成為了該類工程項(xiàng)目研究的重點(diǎn)工作，必須從不同的選型方案展開分析。

一、超高層框架柱不同類型方案的比較

在超高層建筑的框架柱類型中，主要包括鋼管混凝土柱與型鋼混凝土柱兩種類型，為方案的實(shí)施帶來了可選擇性。但兩者在具體參數(shù)中有著明顯的差異性，力學(xué)特性、抗震、防火效果都有著明顯的不同。

在具體的應(yīng)用中，鋼管混凝土柱不會(huì)受到限制軸壓比的控制，抗彎曲的能力較強(qiáng)，同種條件下，與型鋼混凝土的方案相比較，在超高層框架柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著更為突出的性能優(yōu)勢(shì)，能夠盡最大可能的縮小橫截面積，以達(dá)到減少鋼材消耗的效果。同樣，這種力學(xué)上的優(yōu)勢(shì)水平，也延展到了抗震、防火效果上，充分發(fā)揮鋼材的延展性優(yōu)勢(shì)于混凝土的防火抗腐能力，使兩者的優(yōu)勢(shì)作用達(dá)到互補(bǔ)協(xié)調(diào)的效果，在建筑中發(fā)揮更強(qiáng)大的作用。

二、鋼管混凝土的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

（一）梁柱節(jié)點(diǎn)的選擇

整體框架結(jié)構(gòu)中，利用鋼性連接點(diǎn)將鋼管混凝土柱同鋼梁有效的組合起來，具體的連接點(diǎn)類型包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)與穿心節(jié)點(diǎn)三種不同類型。

外環(huán)連接方法，將負(fù)責(zé)銜接加勁板環(huán)繞在鋼管的外部。在應(yīng)用中，這種連接方式有著傳力可靠性的明顯特點(diǎn)，同時(shí)，由于加勁板的設(shè)置在外部，可以方便的進(jìn)行連接工作，并且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性特點(diǎn)，降低復(fù)雜程度為澆筑工作帶來極大的便利性。但這一方法的板材尺寸相對(duì)較大，在厚度上也有著一定需要，對(duì)鋼材的質(zhì)量要求較為嚴(yán)格。

相較于外環(huán)連接，內(nèi)環(huán)連接防范是將加勁板置于鋼管內(nèi)部，并相應(yīng)的設(shè)置排氣孔，以方便混凝土的建筑工作。在具體應(yīng)用上，加勁板尺寸較小使其成為最明顯的特點(diǎn)，也由于外部不設(shè)置加勁板，所以不會(huì)對(duì)幕墻等建筑外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成影響，相對(duì)要求也比較低。具體的內(nèi)環(huán)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，是依據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)而定的，常在大于等于1m的柱型中應(yīng)用。

穿心節(jié)點(diǎn)是在內(nèi)環(huán)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，將鋼梁翼緣置于鋼管內(nèi)部。這一技術(shù)特點(diǎn)保留了減少鋼材消耗的優(yōu)勢(shì)，使得力量的傳遞更加準(zhǔn)確、直接，通過反負(fù)荷的作用，使其在具體的滯回、延性性能上優(yōu)于內(nèi)外環(huán)技術(shù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，這一方法，大多被應(yīng)用在同一直線的連接上。

（二）混凝土密實(shí)度與結(jié)構(gòu)控制

混凝土的密實(shí)程度，很大程度上影響著鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)特征，是保持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，完成設(shè)計(jì)要求的重要內(nèi)容。在工程項(xiàng)目中，為了更好的發(fā)揮出套箍效應(yīng)保證混凝土與鋼管的完美結(jié)合，必須重視以下兩點(diǎn)對(duì)其質(zhì)量的影響。一個(gè)是常溫條件下，混凝土收縮所產(chǎn)生的鋼管間隙。另一個(gè)是由于溫度上升混凝土產(chǎn)生的膨脹系數(shù)增加所導(dǎo)致的“空脫”現(xiàn)象。

為了有效地控制間隙的產(chǎn)生，應(yīng)結(jié)合水泥摻和、養(yǎng)護(hù)、砂率、水灰比、添加劑等硬性技術(shù)條件，并在一定溫度范圍內(nèi)，通過合理的澆筑技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)綜合統(tǒng)籌的控制效果。為了更好的對(duì)密實(shí)度進(jìn)行控制，應(yīng)選用免振搗的混凝土，并合理的配置骨料與水質(zhì)。在進(jìn)行施工前進(jìn)行合理的足尺試驗(yàn)，以保證方案的可行性和合理性，防止造成塌落。

另外，要在施工的時(shí)間上進(jìn)行控制，避免在冬季進(jìn)行施工，防止由于外界溫度造成的混凝土膨脹現(xiàn)象。在必要的情況下，可以對(duì)鋼管進(jìn)行加溫操作，通過溫度預(yù)應(yīng)力起到收縮、緊箍的效果。

（三）混凝土澆筑方法

鋼管混凝土的建筑方式主要有以下兩種。第一種是高位拋落法，這種方式利用重力原則，將自密實(shí)的混凝土從較高的位置順著鋼管流下，自上而下的實(shí)現(xiàn)澆筑的效果，不需要相應(yīng)的振搗方法進(jìn)行輔助。另一種是利用泵送機(jī)的頂升方法，利用高壓泵機(jī)的作用，將混凝土自下而上的壓人鋼管，最終填滿為止，也不需要相關(guān)的振搗操作。

由于用鋼量特點(diǎn)的影響頂升法更加適用于內(nèi)環(huán)連接方式，并且在氣孔的作用下，可以使?jié)仓柟痰幕炷撩軐?shí)度得到保障。另外，即便是在拋落法的操作中也因?yàn)闅饪椎淖饔茫瑴p少產(chǎn)生間隙的幾率。

在頂升法的應(yīng)用中，有著明顯的效率優(yōu)勢(shì)，可以很好的提升整體澆筑的進(jìn)度水平，并靈活的在已完成樓板處開展工作，盡可能的減少拋落法在高空作業(yè)中帶來的風(fēng)險(xiǎn)，使安全l生得到有效保證“。

（四）防火涂料選擇

防火安全，是高層建筑中重點(diǎn)的工作內(nèi)容，必須得到相應(yīng)的重視。對(duì)于鋼管混凝土柱的施工操作，更應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化防火工作，根據(jù)相關(guān)工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防火噴涂操作。具體的措施方法可以運(yùn)用砂漿包覆、涂料、防火板能措施。

以涂料為例，在進(jìn)行選擇時(shí)要充分分析膨脹性特點(diǎn)，并以具體的鋼管混凝土材料的直徑對(duì)其厚度進(jìn)行控制。注意，相對(duì)直徑較大的框架柱防火性能更強(qiáng)，適當(dāng)?shù)牟捎梅阑鹌峄蚴桥蛎浶头阑鹜苛线M(jìn)行操作，可以減少施工完成后的外層裝飾，并使整體尺寸相對(duì)減少，控制成本消耗。

防火涂料的使用和選擇，大大的增加了超高層框架柱的安全性能，保證了整體工程項(xiàng)目的安全指標(biāo)。另外，通過對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)、混凝土密實(shí)度、混凝土澆筑方式的控制，使得關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)得到了質(zhì)量的保證，在提高整體建筑質(zhì)量水平的同時(shí)，促進(jìn)了施工技術(shù)的完善，是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/p>

（作者單位：北京都林國(guó)際工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司）