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關鍵詞：鋼管混凝土、承載力、塑性和韌性
中圖分類號： TU375 文獻標識碼： A
1 前言
鋼管混凝土（Concrete-Filled Steel Tube，簡稱CFST）構件是指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構件。按截面形式的不同可以分為矩形截面、圓形截面和多邊形截面鋼管混凝土結構，其中圓形截面和矩形截面鋼管混凝土結構應用較為廣泛[1]。
2 鋼管混凝土構件的特點
（1）軸壓承載力高
鋼管混凝土構件受壓時，由于產(chǎn)生緊箍效應，核心混凝土三向受壓，強度大大提高，鋼管延緩和避免了過早發(fā)生局部屈曲。兩種材料互相彌補了彼此的缺點，充分發(fā)揮了彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有較高的承載力。一般都高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土單獨承載力之和。試驗證明：對于圓鋼管混凝土，整個構件的抗壓承載力約為鋼管和混凝土單獨承載力之和的117~210倍；對于方形鋼管混凝土，則為111~115倍[2]。
（2）塑性和韌性好
混凝土的脆性較大，但核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時具有很大的塑性變形。試驗結果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時，往往可以被壓到原長的2/3，但仍沒有呈現(xiàn)脆性破壞的特征。這種結構在承受沖擊荷載和振動荷載時，也具有很好的韌性。由于鋼管具有良好的塑性和韌性，因而抗震性能好。
（3）施工方便，加快施工速度
與鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡便，鋼管內(nèi)無鋼筋，澆灌容易，振搗密實。近年來使用頂部拋落無振混凝土及泵送混凝土后，不但可以解決振搗時容易在管內(nèi)積存空氣的問題，也大大簡化了施工現(xiàn)場，縮短工期。
（4）耐火性能較好
由于組成鋼管混凝土的鋼管和其核心混凝土之間具有相互貢獻、協(xié)同互補、共同工作的特點，這種結構具有較好的耐火性能。鋼管內(nèi)灌有混凝土，能吸收大量的熱能，在遭受火災時管柱截面溫度場的分布很不均勻，因而增加了柱子的耐火時間。經(jīng)實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：達到一級耐火三小時要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/2～2/3。
（5）經(jīng)濟效果好
采用鋼管混凝土可以很好地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力，使材料得到更為充分和合理的應用，因此鋼管混凝土具有良好的經(jīng)濟效果。由于上述的優(yōu)點，鋼管混凝土被廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、橋梁建筑和高層建筑中。鋼管混凝土結構同樣具有缺點：①鋼管需采取防火措施，在進行構件承載力設計時適當考慮火災情況下的荷載系數(shù)。②鋼管接頭處需要現(xiàn)場施焊，若采用螺栓連接，需在鋼管接頭處設置可用螺栓連接的法蘭盤。與焊接的連接方式相比，采用這種方法時，節(jié)點的傳力效果相對較差。
3鋼管混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展
鋼管混凝土結構是在鋼結構的基礎上演變和發(fā)展起來的，鋼管混凝土做為一種結構構件形式早在19世紀80年代就已經(jīng)被人類設計應用。起初僅僅是用做橋墩，然后隨著科學技術水平的提高使它的應用范圍得到了很大的擴展。國外學者多年來對鋼管混凝土結構的力學性能和設計方法所開展的深入細致的研究工作，已取得豐碩成果，很多國家制定了有關鋼管混凝土設計規(guī)程或規(guī)范；在國內(nèi)，20世紀60年代開始了這種結構的研究并首先用于首都地鐵工程中。20世紀70年代以后，在許多工業(yè)廠房，高爐和鍋爐構架以及輸、變電塔架中均得到了廣泛應用；在一些廠房跨度很大，柱子很高，吊車起重量較大的結構中，鋼管混凝土的優(yōu)越性就表現(xiàn)的更為明顯。
隨著時代的發(fā)展，科技的進步，鋼管混凝土結構在橋梁結構上的應用也越來越廣。鋼管混凝土結構在橋梁結構上主要應用在拱橋結構中。鋼管混凝土用作拱橋的承壓構件，在施工時空鋼管不僅具有模板和鋼筋的功能，還有骨架剛度大、承載能力高、重量輕等優(yōu)點。鋼管混凝土結構在高層建筑中都得到了廣泛應用。隨著高度超過100m的超高層建筑的大量興建，在高強混凝土還不普及的20世紀80年代后期，人們開始應用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問題的探索[3]。
4鋼管混凝土結構的應用
（1）鋼管混凝土在高層建筑中的應用
在高層建筑中，鋼管混凝土柱具有很強的相容性，它既可以在混凝土體系中代替部分鋼筋混凝土柱，也可以在鋼結構體系中代替鋼柱。實踐證明在高層建筑中采用鋼管混凝土柱，不但承載力得以提高，柱的截面尺寸也大大減小，節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期，而且可以采用大柱網(wǎng)、大空間的框架結構體系，增加了房屋的使用面積。同時鋼管混凝土柱采用了高強度混凝土，一般C60以上，使柱的截面減小，這不僅對結構抗震有利，還可以降低地基基礎的造價。施工時除梁柱節(jié)點構造復雜外，其他施工程序上與原結構體系無多少差異。
（2）鋼管混凝土在大跨度橋梁工程中的應用
隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，需要建造能夠跨越江河、海灣和山谷的安全、經(jīng)濟且輕盈美觀的大跨度橋梁。鋼管混凝土具有高強度、輕質(zhì)量及施工方便的特點，能夠滿足橋梁結構所需的用料省、施工簡便、承載力大等要求。早期鋼管混凝土結構多用于橋梁工程的基礎工程中，隨著對鋼管混凝土構件工作性能的研究以及計算機技術的不斷發(fā)展，從八十年代開始鋼管混凝土開始應用于拱橋結構。
（3）鋼管混凝土結構在公共建筑中的應用
在首鋼陶樓展覽館，全部柱子采用了鋼管混凝土柱。北京地鐵車站站臺中廣泛采用了鋼管混凝土柱，不僅充分發(fā)揮了其優(yōu)良的受力性能，也獲得美好的景觀，縮短了工期。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m 的拱懸掛，拱采用箱形截面，分別用四根鋼管置于箱形截面的四角，用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土，以此箱形拱為依托，掛上模板，澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣充分體現(xiàn)了前述鋼管可作為施工時承重骨架的優(yōu)越性，解決了如此高大拱體現(xiàn)場澆筑混凝土的困難。這一結構，實際上是鋼管混凝土與空腹桁架的型鋼混凝土結構的巧妙結合與發(fā)展[4]。
5 結語
綜上所述，與鋼筋混凝土結構和鋼結構相比，鋼管混凝土結構是一種相對年輕的結構形式。但它突出的優(yōu)點更適合我國的國情，鋼管混凝土能夠適應現(xiàn)代工程結構向大跨、高聳、重載發(fā)展和承受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術的工業(yè)化要求，因而正被越來越廣泛地應用于工業(yè)廠房、高層和超高層建筑、拱橋和地下結構中，并已取得良好的經(jīng)濟效益和建筑效果，是結構工程科學的一個重要發(fā)展方向。隨著其理論研究的深入和完善、施工工藝的提高和高性能材料的應用，鋼管混凝土也將繼續(xù)廣泛地用于各種建筑結構中 [5]。
參考文獻：
[1] 陳卓 段小雨《鋼管混凝土的特點與發(fā)展》重慶建筑[J] 2005.1 62-65
[2]李俊峰《淺談鋼管混凝土結構的應用與優(yōu)缺點》包鋼科技 2001,27(3):92-95
[3]鄭敏 《淺談鋼管混凝土結構的應用及發(fā)展》《國外建材科技》2005年第26卷第5期 40-41
關鍵詞：民用建筑；鋼管混凝土；節(jié)點
1 鋼管混凝土結構的特點
1.1 構件承載力高。當鋼管混凝土構件的軸心受到外來壓力時，則導致了鋼管與核心混凝土受到三向應力的影響，僅僅導致其性能發(fā)生質(zhì)變。然而，在鋼管的緊箍作用力下，其抗壓性能大為提升進而使得核心混凝土不至于在短時間內(nèi)發(fā)生開裂現(xiàn)象，而且將原本的脆性材料轉化為塑性材料。此外，鋼管薄壁的穩(wěn)定性受到其承載力的影響，致使屈服強度在實際中得到了利用，但是在鋼管混凝土中，鋼管內(nèi)部澆筑了混凝土則大為提升鋼管薄壁的穩(wěn)定性，進而使屈服強度得以廣泛利用。根據(jù)相關研究得知，鋼管混凝土軸壓柱所能受到的荷載力較大，是同等面積混凝土所能承受荷載力的1.7倍。因此，在民用建筑中可以將剛才與混凝土進行優(yōu)化組合，以提升兩種材料的綜合性能。
1.2 施工簡便，可大大縮短工期。鋼管混凝土柱可分為組合柱與單管柱，兩者與傳統(tǒng)的鋼柱相比具有部件少、結構簡易、焊接縫隙少等特征，而且在施工過程中可直接插入預留的杯口中而無需進行復雜的柱腳構造設計。同時，因鋼管的厚度比傳統(tǒng)鋼柱要薄，大為降低了焊接的難度與成本。對于多層民用鋼管混凝土建筑來說，其構件無需如鋼筋混凝土一般在施工現(xiàn)場進行澆筑，可直接在企業(yè)進行定制進而運到施工現(xiàn)場進行組裝即可，而且鋼管的重量較輕便于運輸和吊裝，無需過多的施工流程，整體工作量相比鋼筋混凝土更少，成本也相應較低。
1.3 耐火性能好。一旦建筑發(fā)生火災，隨著火災時間的延續(xù)必然會導致建筑失火現(xiàn)場的溫度急劇升高，進而導致外部鋼管的性能下降，承載力不斷下降而核心混凝土的導熱性能較低，致使其承載力抵抗溫度的時間較長。此外，核心混凝土在外部鋼管的套箍作用下，即使在火災中依舊能夠承擔一定的荷載。根據(jù)對已有火災事故的考察，立柱承擔的荷載達到了70%，避免了在火災發(fā)生后建筑物較快倒塌，為救災工作贏取了時間。
1.4 具有良好的塑性和韌性。對于單純受壓的鋼筋混凝土而言，屬于脆性破壞但核心混凝土因受到鋼管的保護在使用過程中不僅能夠提升其彈性而且在受到外力侵害導致破壞的情況下能夠形成塑性變化。根據(jù)相關研究可知，核心混凝土柱在外力破壞的情況下能夠縮減到原來的三分之二的長度，而無脆性破壞的特征。該性能表明了采用鋼筋混凝土結構的建筑抗震性能較強，提升了建筑的穩(wěn)固性，可避免因部分鋼管受到破壞而導致整體結構的失衡。
1.5 建筑布局靈活。在建筑工程中使用鋼筋混凝土結構已經(jīng)是常見的建筑結構形式，該結構不僅符合建筑施工中的靈活布局的需求而且提升建筑自身的抗震能力以及力學性能。此外，采用該結構亦能夠提升建筑自身的檔次。
2 民用建筑鋼管混凝土結構的節(jié)點分析
2.1 鋼管混凝土柱與基礎的連接節(jié)點。鋼管混凝土柱與基礎之間的連接方式分為端承式柱腳與埋入式柱腳，后者指的是將鋼管混凝土直接插入到基礎的預制杯口中，隨后加以混凝土的澆筑。但是，由于鋼管外壁與混凝土杯口之間的摩擦力較小，需要在插入杯口內(nèi)的鋼管外壁焊一些抗剪栓釘。筆者認為，僅設置栓釘不足以抵抗柱子對基礎的沖切力，至少應設置抗剪鋼板 。
2.2 鋼管混凝土柱與框架梁的連接節(jié)點。框架梁不論是采用哪種形式，通常情況下都會通過上下加強環(huán)板的方式與鋼管混凝土進行連接，通過使加強環(huán)板與混凝土梁的上下縱筋進行連接或者與鋼梁的上下翼緣之間進行連接，以保障穩(wěn)定性避免柱皮發(fā)生撕裂現(xiàn)象。對于地震多發(fā)的確，應重點加強環(huán)板的使用以提升抗震性能。然而，如果使用上下加強環(huán)板的話，即使是遵循了施工要求但卻會導致一定的使用不便。例如，對于樓梯間而言，會有四分之一的圓環(huán)不能被包裹住而暴露在外，不僅影響到美觀更影響到使用。根據(jù)施工經(jīng)驗，對于們應建筑的鋼管混凝土的節(jié)點設計不能一味的遵循相關標準而要綜合利用各類方式。對于一般的節(jié)點設計，仍然可以采用上下加強環(huán)板節(jié)點，而在建筑物的邊角或開洞之處應做特殊設計。以鋼筋混凝土梁為例：在梁上皮，可以將負彎矩筋穿過鋼管混凝土柱，并在開孔處焊補強豎板；在梁下皮，可于鋼管混凝土柱側焊一圈加厚鋼板，并加焊倒牛腿以確保梁側與加勁肋之間保持平整，以進一步提升其穩(wěn)定性而且又不會影響到正題的美觀性。同時，根據(jù)施工經(jīng)驗對于該類節(jié)點的設計可以采用寬扁梁的形式，以避免對鋼管造成過多的破壞。此外，還可以在混凝土柱的上下側翼加設厚環(huán)板并將其與鋼梁之間進行焊接。
2.3 鋼管混凝土柱與夾層梁的連接。夾層梁大都屬于單跨性質(zhì)的，在具體施工不適宜采用加強環(huán)板的方法，但可以通過安裝簡支梁的方式進行解決：也即在鋼管混凝上柱側而設置倒牛腿，梁縱筋焊在牛腿上此處注意梁的支承長度及鋼筋的焊接長度均應滿足規(guī)范要求，梁高≤500mm時，支承長度為150mm；梁高≥500mm是，支承長度為200mm。
2.4 鋼管混凝土柱與懸臂梁的連接。采用懸臂梁在整個鋼管混凝土施工中不僅難度大而且對于技術的要求更高，根據(jù)規(guī)程中所列的幾大方法，根據(jù)筆者自身的施工經(jīng)驗采用加長段的環(huán)板進行施工更為適宜。同時，為便于施工以及保障施工質(zhì)量，可將加強環(huán)板的厚度適當增加一點并延長環(huán)板的外延長度，使之與挑梁的高度保持一致，即可解決掉環(huán)板與鋼筋的連接難題。
2.5 鋼管混凝土柱柱頂封頭板節(jié)點。鋼管混凝上柱受力特點是靠鋼管壁約束混凝上，使承載力大大提高，在鋼管混凝上柱的頂部也不可草率處理?；炷蠞仓戤吅?，上表面一般應該略低于鋼管頂部待混凝土凝固收縮完成后再其上補填高一級標號的水泥砂漿，要注意砂漿的高度應高于鋼管并采用封頂板將砂漿壓實，然后根據(jù)預定的設計方案進行補焊。
2.6 關于鋼管混凝土柱徑厚比的問題。一般而言，鋼管的外徑與鋼管的壁厚之間的比值d/t應控制在20～85之間，而套箍指標則控制在0.1～3之間。設定此比值的目的在于避免空鋼管在外力的作用導致局部乃至整理發(fā)生失衡現(xiàn)象。如果在具體施工環(huán)節(jié)，采用的是多層鋼管的話，則應先預先計算好鋼管的承載力以推測其穩(wěn)定性進而在進行澆筑混凝土，以保障施工的安全。同時，并控制徑厚比以滿足規(guī)程的要求：如果采用吊裝一一層鋼管就澆灌混凝上的施工工藝則可不必考慮徑厚比的全套箍指標是為了防止鋼管混凝上柱脆性破壞和塑性變形過大而控制的，應該予以遵守。此外，由于施工過程中需要再鋼管焊接厚度較厚的零件，因此鋼管壁不能過薄，否則影響焊接，致使焊接后的材料達不到施工的要求。
參考文獻
關鍵詞：鋼管混凝土 研究進展 應用 發(fā)展期望
中圖分類號：TU39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00
1引言
鋼管混凝土結構是一種新型組合結構，按照鋼管的形狀類型可以分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土等。鋼管混凝土結構是將混凝土填充在薄壁鋼管內(nèi)部而形成，是通過螺旋配筋的混凝土結構的基礎上演變而來?；炷敛牧虾弯摬牡某浞纸M合可以有效地發(fā)揮鋼材的抗拉性能和混凝土抗壓性能各自優(yōu)點，彌補兩種材料各自的缺點。鋼管混凝土結構的承載能力比鋼筋混凝土結構有較大的提高，而且鋼管混凝土結構中填充在鋼管內(nèi)部的混凝土處于三向的受壓狀態(tài)，可以使鋼管混凝土結構具有較好的延性和抗震性能。除此之外，鋼管混凝土結構還具有施工簡便工期短以及美好的造型和顯著的經(jīng)濟效果[1，2]。
2鋼管混凝土結構國內(nèi)外研究進展
鋼管混凝土結構在建筑施工方面的應用研究已經(jīng)有近百年的歷史，1879年英國在鐵路橋的施工中采用鋼管混凝土橋墩技術是在世界范圍內(nèi)較早使用鋼管混凝土結構的工程之一，為了防止鋼管內(nèi)部的銹蝕，施工過程中采用了在鋼管內(nèi)部灌入混凝土的措施。隨后，眾多國家的學者對鋼管混凝土構件進行了理論分析和試驗來研究其力學性能和工作機理，并且取得一系列重要成果[3]，國外一些國家對鋼管混凝土結構的研究主要內(nèi)容為方形鋼管混凝土結構、圓柱形鋼管混凝土結構和矩形鋼管混凝土結構，填充在鋼管內(nèi)部的混凝土一般為素混凝土，或者在填充在鋼管內(nèi)部的混凝土中配置一些鋼筋或型鋼。鋼管混凝土結構國外的設計規(guī)程主要有EC4（1996）、DIN 18800（1997）、SSLC（1979）和LRFD（1999）和AIJ（1980，1997）。除此之外，加拿大和澳大利亞等國學者又深入研究了薄壁鋼管混凝土結構，并正在編制設計規(guī)程。最近幾年中，美國、日本和澳大利亞等國的研究人員開始用高強的混凝土填充在鋼管內(nèi)部形成的鋼管高強混凝土構件，對其各項工作性能進行深入的研究，并加以推廣應用。
中國科學院哈爾濱土木建筑研究所是我國最早著手進行鋼管混凝土結構基本理論研究的單位之一。我國的研究人員近幾十年對鋼管混凝土結構也開展了一系列的理論和試驗研究，研究了鋼管混凝土構件的設計方法和計算公式，并在圓鋼管混凝土柱的研究中取得顯著地成果，逐步建立了三個理論體系，《三向應力混凝土》、《鋼管混凝土結構的計算與應用》和《鋼管混凝土結構》這三本著作當中。鋼管混凝土結構設計規(guī)程JCJ 01―89，CECS 28：90，DL 5085/T―1999和GJB 4142―2000[3-5]已經(jīng)先后頒布，并且已經(jīng)廣泛的應用在電力規(guī)范以及國家軍用標準之中。
國內(nèi)外各個國家的設計規(guī)程雖然各自不同，但都有著豐富的理論基礎，各個國家關于鋼管混凝土的最新研究技術成果也在規(guī)程上展現(xiàn)出來，引導著鋼管混凝土結構在國際范圍內(nèi)的研究和發(fā)展。
3 鋼管混凝土結構的應用
隨著科學技術的不斷提高，試驗研究和理論分析的不斷加強深入，各種鋼管混凝土結構在橋梁、地鐵車站和工業(yè)廠房以等建筑物中的應用越來越廣泛。近些年來在高層民用建筑中也不斷的出現(xiàn)了鋼管混凝土的結構，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。
JOHN LALLY于1897年在美國申請了專利，提出在房屋建筑的承重柱中開始應用鋼管混凝土結構。法國巴黎的某個郊區(qū)于1930年建造了一座跨度為9米橋，采用了上承式鋼管混凝土結構。1961年比利時人在建造船塢時采用的桁架和壓桿也應用了鋼管混凝土構件。法國巴黎采用了鋼管混凝土柱建成的第一座摩天框架大樓。前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土結構的眾多優(yōu)點，將鋼管混凝土結構使用在一些吊車棧橋中。1998年，在日本建成的94823平方米賽車場，地上的一到八層均采用了鋼管混凝土柱的結構與鋼梁相結合，使鋼管混凝土的優(yōu)點得到充分發(fā)揮，不僅外形美觀而且取得顯著的經(jīng)濟效果。
我國對于鋼管混凝土結構技術的研究利用已經(jīng)有50多年的歷史，對鋼管混凝土結構的研究我國從1959年開始，于1963年將鋼管混凝土結構柱成功地應用在北京地鐵車站工程中。北京許多地鐵站的站臺柱均采用了鋼管混凝土結構作為支撐結構。而且在1986年將鋼管混凝土結構應用到了葛洲壩水電站的繁昌變電所當中。從1990年到1998年期間，已建和在建的橋梁已經(jīng)達到60多座，其中的30座跨度達到了100米，發(fā)展及其迅速。 許多著名的大橋的橋梁均采用了鋼管混凝土結構，如四川的旺蒼東河大橋、山東濟南東站鋼管混凝土拱橋、福建閩清石潭溪大橋、南海三山西橋、年萬縣長江大橋等。
近年來在多、高層和超高層民用住宅建筑中也開始采用了鋼管混凝土柱結構體系，而且采用鋼管混凝土結構建筑物的造價相比鋼筋混凝土結構體系明顯降低。90年建成的高度為63米福建省泉州郵電中心局大廈，采用了圓鋼管混凝土結構作為在地下一層到地上二層的八根柱子。鋼管混凝土結構技術現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應用在了福建的南安郵電局大樓、天津今晚報大廈、廣東深圳賽格廣場大廈、香港中心大廈等建筑物中。
4 存在的問題
鋼管混凝土結構在國內(nèi)外的研究與應用取得了巨大的成果，然而怎樣更好的對這個領域的研究更加深化，推廣鋼管混凝土結構在實際土木工程中的應用，還存在一些問題，
1）對鋼管混凝土節(jié)點連接問題的研究相對較少，節(jié)點的形式不統(tǒng)一，鋼管混凝土節(jié)點連接問題直接關系到建筑結構的安全性以及工程的造價等方面，對鋼管混凝土結構的應用發(fā)展在一定程度上有所限制。
2）鋼管混凝土防火設計理論方面的實驗和理論研究相對缺少，現(xiàn)在對鋼管混凝土結構采用的防火措施采用外包混凝土或者涂防火材料，沒有統(tǒng)一的科學依據(jù)。
3）目前對鋼管混凝土結構的抗震方面研究不足，主要是對單一鋼管混凝土構件進行了一些抗震的研究，而缺乏對鋼管混凝土結構的整體抗震研究。
4）對鋼管混凝土結構進行的研究沒有對鋼管普通混凝土結構、鋼管高強混凝土以和鋼管超高強混凝土三種類型分類的區(qū)別對待，沒有充分區(qū)別各自的耐疲勞性能和抗震性能需等特點，不利于工程的應用。
5結論
對于鋼筋混凝土結構而言，鋼管混凝土結構是一種新型的組合結構，對其的科學研究不斷的迅速發(fā)展，因鋼管混凝土具有的各種優(yōu)點被廣泛應用在土木工程結構當中，是今后在建筑結構工程科學的一個重要發(fā)展方向。鋼管混凝土結構受力性能合理，施工工藝簡便，為土木工程建筑中增添了許多精品工程。由于還存在一些問題，因此還有必要對鋼管混凝土的性能進行更深入更系統(tǒng)的研究，為人類生活做出了積極的貢獻。
參考文獻：
[1] 張穎.鋼管混凝土在土木工程中的應用[J].建材技術與應用，2012，6：35-38.
[2] 劉力方.鋼管混凝土結構研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新與應用，2012，37（5）：100-108.
關鍵詞：鋼管混凝土柱；設計規(guī)范；實例探討
中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：
1鋼管混凝土柱的特點
鋼管混凝土柱是鋼管和混凝土的組合結構,其特點如下。
1.1既發(fā)揮了鋼材的彈塑性能好、抗拉壓強度高,又發(fā)揮了混凝土抗壓性能好的特性。鋼管在承壓時由于管壁薄容易失穩(wěn),當鋼管內(nèi)灌滿混凝土后,可以有效地防止鋼管失穩(wěn),從而可以提高鋼管的承載力。同時在軸力作用下由于鋼管的套箍作用,又大大提高了混凝土的抗壓強度,提高了混凝土延性,改善了結構的抗震性能,同時也降低了造價。
1.2鋼管混凝土柱和鋼柱相比,可節(jié)約鋼材50%左右,降低造價是顯而易見的。
1.3鋼管混凝土結構施工簡單,它與鋼柱相比,零件少、焊接工作量少;與混凝土結構相比,不用對柱子支模板,從而降低了支模板的費用,減少工作量,大大加快了施工速度。
1.4鋼管混凝土柱耐火性能比鋼柱好,但比鋼筋混凝土柱差。用鋼管混凝土柱可節(jié)約價格昂貴的防火涂料,同時內(nèi)部混凝土的填充減少了鋼柱的防腐處理面積,節(jié)約了防腐涂料,降低了廠房造價。
2鋼管混凝土的相關設計規(guī)范
目前國際上主要采用的設計規(guī)范有美國的AISC-LRFD(1999年)、英國BS5400(1979年)、歐洲規(guī)范EC4(1994年)、日本AJJ(1997年)等。我國到目前為止頒布的有關設計規(guī)程主要有:
2.1國家建筑材料工業(yè)局標準JCJ 01-89鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程;
2.2中國工程建設標準化協(xié)會標準CECS 28∶90鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程;
2.3國家電力行業(yè)標準DL/T 5080-1999鋼—混凝土組合結構設計規(guī)程;
2.4中國工程建設標準化協(xié)會標準CECS159∶2004矩形鋼管混凝土結構技術規(guī)程。其中CECS 28∶90,CECS 159∶2004是推薦性行業(yè)標準。另外,福建、上海、天津等地也相繼頒布了針對或包含鋼管混凝土結構設計的地方標準。
3以具體工程為例介紹鋼管混凝土柱的作用
在工業(yè)廠房結構設計中，鋼管混凝土柱主要應用于下柱，下面以一個具體工程為例對此進行介紹。邯鋼設備制造有限公司新建鑄鐵車間為單層工業(yè)廠房，建筑面積 8448m2，共三跨，每跨有 2臺 Q=32/5t 橋式吊車，工作級別為 A5 級，軌頂標高 10.020m。北京中冶設備研究設計總院有限公司建筑院設計，廠房采用鋼結構，上柱為實腹 H 形，下柱為雙肢鋼管混凝土柱，腹桿為 Φ140X5 鋼管（不灌注混凝土），屋面采用梯形鋼屋架，H 型鋼檁條，壓型鋼板屋面板；吊車梁為實腹工字型斷面鋼吊車梁；墻面板為壓型鋼板，卷邊 C 型鋼墻梁，墻皮柱間距6m。該工程在柱子系統(tǒng)和屋面系統(tǒng)節(jié)約大量鋼材，本文著重介紹柱子系統(tǒng)，除去上柱及肩梁與一般鋼結構柱子計算方法一樣不做比較外，下柱采用鋼管混凝土結構比普通鋼結構節(jié)約鋼材 50%左右。
計算荷載取值：
①屋面荷載：活荷載 0.5 考慮積灰荷載 0.3
②風荷載： 0.45
③地震烈度：7·（0.15g）
計算軟件采用中國建筑科學研究院的 PKPM-STS 軟件，用框排架模塊計算?；灸Ｐ蜑榕偶芷矫鎯?nèi)柱腳與基礎剛接，上柱與屋架鉸接；排架平面外柱腳與基礎按鉸接計算，靠柱間支撐保證平面外穩(wěn)定。下柱支撐為雙片交叉支撐，采用H250X125X6X9軋制H型鋼分別與兩個柱肢相連。下面僅對邊列柱計算結果進行比較。
經(jīng)計算當采用鋼管混凝土結構時柱子斷面見 圖1。
圖1
下柱為Φ355X6 鋼管，腹桿為Φ140X5。鋼管中采用泵送頂升澆灌法澆注C40混凝土；上柱采用H600X350X12X16焊接H型鋼；上下柱均為Q235B 鋼。鋼柱的穩(wěn)定應力比為 0.8，平面外計算長細比為 75，鋼管外徑與壁厚比值 d/t=59，均滿足《鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程》3.1.5 條的要求。整個下柱用鋼量 （不含肩梁）為1363kg。
在相同條件下下柱采用 H 型鋼格構式雙肢柱斷面，經(jīng)計算，斷面為雙H 型鋼 H500X250X8X12，腹桿為雙角鋼 L100X8。上柱同樣為 H600X350X12X16 焊接 H 型鋼；上下柱均為 Q235B 鋼。應力比為 0.85，長細比為 120。整個下柱用鋼量（不含肩梁）為 1998kg。經(jīng)比較每根柱子鋼管混凝土結構比純鋼結構柱子可以節(jié)省鋼材635kg，效果非常顯著。同時腹桿采用鋼管結構比采用雙角鋼結構減少了大量的焊接工作量。
4滿足適合采用鋼管混凝土結構的條件
4.1 軌頂標高不宜太高，因為鋼管混凝土結構格構式柱子對于柱子的長細比要求較高，《鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程》表3.1.5 規(guī)定格構式柱子長細比限值為 80，所以如下柱過高，則由于長細比的限制而導致鋼管直徑過大，使鋼管混凝土的強度不能充分利用。
4.2 鋼管混凝土柱子受壓強度很高，但是受拉和受彎強度相對較差所以格構式柱子在除節(jié)點之外的部位不宜連接使柱子承受水平力的構件。
5采用鋼管混凝土柱子時的注意事項
5.1 因為鋼管混凝土結構一般管徑較小，推薦采用泵送頂升澆灌法澆注混凝土以保證混凝土澆灌質(zhì)量。應注意盡量采用骨料較小的混凝土，當采用泵送頂升澆灌法時一般為0.5~3cm，水灰比不大于 0.45，塌落度不應小于 15cm，當有穿心部件時，粗骨料粒徑宜減小為 0.5~2cm。為滿足塌落度的要求，應摻適量減水劑。為減少收縮量，也可摻入適量的混凝土微膨脹劑。
5.2柱肢和腹桿焊接時應避免使焊縫重合或交叉。
6需要完善的問題
6.1我國尚未制定有關鋼管混凝土結構防火設計方面的規(guī)定,在某種程度上制約了該類結構的推廣應用。對于已經(jīng)建成的鋼管混凝土結構,有的采用鋼筋混凝土結構的要求外包混凝土,有的按照鋼結構的要求涂防火材料(可能偏于保守造成浪費),缺乏科學性和統(tǒng)一性。因此,在理論研究和工程實踐的基礎上,應盡快編制適合我國國情的鋼管混凝土結構防火規(guī)范。
6.2具有優(yōu)越的抗震性能是鋼管混凝土的重要特點,為合理而安全地在地震區(qū)推廣這類結構,必須深入進行動力性能研究。但目前國內(nèi)外對鋼管混凝土的動力性能研究基本上只限于試驗研究,尚沒有提供可供規(guī)范使用的計算理論和設計公式;而且對鋼管混凝土徐變和疲勞性能的研究大多還處在以試驗研究為主,尚缺乏合理的設計方法上。
6.3實際使用的鋼管往往由鋼板焊接而成,焊接殘余應力對鋼管混凝土構件性能的影響較大,當管壁較薄時更為突出,且在施工中,內(nèi)填混凝土澆筑前鋼管也有相當?shù)某鯌?。因此關于殘余應力和初應力對結構性能的影響,仍需要深入和系統(tǒng)的研究。
結束語：
工程實踐表明，鋼管混凝土與鋼結構相比，在保持自重相近和承載能力相同的條件下，可節(jié)省鋼材50%，同時焊接工作量可大幅減小。因為鋼管混凝土結構采用圓形鋼管，外觀新穎，造型美觀大方。隨著鋼管混凝土設計與施工水平的不斷提高，必將得到更大的推廣。
參考文獻：
[1]《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003.
[2]《鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程》.
關鍵詞：鋼管混凝土結構；結構工程；應用
1 鋼管混凝土結構的特點
1)良好的承載力。在鋼管中填充混凝土，隨著受壓荷載的增大，鋼管由彈性工作狀態(tài)進入塑性工作狀態(tài)。由于受壓鋼管混凝土構件中的核心混凝土處于三向受壓應力狀態(tài)，混凝土的抗壓強度和變形能力顯著增強，因而受壓構件的承載力得到大大提高。
2)良好的塑性和韌性?；炷疗茐耐ǔ１憩F(xiàn)為脆性特征。當受壓鋼管混凝土構件中的核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)時，材料呈現(xiàn)塑性性狀。鋼管混凝土破壞時形成顯著的鼓曲狀態(tài)，具有良好的耗能能力和延性，表現(xiàn)出較好的韌性。
3)良好的耐火性能。鋼管內(nèi)混凝土相對鋼材具有較大的熱容量，能吸收大量的熱量。在遭受火災時，外部鋼管雖然升溫較快，但內(nèi)部混凝土升溫滯后，仍具有一定的承載力，因而增加了鋼管的耐火時間，相對傳統(tǒng)鋼結構可以大量節(jié)約防火涂料。試驗研究表明：達到一級耐火3h要求的鋼管混凝土柱和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1／2~2／3甚至更多，隨著鋼管直徑的增大，節(jié)約涂料也增多。
4)良好的抗震性能。鋼管和混凝土之間的相互作用使內(nèi)填混凝土的破壞由脆性變?yōu)樗苄?，構件的延性明顯改善，耗能能力顯著提高。在壓彎反復荷載作用下，鋼管混凝土結構的吸能性能好，基本無剛度退化和強度衰減現(xiàn)象，與不發(fā)生局部失穩(wěn)的鋼構件基本相同。且無局部屈曲發(fā)生。與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱的自重大幅度減小，地震作用引起的地震反應也將減小。
5)施工簡便。鋼管本身為耐側壓的模板，因而澆灌混凝土時可省去支模、拆模等工序和模板，并可適應先進的泵灌混凝土工藝。同時鋼管在施工階段可起勁性鋼骨架作用，其焊接工作量遠比一般型鋼骨架少，從而可以簡化施工安裝工藝、節(jié)省腳手架、縮短工期、減少施工用地。
6)經(jīng)濟效果顯著。鋼管混凝土結構可充分發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢，不僅承載力高，而且與鋼結構相比，采用鋼管混凝土柱可節(jié)約鋼材50％左右，造價也可以降低。與鋼筋混凝土柱相比可節(jié)約混凝土50％以上，減輕結構自重50％以上，其耗鋼量和造價略為偏高或基本持平。如前蘇聯(lián)的Hccrb河鐵路橋與鋼拱橋相比節(jié)約鋼材52％，降低造價20％。
2 鋼管混凝土結構的研究情況
鋼管混凝土結構雖然早在100多年前就出現(xiàn)了，但對其力學性能較為系統(tǒng)的研究及大范圍推廣應用則開始于20世紀60年代。20世紀60年代~70年代，前蘇聯(lián)羅斯諾夫斯基等對鋼管混凝土短柱的極限承載力進行了深入的研究工作。1969年英國的聶基等研究了鋼管內(nèi)的混凝土三向受壓時強度提高的計算方法。60年代～70年代，美國學者針對鋼管混凝土組合柱進行了系統(tǒng)試驗，取得了很多成果并在工程中應用。目前國內(nèi)外針對鋼管混凝土結構的研究主要集中于以下幾個方面：
1)鋼管混凝土的基本理論研究。組成鋼管混凝土的鋼管和混凝土在受力過程中的相互作用是形成鋼管混凝土具有一系列優(yōu)越力學性能的關鍵。這方面國內(nèi)外學者開展了相應的研究并取得了相應的成果，如鐘善桐教授提出的“鋼管混凝土統(tǒng)一理論”等。
2)鋼管混凝土的靜力性能研究。近幾十年來。國內(nèi)外對鋼管混凝土構件在靜力作用下的力學性能進行了大量的試驗研究和理論分析，建立了基于統(tǒng)一理論的鋼管混凝土軸壓構件、彎曲構件、偏壓構件等的設計方法和計算公式，并且在圓鋼管、方鋼管和矩形鋼管混凝土構件等方面都取得了相應的成果。
3)鋼管混凝土的抗火研究。鋼管混凝土結構的抗火性能研究趨勢：考慮結構整體空間作用，以整體結構在火災下的承載力極限狀態(tài)取代目前的以單根構件的承載力極限狀態(tài)進行更為合理的抗火設計；考慮實際火災燃燒模式，并把結構在火災下的反應和火災后降溫過程作為連續(xù)的過程加以研究，對不同的火災模式、不同的荷載路徑和不同的溫度史及溫度―應力史加以研究，綜合考慮結構對荷載和溫度共同作用下的反應，對結構的內(nèi)力和變形性能進行全過程分析。建立更為合理、經(jīng)濟的抗火設計方法。
4)鋼管混凝土柱的抗震性能研究。國內(nèi)外學者對鋼管混凝土的抗震性能進行了大量的試驗研究。但目前對鋼管混凝土結構抗震性能的研究主要還是集中在基本構件方面，而對于鋼管混凝土整體結構的抗震性能的研究還比較少。這方面的研究還亟待開展，以提供合理的抗震設計參數(shù)，便于工程應用。
3 鋼管混凝土結構的工程應用
從20世紀60年代中期鋼管混凝土結構引入我國，這種結構形式已在我國得到了迅速發(fā)展和大量應用。1966年鋼管混凝土結構被應用于北京地鐵車站工程；70年代又在單層工業(yè)廠房、重型構架等工程中得到了成功的應用。80年代中期以來，隨著泵送混凝土工藝和高性能混凝土技術的發(fā)展，鋼管混凝土結構在高層建筑、橋梁及地下工程等領域得到了廣泛應用。
地鐵車站是我國最早采用鋼管混凝土結構的工程項目。采用鋼管混凝土主要是利用其承載力高的特點，以減小柱子的截面尺寸。有效地利用空間。在拱橋結構中，鋼管混凝土構件主要用來承受軸向壓力。此外鋼管可以作為橋梁安裝架設階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。
關鍵詞：型鋼混凝土；結構構件；型鋼制作；節(jié)點構造
中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：
引言：
目前隨著建筑數(shù)量不斷增多，建筑造型日益趨向多樣化，人們建筑結構設計的要求越來越高。型鋼混凝土框架+剪力墻結構由于其承載能力高、剛度大、增加結構空間凈空高度及抗震性能好等優(yōu)點。所以廣泛應用于高層建筑以及超高層建筑。型鋼混凝土組合結構能充分發(fā)揮鋼和混凝土結構的各自優(yōu)勢，是一種經(jīng)濟、有效的結構體系，值得大家去推廣與應用。本文以某工程結構設計為例，主要就型鋼混凝土結構設計要點及注意問題進行了探討與研究。
一、型鋼混凝土結構構件的特點
1.1 型鋼混凝土構件
（1)型鋼混凝土梁。型鋼混凝土梁截面見圖1a，其中型鋼骨架一般采用實腹軋制工字鋼或由鋼板拼焊成工字形截面。對于大跨度梁，其型鋼骨架多采用華倫式鋼桁架(如圖1b)。
圖1 型鋼混凝土梁
（2) 型鋼混凝土柱。目前工程中常用的型鋼混凝土柱，柱內(nèi)埋設的型鋼芯柱有以下幾種類型：a.軋制H 型鋼或由鋼板拼焊成的H 形截面；b.由一個H 型鋼和兩個剖分T型鋼拼焊成的帶翼緣十字形截面；c.方鋼管；d.圓鋼管；e.由一個工字型鋼或窄翼緣H型鋼及一個剖分T 型鋼拼焊成的帶翼緣T形截面。
（3) 型鋼混凝土剪力墻和筒體。型鋼混凝土剪力墻通常是在墻的兩端、縱橫墻交接處、 洞口兩側以及沿實體墻長度方向每隔不大于6m處設置型鋼暗柱或在端柱內(nèi)設置型鋼芯柱。
1.2 結構性能
（1)與鋼筋混凝土構件相比較，具有以下特點：整體工作。型鋼骨架與外包鋼筋混凝土形成整體，共同受力；承載力相同情況下，較鋼筋混凝土柱構件截面面積可以減小1/2；構件延性好。
（2) 與鋼結構相比較，具有以下特點：節(jié)約鋼材；防火及防銹性能好；可以兼做模板支架。
二、型鋼混凝土結構設計實例分析
2.1項目概況
某綜合樓項目，一共有2幢寫字樓和2幢公寓樓，高度分別為130m和140m，占地面積18580㎡，總建筑面積約9萬m2。其中，辦公樓地下3層，地上26層，采用筒中筒結構體系，地下及地上3層外框筒柱采用鋼骨混凝土。公寓樓地下3層，地上28層，采用剪力墻結構體系。
2.2 結構選型及計算分析
2.2.1 結構選型
由于建筑物地上三部分剛度差異較大，難以作為整體結構設計，因此把地上作為4 棟不同的建筑物分別設計。大底盤地下室按多塔結構計算，以考慮上部建筑物對其影響。
寫字樓系乙類建筑，設計耐久年限100年，故抗震措施按 9度設防，設計地震作用放大系數(shù)取1.2。層高3.8m，標準層層高3.2m。該樓使用荷載較大，使用荷載若采用普通鋼筋混凝土結構將導致非常大的梁柱斷面，嚴重影響建筑使用空間，以致不能滿足后期使用要求。
本項目原先采用純鋼筋混凝土結構，采用寬扁梁來解決外柱至核心筒的距離較大的問題，梁高控制在800，經(jīng)過 STAWE 計算，梁寬需要800 以上，梁配筋：支座不小于14Ф25，跨中要大于或等于 10Ф25 。同時，為滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》有關軸壓比的要求，框架柱截面首層以下軸Ζ柱需要1200×1600，軸C柱需要1000×1600；層4以上，外框柱需要800×1000。因此，如果采取純鋼筋混凝土結構，又給建筑帶來了新的問題：1）由于框架梁過寬，使得層 5～9 公寓樓內(nèi)衛(wèi)生間很難布置，直接影響了建筑的使用功能；2）由于柱截面過大，使地下車庫的停車位減少，實際使用面積也相應減少。同時，在一般情況下，為使寬扁梁端部在柱外的縱向鋼筋有足夠的錨固，均要求其能雙向布置，顯然有些不妥。如果采用鋼結構，必定在耐火性能及剛度上都稍差，經(jīng)多次方案比較，最終采用了型鋼混凝土框架+剪力墻結構體系，即在梁、柱、剪力墻邊緣構件及連梁內(nèi)均設型鋼的混凝土結構體系。經(jīng)過計算，所有的梁截面高均控制在800內(nèi)，其撓度和裂縫均滿足規(guī)范要求。
2.2.2 計算分析
本工程分別采用ETABS 和SATWE軟件對該工程進行了整體計算，計算參數(shù)設置如下所示：抗地震烈度確定為7度，Ⅱ類場地土，水平地震影響系數(shù)最大值多遇地震為0.08，罕遇地震為0.50。周期折減系數(shù)為0.19；結構阻尼比為 4.0%；框架及筒體抗震等級均為二級。
依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011—2010，對該工程設計還進行了彈性時程分析計算。所采用的地震波為該場地土的人工合成波、蘭州波Lan2-2 和 Taft-2 波。時程分析所用地震加速度時程曲線最大值為 350cm/s，結構阻尼比取5%。計算結果對比如表1。
通過上述計算發(fā)現(xiàn)：1）結構以扭轉為主的第一自振周期 T 與以平動為主的 x 向和 y 向第一自振周期 Tx，Ty，之比分別為 0.69 和 0.73 ，均小于 0.90 ，滿足《高規(guī)》有關要求；2）振型曲線光滑連續(xù)，符合規(guī)律；3）底部總剪力合理，地震剪力系數(shù)滿足抗震規(guī)范要求；4）最大的層間位移和頂點位移與層高之比均小于1/800，也滿足規(guī)范要求，說明結構布置合理，沒有總剛度突變；5）時程分析結果表明，每條波計算所得結構底部剪力均大于振型分解反應譜計算結果的65 %，三波計算所得結構底部剪力的平均值均大于振型分解反應譜計算結果的80%，滿足規(guī)范有關要求。
2.3 特殊構件及局部節(jié)點構造要點
為滿足建筑功能和造型的要求，確保結構的安全，設計過程中，對一些特殊構件及局部節(jié)點進行了特殊的處理，現(xiàn)介紹其中幾個有代表性的構件或節(jié)點。
2.3.1軸柱的錯位處理
根據(jù)地下室車道入口寬度的要求，在層2以下錯至軸A交軸B，上下柱中心的偏差為950mm。柱的錯位使該柱在層2樓板標高處產(chǎn)生較大的附加彎矩和剪力。為此，一方面采取了類似牛腿的做法，將上部柱的軸力通過牛腿傳至下層柱，而不使其變?yōu)榧袅?，另一方面加強軸B方向的框架梁的剛度和配筋，使框架梁分擔一部分柱的附加彎矩。
2.3.2 轉換桁架的設計
本工程層3、4 高度范圍內(nèi)布置了轉換桁架，其目的是在8m 柱距間支承上部所需增加的外柱，使其結構布置均勻對稱。同時，也滿足了建筑在上述兩部位設置通道的要求。為使新增柱上的豎向荷載能夠通過桁架有效地傳至兩邊柱上，該轉換桁架也采用了型鋼混凝土結構轉換桁架設計的難點在于桁架節(jié)點的設計。在桁架節(jié)點上，不僅有來自桁架上、下弦及腹桿的型鋼及鋼筋，還有垂直于桁架方向的梁及上層新增加柱的型鋼及鋼筋，為使這些相互交錯的型鋼及鋼筋能夠有條理地布置，設計時一方面在節(jié)點處加寬了桁架上弦的翼緣板寬度，以便上層新增柱的連接和安裝，另一方面，平面上將節(jié)點設計成菱形，同時加大節(jié)點高度，以方便鋼筋的穿越。
2.3.3 建筑外柱內(nèi)收處理
由于建筑立面要求，軸C柱在層9、層22、層24處均內(nèi)收1.5m，軸C也在上述樓層向筒體內(nèi)收1.35m，使得外框架柱也隨之變位，為減少因柱內(nèi)收而產(chǎn)生的附加彎矩及整體剛度變化對建筑的影響，采取了特殊的構造措施。通過斜柱將上部荷載傳至下柱，這樣傳力途徑清晰簡潔；同時，相關層的框架梁分擔了一部分外向水平力，平衡了部分附加彎矩，使受力更合理。另外，對斜柱的周邊環(huán)梁進行加強，增強了對外框柱的約束。
根據(jù)施工及驗收情況表明，上述各節(jié)點的處理不僅使結構受力合理，施工方便，同時，還確保了梁、柱內(nèi)各型鋼及鋼筋相互交錯處混凝土的澆筑質(zhì)量。
三、結語
型鋼混凝土結構是一種新的結構模式，在非地震區(qū)和抗震設防區(qū)高層建筑中得到廣泛應用。在滿足建筑使用功能的前提下，合理選擇型鋼混凝土結構形式，可以達到經(jīng)濟合理的效果，如型鋼混凝土構件的承載能力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構件的承載能力一倍以上，從而可以減小構件的截面積，避免鋼筋混凝土結構中的肥梁胖柱現(xiàn)象，增加建筑結構的使用面積和空間，減少建筑的造價，具有很好的應用推廣價值。
參考文獻
關鍵詞：建筑 現(xiàn)澆鋼筋混凝土 結構施工
1、模板工程
1.1基本要求
模板工程采用膠合板、鋼模板、鋼板等材料。安裝應滿足下列要求：模板的接縫不應漏漿；模板與混凝土的接觸面應清理干凈并涂刷隔離劑，但不得采用影響結構性能或妨礙裝修工程施工的隔離劑；澆筑混凝土前，模板內(nèi)的雜物應清理干凈并澆水濕潤，但模板內(nèi)不應有積水；對清水混凝土工程應使用能達到設計效果的模板。固定在模板上的預埋件、預留孔洞和預埋鋼管等不得遺漏，安裝必須牢固、位置準確，其偏差應符合規(guī)定。應對照建筑、給排水、電氣、暖通等專業(yè)的圖紙進行留設，如結構圖與其它專業(yè)圖紙矛盾，應通知相關專業(yè)協(xié)調(diào)解決。拆模時間：側模板以不損壞混凝土表面及棱角方可拆模，底模拆除時間按相應規(guī)定進行。
1.2模板及其支護系統(tǒng)安裝質(zhì)量要求
模板的安裝必須準確掌握構件的幾何尺寸，保證軸線位置的準確。模板應具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性，能可靠地承受新澆混凝土的重量、側壓力以及施工荷載，應進行強度、剛度、穩(wěn)定性等計算。澆筑前應檢查承重架及加固支撐扣件是否擰緊。模板的安裝誤差應嚴格控制在允許范圍內(nèi)，超過允許值必須校正。
1.3模板及其支護系統(tǒng)安裝質(zhì)量控制措施
所有結構支模前均應由專人進行配板設計和畫出配板放樣圖并編號，余留量由縫模調(diào)整；模板就位時應嚴格按照配模圖紙進行安裝；模板及其支撐均應落在實處，不得有“虛”腳出現(xiàn)，安拆均設專人負責；墻、柱腳模板應加墊木和導模，防止混凝土漏漿造成爛根；當梁、板跨度4m時，其底模應按跨度的1～3‰起拱；安裝墻、柱模板時需有保護措施。
2、鋼筋工程
2.1基本要求
鋼筋進場時，應按規(guī)定抽取試件作力學性能檢驗，其質(zhì)量必須符合有關標準的規(guī)定。如鋼筋在施工現(xiàn)場加工制作，則鋼筋加工的允許偏差應符合相關的規(guī)定；如由鋼筋加工場制作，則應重點控制好配料單的編寫及半成品到現(xiàn)場后的檢驗環(huán)節(jié)。鋼筋安裝時，鋼筋的品種、級別、規(guī)格和數(shù)量必須符合設計要求。
2.2鋼筋接頭位置及要求
梁底部鋼筋接頭應設在支座處，上部鋼筋接頭應設在跨中1/3范圍內(nèi)，且同一斷面鋼筋接頭根數(shù)不得超過總根數(shù)的50%（焊接）或25%（綁扎搭接），接頭位置應錯開45d（d為鋼筋直徑）；墻、柱豎向鋼筋接頭應設在每層樓板面處，接頭位置應錯開50d；板底筋接頭應設在支座處，負鋼筋接頭應設在跨中1/3范圍內(nèi)，其它短鋼筋則按設計長度配料制作不設接頭。
2.3施工縫處鋼筋處理
現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓面一般不留施工縫，如遇天氣、施工組織、水電供應或其他特殊情況不得不留施工縫時，斷面處應增設施工插筋以增加施工縫處的抗剪能力，插筋數(shù)量和伸入縫兩側的長度由施工單位會同監(jiān)理單位確定。
3、混凝土工程
3.1基本要求
混凝土采用商品混凝土泵送施工方法?；炷猎牧?、配合比、外加劑應符合相應規(guī)范規(guī)定； 混凝土的強度等級必須符合設計要求；用于檢查結構構件混凝土強度的試件，應在混凝土的澆筑地點按照要求隨機抽取制作，并做好養(yǎng)護；混凝土運輸、澆筑及間歇的全部時間不應超過混凝土的初凝時間；同一施工段的混凝土應連續(xù)澆筑；分層澆筑時，上一層混凝土應在底層混凝土初凝之前澆筑完畢；施工縫、后澆帶的位置及處理應按設計要求和施工技術方案處理；現(xiàn)澆結構混凝土澆筑完畢后應根據(jù)季節(jié)、時段及時采取覆蓋保濕養(yǎng)護或其他有效的養(yǎng)護措施；混凝土強度達到1.2N/mm2前，不得在其上踩踏或進行模板安裝等作業(yè)。
3.2施工工藝流程
配合比計算原材料計算、外加劑配制坍落度測定混凝土運輸試塊制作泵送布料混凝土澆筑、振搗泵和輸送管的清洗、拆除養(yǎng)護
3.3輸送管道的敷設及混凝土的布料
泵送混凝土的垂直輸送管道采用在樓層鋼筋混凝土邊梁上預埋鐵件，然后用角鐵焊接固定輸送管；在樓面，輸送管需搭支架及馬道布置，不能直接放在樓面鋼筋網(wǎng)上?；炷翝仓较蚺c泵送方向相反。采用獨立式混凝土布料桿，方法是：先將它安放在支撐穩(wěn)固的待澆筑樓板的模板平面上，一端與泵送混凝土輸送管道接通，另一端接軟管，由人力推動作水平布料。
3.4混凝土的澆筑
每層結構混凝土分二次澆筑，第一次澆筑柱，第二次澆筑梁、板?；炷磷杂蓛A落高度不應超2米，否則應用串筒、溜槽，以保證混凝土不致發(fā)生離析現(xiàn)象。柱澆筑高度大于3.0m的，在1.8～2.0m高處一側或兩側模板開設門子板，混凝土從門子板處的斜槽或平臺灌入柱模內(nèi)，采用高頻振搗棒從頂部插入振搗，按300-500mm厚分層澆筑。高度較大的梁也要分層澆筑。澆筑時應重點控制澆筑高度和振搗棒插入間距、深度、順序。振動棒快插慢拔，插點布置均勻排列，逐點移動，順序進行，不應遺漏，移動間距一般不30-40。澆筑混凝土時，應經(jīng)常檢查觀察模板、鋼筋、預留孔和埋件，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。泵送混凝土應根據(jù)澆筑速度配備足夠的振搗機械和人員，應使料斗內(nèi)持續(xù)保持一定量的混凝土（20cm厚以上），以免吸入空氣造成混凝土逆流形成堵塞。泵送時應隨時觀察泵送效果，每2h換一次水洗槽，并檢查泵缸的行程，發(fā)現(xiàn)有變化及時調(diào)整。
3.5大體積混凝土的施工
建筑地下室基礎底板一般厚度達1～4m，面積也很大，采用強度等級較高的混凝土澆筑，屬大體積混凝土的施工。因混凝土設計強度較高，單方水泥用量多，加上底板厚度大，水泥水化熱在混凝土內(nèi)部積聚不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度較一般構件的混凝土要高得多，存在較大的內(nèi)外溫差，因溫度應力和溫度變形產(chǎn)生裂縫的可能性十分大。同時內(nèi)外約束條件的影響、外界氣溫的變化、混凝土的收縮變形均可能導致混凝土產(chǎn)生裂縫。為保證結構整體性，防止出現(xiàn)裂縫導致滲漏水，將凝土混凝土的內(nèi)外溫差控制在的25?C內(nèi)、混凝土表面與環(huán)境溫差控制在15?C內(nèi)就是施工的要點。在大體積混凝土施工中可采取以下措施：
1）在保證混凝土滿足設計強度的前提下，精心設計混凝土的配合比，嚴格合理選用砂、石級配，嚴格控制砂石的含泥量。
2）選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土。
3）在夏季施工時用降溫法，用低溫水或冰水拌制混凝土，對泵管或泵車進行必要的覆蓋或降溫，降低混凝土的入模溫度，抵消部分水泥水化熱和減緩混凝土內(nèi)部的升溫速度。
4）混凝土內(nèi)可摻用適量的活性材料（粉煤灰等）以減少水泥用量，同時可加適量緩凝型外加劑，以延緩水化熱釋放時間，減少內(nèi)外溫差。
4、施工后的質(zhì)量驗收
4.1混凝土外觀質(zhì)量及尺寸偏差的檢驗
現(xiàn)澆混凝土結構拆模后，應根據(jù)設計文件《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》和《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求，對混凝土外觀質(zhì)量及尺寸偏差進行檢查、記錄。必須做好：外觀檢查項目：露筋、蜂窩、孔洞、夾渣、疏松、裂縫、連接部位、外形、外表等 。
4.2 混凝土結構實體檢驗
混凝土結構實體檢驗是在混凝土分項工程驗收合格后，項目技術負責人要組織對涉及安全的柱、墻、梁、板等重要混凝土構件進行重新驗證性檢查。包括：
1）結構實體檢驗所用的同條件養(yǎng)護試壓件的制作過程、制作地點、留置方式、留置數(shù)量是否符合規(guī)范要求。
2）結構實體鋼筋保護厚度是否符合設計及規(guī)范要求。
3）檢查并復核混凝土強度統(tǒng)計結果是否符合設計及規(guī)范要求。檢驗合格后，及時做好《混凝土子分部工程結構實體鋼筋保護層厚度驗收記錄表》和《混凝土子分部工程結構試題混凝土強度驗收記錄 表 》。
綜上所述，在對現(xiàn)澆鋼筋混凝土的施工質(zhì)量控制過程中要嚴格操作，嚴格把關，嚴格施工。只有這樣，才能確保工程建設的質(zhì)量。
參考文獻：
[1]《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》
1.結構質(zhì)量出現(xiàn)問題的原因
造成結構質(zhì)量問題主要有以下幾方面即：材料原因，如選用的水、水泥、砂、石、外加劑、鋼筋、焊條等不當，或質(zhì)量不符合要求等；設計原因，如設計安全度不足，荷載選用不當，結構布局與構造不合理，計算有誤等：施工中的原因，如配料不準，攪拌不勻，運送時間過久，澆筑不符合規(guī)范，振搗不實，模板變形，跑漿，過早拆模等；環(huán)境的原因，如凍害、高溫、高熱、腐蝕介質(zhì)作用，自然風化等。
2.框架結構施工注意的問題
2.1鋼筋綁扎施工中常規(guī)注意問題
進入現(xiàn)場的鋼筋材質(zhì)與實驗單不符；施工時鋼筋綁扎不牢固，出現(xiàn)松動和位移，綁扎間距及保護層不符合要求；還有鋼筋接頭的形式不符合規(guī)定，搭接長度小于規(guī)定值等。焊接的質(zhì)量差，使用的焊條品種、規(guī)格和質(zhì)量不符合設計要求和規(guī)范規(guī)定；施工管理不善，粗心大意。有的操作人員不懂結構，盲目施工。
2.2混凝土施工規(guī)范問題
根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》《建筑抗震設計規(guī)范》《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》等規(guī)定，在柱配筋表中，可以根據(jù)不同的抗震等級和配筋量及加密區(qū)的配箍率要求，選定所需的、比較合理的截面形式，并編制有鋼筋直徑3～50mm在lmm寬度內(nèi)各種間距的鋼筋面積表，梁附加橫向鋼筋承載力表等。在施工中關于鋼筋的錨固與連接、粱的箍筋及附加橫向鋼筋配置、柱的構造要求合理設計施工。這對工程結構構件的定量構造要求問題，對保證設計質(zhì)量和保障施工質(zhì)量具有顯著效果。
2.3鋼筋混凝土結構問題
鋼筋混凝土結構是指承重的主要構件是鋼筋混凝土建造的。包括薄殼結構、大模板現(xiàn)澆結構及使用滑模、升扳等建造的鋼筋混凝土結構的建筑物。鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。具有堅固、耐久、防火性能好、比鋼結構節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點。分兩種：整體式鋼筋混凝土結構，在施工現(xiàn)場架設模板，配置鋼筋．澆搗混凝土而筑成；裝配式鋼笳混凝土結溝，用在工廠或施工現(xiàn)場預先制成的鋼筋混凝土構件，在現(xiàn)場拼裝而成。
在構思框架結構方案時應作的考慮。從力學觀點看，在民用建筑的平面布局中，應當盡量使柱網(wǎng)按開間等跨和進深等距布置，這樣可以相應減少邊跨柱距，也可以充分利用連續(xù)粱的受力特點以減少結構中的彎距，可以使各跨梁截面趨于一致，而提高結構的整體剛度。結構的傳力路線應簡捷明了。在荷載作用下，結構的傳力路線越短、越直接，結構的工作效能越高，所耗費的建材也就越少。結構方案還應結合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求綜合考慮。
3.鋼筋混凝土框架施工措施
框架結構方面，應注意加強構造措施。預防外框架柱可能成為短柱，設置連續(xù)的窗過梁，這是在對框架結構外立面為帶形窗時要注意的施工問題?？蚣芙Y構對于大跨度柱網(wǎng)的，應對柱箍筋全長加密。這在設計中容易被忽視，應引起重視。在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺粱與其相連，使得樓梯間處的柱可能成為短柱。
鋼筋混凝土施工合理應用。模板工程方面，模板工程的發(fā)展不斷向快速、節(jié)省方向邁進。在實際建筑施工中，由于構造復雜，梁柱節(jié)點區(qū)的鋼筋密集，在框架結構施工中。施工單位普遍采取先安裝粱板模板，再綁扎安裝梁鋼筋。特別是處于結構中間部位的柱子，梁柱鋼筋縱橫交錯，這樣柱子的箍筋綁扎就很不方便，粱的縱向受力鋼筋要放在柱縱向鋼筋內(nèi)部，呈井子形交叉。模板構件的計算需計算彎矩、剪力和撓度，并用容許抗彎強度設計值、抗剪強度設計值和撓度值來驗算確定支承（座）的最大安全距離（跨距），往往需要耗費較多時間，也較為繁瑣，這三個條件必然有一項起控制作用，可用計算支座之間的臨界長度（跨距）這一方法來判斷彎矩與剪力、彎矩與撓度、剪力與撓度由哪一項起控制作用。
鋼筋的質(zhì)量控制。在進料之前，應根據(jù)設計要求的鋼筋規(guī)格和廠家提供的出廠質(zhì)量證明書或試驗單，在準備購進的鋼筋中，按不同級別、規(guī)格的鋼筋分別抽樣的作試驗。在同一批鋼筋中任意抽樣，分別在每根截取拉伸、冷彎、化學分析試件各一根，每組拉伸、冷彎、化學分析試件各兩根，送至國家認可的實驗室去檢驗，鋼筋抽樣檢驗合格后，方可購進鋼筋，以免不合格的材料入場。
在混凝土施工中應該盡量使用鋼模板，成功的工程總結出，鋼?？杀饶灸Ｌ岣吖ば?～4倍（工效包括安裝、拆模、電焊、鑿毛、搭設平臺等的綜合用工），而且木模的成本費（達到標準周轉率）是鋼模的兩倍。因此，在建筑工程施工中合理的以鋼模代替木模是降低建筑成本和提高經(jīng)濟效益的一種有效途徑。
4.結語
總之，鋼筋混凝土建筑施工中要注意的問題很多，大量工程實踐說明，只有在設計和施工過程中針對各影響因素考慮全面、細致，嚴格遵守設計和施工規(guī)范，特別注意在鋼筋混凝土施工中防范常見問題對工程質(zhì)量的影響，加強規(guī)范管理，才能做出更好的。質(zhì)量更高的工程。
參考文獻
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關鍵詞: 混凝土結構鋼筋選擇
一、混凝土結構對受力鋼筋性能的要求
1. 強度是鋼筋的最基本的性能。但強度過高時高應力引起的大變形(伸長)將影響正常使用(撓度、裂縫)。故規(guī)范中鋼筋設計強度限為306Mpa,強度過高沒有意義。提高強度主要靠改進材質(zhì)(低合金化);也可通過熱處理或冷加工提高強度,但延性損失太大;變形鋼筋的基圓面積率對強度也有一定影響。
2. 延性是鋼筋的變形能力,通常用伸長率及強屈比來表達。目前以量測斷口區(qū)域確定的伸長率(δ5,δ10,δ100)難以真正反映鋼筋的延性。其原因為:標距不同,難以比較;只反映頸縮區(qū)域的殘余變形;且斷后拼接測量誤差較大。
3. 鋼筋質(zhì)量的穩(wěn)定性對受力承載十分重要。規(guī)模生產(chǎn)的鋼筋產(chǎn)品均質(zhì)性好,質(zhì)量穩(wěn)定,性能可靠。小規(guī)模作坊式生產(chǎn)的冷加工鋼筋質(zhì)量不穩(wěn)定,離散度大,不合格率高。在母材超粗、加工缺乏管理、產(chǎn)品難以嚴格檢驗的情況下性能無法保證。
4. 鋼筋的錨固性能是其與混凝同受力的基礎。光面鋼筋靠膠結及摩擦受力,錨固性能差;變形鋼筋以咬合作用持力,錨固性能與其外形有關,取決于鋼筋的橫肋高度、肋面積比(橫肋投影面積與表面積之比)以及混凝土咬合齒的形態(tài)。
5. 承受動力荷載的結構對鋼筋有疲勞性能的要求。表面凹凸變化大的鋼筋易在形狀突變處應力集中而誘發(fā)疲勞破壞。
6. 焊接性能影響鋼筋的應用。碳當量超過0.55%時不可焊。通過熱處理、冷加工而強化的鋼筋,焊接引起焊區(qū)鋼筋強度降低,應予以注意。
7. 耐久性影響結構的工作壽命,在港工、水工、化工、市政工程中尤為重要。細直徑鋼筋對銹蝕比較敏感。影響銹蝕的主要因素是環(huán)境?；炷帘Ｗo層和鋼筋表面狀態(tài)(防護層)也有影響。
8. 冷彎性能是為滿足鋼筋加工的要求。在彎折、彎鉤或反復彎曲時,鋼筋應避免裂縫和折斷。延性好的鋼筋彎弧內(nèi)徑小,施工適應性強。
9. 鋼筋骨架網(wǎng)片的剛度對施工影響很大。如剛度小,在施工現(xiàn)場因擾動(沖擊、振搗、踩踏)而造成鋼筋移位,有可能影響結構性能,甚至釀成事故。
二、建筑市場對鋼筋需求的變化
經(jīng)濟發(fā)展和國力增強要求建筑結構安全度逐步提高。建筑成本中結構造價,尤其是鋼材所占比例已很小。為提高安全度而增加配筋不至引起建筑造價的較大波動。近期規(guī)范修訂試設計的結果,用鋼量已有明顯上浮。故今后建筑市場對鋼筋的需求量將有較大增長。對鋼筋性能的要求已由單純追求強度到考慮綜合性能,特別是延性要求。事故和震害調(diào)查表明,結構安全隱患往往是延性太差(脆斷)。抗震設計、塑性內(nèi)力重分布以及極限設計等也對鋼筋的延性提出了更高的要求。因此,延性已成為不亞于強度的主要性能指標。
對高強鋼筋的要求將明顯增加?，F(xiàn)代結構趨向大跨重載,配筋密集難以施工的矛盾日益突出,加上混凝土強度普遍提高,要求受力鋼筋具有更高的強度,發(fā)達國家Ⅰ級鋼筋已淘汰,普遍采用400Mpa級鋼筋,500Mpa級鋼筋的應用也已開始。而我國的主導鋼筋仍以低強度的Ⅰ、Ⅱ級鋼筋(235,335Mpa)為主,差距甚大。新修訂的設計規(guī)范將以400Mpa的Ⅲ級鋼筋為主導受力鋼筋,引導設計人員采用強度較高的鋼筋。
三、各種鋼筋的發(fā)展趨勢
1.光面鋼筋光面(Ⅰ級)鋼筋延性最好(δgt>20%),但強度太低(235Mpa),強度價格比不足0.10t•Mpa/元,故用作受力鋼筋不經(jīng)濟;切錨固性能差,末端需做彎鉤。國外己基本不用。從長遠看,作為受力鋼筋將被淘汰。
2.高等肋鋼筋等高肋(人字紋、螺旋紋)鋼筋基圓面積率小(0.88～0.93),截面削弱太多且表面凹凸太大,抗疲勞性能差。雖錨固強度高,滑移小,但混凝土咬合齒單薄易擠碎切斷,錨固延性差。這種鋼筋已通過標準的修訂被取消,將很快被淘汰。
3.月牙肋鋼筋熱軋月牙肋的Ⅱ,Ⅲ鋼筋延性較好(δgt>10%,15%),強度較高(335,400Mpa),強度價格比0.12～0.13 t•MPa/元。可焊性、抗疲勞性能、冷彎性能、錨固性能均優(yōu)良。其咬合齒較寬厚,故錨固延性好。通過修訂標準和改進技術,小直徑(6,8,10mm)鋼筋的規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)。因此,這類鋼筋(特別是Ⅲ級鋼筋)將作為混凝土結構的主導鋼筋大量應用;而細直徑鋼筋則將廣泛用于住宅建設中。
4.高強鋼筋在工業(yè)發(fā)達國家,強度500MPa的鋼筋已開始應用,我國鋼筋標準修訂也以Ⅳ級月牙肋鋼筋形式列入。應用的困難在于高應力條件下變形(撓曲)和寬裂縫難以解決。使用狀態(tài)(撓度、裂縫)將取代承載力(強度)而成為控制設計的主要因素,使其高強度難以發(fā)揮。
5.冷加工鋼筋以強度較低的鋼筋盤條經(jīng)過冷拔、冷拉、冷軋、冷扭后截面縮小、外形改變而形成的冷拔鋼絲、冷軋帶肋鋼筋、冷軋扭鋼筋和螺旋肋鋼筋統(tǒng)稱為冷加工鋼筋。鋼筋冷加工后設計強度提高有限而延性大幅度下降。均勻伸長率普遍不足2%。冷加工鋼筋的強度價格比為0.10～0.12 t•Mpa/元,相對細直徑的Ⅲ級鋼筋已無價格優(yōu)勢。其最致命的弱點是延性太差且質(zhì)量不穩(wěn)定。大量缺乏管理的軋機進行作坊式的生產(chǎn),加上母材質(zhì)量波動(我國盤條多超粗且不規(guī)律),冷加工后面縮率往往偏大,伸長率很難達到標準要求,合格率很低。國際上冷加工鋼筋不能作預應力鋼筋而只作輔助配筋,且均勻伸長率(95%保證率)不小于2%～2.5%。
參考文獻:
[1]徐有鄰.我國混凝土結構用鋼筋的現(xiàn)狀及發(fā)展.土木工程學報,1999,(5).