【关键词】钢管混凝土；设计参数
引言：由于钢管混凝土优越的性能，在我国的建筑工程中得到广泛的应用。一些世界级的建筑也使用了钢管混凝土的结构，例如目前世界上最高的建筑，深圳赛格广场大厦，一共72层，高达291.6米，大厦的主体结构就是用到了钢管混凝土的结构，还有令中国人为之骄傲的重庆奉节巫山长江大桥，跨度达460米，中间最重要的曲线就是因为使用钢管混凝土才能如此坚固的。
1. 钢管混凝土在建筑工程中的具体应用
在上个世纪六十年代，钢管混凝土主要应用于居民住宅和工厂设计的建设方面。后来随着人们对于钢管混凝土的了解逐渐加深，性能的逐渐掌握，钢管混凝土的使用面也越来越广泛，现已广泛应用到电力设备工程、桥梁工程和大型工业厂房上，例如电线杆支架，电杆塔，桥柱，跨度较大柱子较高的高低屋面工业厂房。但是，目前钢管混凝土结构在高层住宅楼的应用上也取得了良好的效果。
目前我国应用较多的钢管混凝土结构是高层住宅建筑。由于我国人口众多，土地资源较为珍贵，因此住宅建筑多采为高层建筑；因此地方开发商也在争相在开发土地上建设高层建筑；我们所说的高层住宅是指10层以上或24米以上的住宅建筑，而7~12层通常称为小高层住宅。这种高层建筑就要求钢管柱子用量少，使用空间较大。一般采用H型钢柱，钢管砼柱，使用这两种钢材会大大的降低原料成本，节约建筑资金，同时这种钢管与混凝土的结合施工较为方便，因此在住宅楼的建筑工程中必将得到良好的发展空间。
2.1构件的组合可靠度
构件的组合可靠度是指对于钢管混凝土结构进行可靠度分析，然后再根据组合可靠度分析法的内容，对于钢管和混凝土分别进行承载力的计算，从而求出构件整体的可靠度数值。这种方法计算简便，而且取值较为方便，但是美中不足的是，此法在计算中会忽略混凝土与钢管之剑的内力套箍作用，从而对结果会造成一定的误差，因此这种方法最后取得的数值属于近似值。
设钢管混凝土构件的含钢量为a，那么钢管所需要承担的应力就为a∫，而混凝土所需要承担的应力为（1-a）∫。由此可以分别得出钢管和混凝土所承担的应力值。钢管所需要承担的应力值A=a∫/[a∫+（1-a）∫]，而混凝土所要承担的应力值为A‘=（1-a）∫/[a∫+（1-a）∫]，由上述两个公式可以得出钢管混凝土构件的组合可靠度为3.2A+3.7A’,通过大量的数据表明，钢管混凝土构件的可靠度数值应大于3.2，但不能小于3.7，在实际工作当中，大部分构件轴心受压时，都是受到应力产生脆性破坏，而其组合可靠度指标在国家规定中并无体现，只能按照混凝土的要求，将其强度设计值乘以可靠度修正系数，以此来维系构件能够正常使用，并保证安全性。
2.2钢管混凝土轴压构件的承载力
承载力是钢管混凝土结构应用最重要的设计参数。承载力N=k1k2Ahf，其中∮是空心钢管混凝土结构的轴压稳定系数，它是钢管混凝土结构最基本的因素。K1是混凝土渐变折减系数，k2是可靠度修正系数。而A是钢管混凝土构件的组合界面面积。
钢管混凝土的承载力是反映其究竟能承受多大的重量，是决定其功能的关键，在测量钢管混凝土构件的承载力时，要对构件进行不同位置的测量，以保证能够对构件的真实情况进行了解，同时要经过数次测量并取得平均值，保证测量的准确性。在考虑到钢管混凝土的抗震设计时，N要除以抗震调整系数，这样才能正确的反应出钢管混凝土具体的承载力。
2.3构件的抗压强度设计值
在上个世纪末，哈尔滨工业大学土木工程学院的教授运用有限元法测算出钢管混凝土结构纵向的应力和轴向应力变化的全过程曲线，从而确定出构件是由弹塑性变化阶段再逐步进入到强化阶段，并且该阶段是构件的抗压强度有效区域。经过后来大量的分析以及对于实际的探究发现，不同种类的钢材混凝土和不同含钢量都会影响弹塑性阶段和强化阶段的数值，如果在弹塑性阶段和强化阶段，某点纵向压力应变为4x103,,那么无强化阶段为极值破坏时，则小于4X103，。
实践得出以下结论，由于钢管混凝土结构含钢量有所不同，钢管混凝土轴压构件的力和应变过程曲线在应变出现极值之前就会破坏。由于构件内的混凝土是采用离心法浇灌的，且用蒸汽养生，因而管中混凝土的抗压强度偏高约10%。
对于实心和空心的混凝土构件，套箍系数会取不同值，在此，设计的套箍系数A=aF/（1.1f）,其中a=c（1-b），a为实心截面的含钢量，c为所对应的含钢率。
2.4钢管节点的要求
对于钢管的节点，首先要求节点的强度要足够大于构件的整体强度，同时节点要满足构件所要求的刚度值，节点的构造不宜过于繁杂，只要传力方便，整体性能较好就可以。其次不要在构件内设置横向穿管，加劲板和其他附件。再次所有焊在钢管构件上的连接件和金属附近，一定要在混凝土离心成型之前就要准备完成，如果在不恰当的时候进行焊接，会造成构件的连接性不强，应力承受值较低的状况。最后在对整体进行焊接时，要保证焊接处的焊接质量，整体方向要一致，焊缝质量应大于一级，检验等级应为B级以上，角焊缝的外观质量标准为3级以上。
3钢管混凝土发展现状以及趋势
虽然钢管混凝土发展时间较短，但是发展速度较为迅猛，预计将在住宅中得到广泛的应用，由目前的高层建筑逐渐过渡到小高层，多层的建筑上。在21世纪前20年，我国每年新建住宅面积5到6亿平方米，而后将每年以5亿平方米递增，今后的钢管混凝土将得到更为广阔的发展空间，所以有必要对钢管混凝土做进一步的研究工作，保证工程的安全性。首先要保证钢管混凝土与外墙板之剑的接缝处理严密，保证墙板的耐久性和钢管混凝土的配套性；其次要加强钢管混凝土的防火设计，这样才有助于进一步推广钢管混凝土的应用；最后要逐步完善钢管混凝土住宅建筑的设计理论，不同类型结构设计规范和施工操作方法，尽快编制各类构件的配套图集。
结语：
在钢管混凝土结构中，轴压构件的承载力，构件的组合可靠度，构件的抗压强度设计值以及钢管节点是最基本的设计参数，通过多年对钢管混凝土结构的分析，目前已经研制出统一的理论成果，并同时对这几种基本参数进行了简单的数值参考，在以后的建筑工程当中，要充分考虑这几种参数的关系，以保证钢管混凝土结构的安全性。
参考文献
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【关键词】 钢管混凝土 工程应用 热点
中图分类号： TU37 文献标识码： A
钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构, 它是在型钢混疑土及螺旋配筋;邑疑土的基础上发展起来的。钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点, 同时克服了钢管结构容易发生局部曲屈的缺点, 具有承载力高 、塑性和韧性好、 节省材料、方便施工的特点。
1 钢, 混凝土结构特点
1. 1 承载力高、地胜好、抗襄性能优越
由于钢管混凝土柱中钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态, 提高了混凝土的抗压强度, 同时钢管内部的混授土又可以有效的防止钢管发生弯曲, 所以钢管孚 昆疑土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和;哪疑土柱承载力之和"钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏变为塑性破坏, 构件的延性性能明显改善, 耗能能力大大提高, 增强了抗展性能。
钢管混凝土短柱轴心受压试验表明, 试件压缩到原长的2/3 , 纵向应变达30% 以上时试件仍有承载力。剥去钢管后, 内部混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱, 但仍保持完整, 并未松散, 仍有约5 % 的承载力, 用捶敲击后才粉碎脱落。抗艘性能是指在动荷载或地展作用下, 具有良好的延性和吸能性。在压弯反复荷载作用下, 弯矩曲率滞回曲线表明, 结构的吸能性能特别好, 无刚度退化且无下降段, 和不丧失局部稳定性的钢柱相同, 但在一些建筑中钢柱常常采用很厚的钢板以确保局部稳定性。
1. 2 施工方便, 工期大大缩短
钢管混凝土柱采用板材卷制而成, 板材厚度都不大, 一般在4 0 毫米以内, 无论工厂焊接和现场对接都没有什么困难。因而制造比较简单, 同时构件自皿较小, 运输和吊装也比较简单。钢管还可以作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重, 给施工带来许多方便。同时由于钢管混凝土内部没有钢筋便于混凝土的浇筑和捣实"钢管本身就是耐侧压的棋板, 所以钢管混凝土结构施工时不铸要模板, 既节省了支模拆模的材料和人工费用也节省了时间。在混凝土浇筑方面现在大多采用“高位抛落不振捣混凝土”的施工方法, 也有在管柱下部开临时浇灌孔用5留疑土泵自下而上灌注混凝土的方法, 靠混凝土自身重t 达到密实"在浇筑混凝土后钢管内处于相对稳定的湿度条件, 水分不易蒸发简化了养护工序, 使施工不受混凝土养护时间的影响。
1.3 有利于钢管的抗火和防火
由于钢管内填有混凝土, 能吸收大量的热能, 因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀, 增加了柱子的耐火时间, 减慢钢柱的升温速度, 并且一旦钢柱屈服混凝土可以承受大部分的轴向荷载, 防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高, 因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热且传递给混凝土而降低。经试验统计数据表明二达到一级耐火3 小时要求和钢柱相比可节约防火涂料 1/3一2/ 3 甚至更多, 随着钢管直径增大, 节约涂料也越多。
1.4 耐腐恤性能优于钢结构
在钢管混凝土结构中由于钢管中浇筑了混凝土使钢管的外嚣面积减少, 受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多, 所以抗腐蚀和防腐所藉费用比钢结构节省。
2 钢管混凝土结构的工程应用
2. 1 地铁车站工程
地铁车站是我国垠早采用钢管混凝土结构的工程项目。早期的地铁车站是深埋地下的多跨结构, 用明挖法施工采用钢管混凝土柱主要是利用其承载力高的特点, 以减小柱子的截面尺寸, 有效利用空间。近年来, 在城市中心地区修建的地铁车站多为浅埋式的, 其有综和功能的多层地下建筑。多采用“盖挖逆作法”施工, 以减少对城市正常生活的干扰以及刘地面文通和临近建筑的影响。“盖挖逆作法”是先施工地下结构的顶盖, 然后在顶盖的保护下进行开挖"按照从顶到底的顺序进行施工"为此必须在土方开挖前设置好顶盖的中间支撑柱, 钢管混凝土柱将施工阶段的临时柱和结构的永久柱和二为一, 因此是最好的选择"例北京地铁的付八线工程中采用“盖挖逆作法”建成了“天安门东站”、“永安里站”、 南京地铁的“三山街站”、“新街口站”等。
2 .2 高层建筑工程
在高层建筑结构中, 钢管混凝土柱其有非常大的优势: 具有承载力高抗及性能好的特点。能很好的解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱” 问题和高强钢筋混凝土结构中脆性破坏问题; 也可以取代钢结构体系中的钢柱, 以减少钢材用t 提高结构的抗侧移刚度"全部采用钢管混凝土柱的工程可采用“全逆法” 或“半逆法”进行施工"进而加快进度取得较好的经济效益。
钢管涅凝土在我国高层和超高层建筑中的应用发展很快, 经历了由局部柱子采用, 到大部分柱子采用, 遥后发展到全部柱子采用的过程"在工程实例中局部采用钢管混撅土柱子的高层建筑有: 北京世界金融中心大厦 (120 m )、 广州新中国大厦 ( 2 0 1. 8 m )、 深圳市邮电信息中心大厦、 天津工商银行办公大楼; 全部柱子采用的有: 厦门金源大厦( 9 6.1 m ) 、 天津今晚报大厦 (13 7 m )、深圳赛格广场大厦 (291.6m )等, 都取得了很好的效果。
2.3 单层与多层工业厂房柱
单层工业厂房的柱属于偏心受压构件, 为了充分发挥钢管混凝土结构的特点, 很多工程中的柱子设计成格构式组合柱, 如双肢柱、三肢柱、四肢柱, 把偏心弯矩转变为轴心力。1980 年建成的太原钢铁公司一轧第二小型厂的下柱为双支柱 ; 1982年建成的吉林种籽处理车间采用了三肢柱。与钢筋混凝土柱和普通钢柱相比钢管混凝土柱显得特别轻巧, 节约钢材, 施工简便, 截面明显减少同时刚度好。
多层工业厂房中采用钢管混凝土柱时, 柱基本为偏心受压的单管柱。如2 00 7 年建成的冀东水泥集团丰润三期水泥厂窑尾预热器车间,2 00 6 年建成的敬业集团钢铁公司7 # 、8 # 的高炉本体车间等。
2.4大跨度桥梁工程
一、钢管混凝土结构特点及优势
钢管混凝土在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。 钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。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。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。钢管砼的特征与优势如下：
1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上，受力合理,能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。
2、柱子截面减小，自重减小，相当于设防烈度下降一级，具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻,这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性,这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。
3、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构，施工简单,缩短工期。钢管本身就是模板,因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。
4、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上。此外具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破坏具有明显的脆性性质,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。而钢管混凝土结构中,由于核心混凝土是处于三向约束状态,约束混凝土与普通混凝土不同,不仅改善了使用阶段的弹性性质,而且在破坏时产生很大的塑性变形,钢管混凝土柱的破坏,完全没有脆性特征,属于塑性破坏。
5、钢管混凝土获得了很好的经济效果。钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积。与钢结构相比,节约了大量钢材，因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用, 钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价，因此其取得了显著的经济效果。
二、钢管混凝土在工程中的应用及效益
近年来，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中，取得了较好的经济和社会效益。
1、高层建筑工程。据有关资料，达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。例如1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层\地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期，经济效益显著。
2、 公共建筑、工业厂房及大跨度桥梁工程 。例如南宁青秀山高尔夫俱乐部打习馆改扩建工程，项目位于青秀山风景区，拟在改造原有主体框架的同时扩建二层的办公用房。由于打习馆已投入使用，在改、扩建施工的过程中应尽量减少对原有建筑已使用部分的影响，缩短工期，同时配合整个建筑物的立面造型及风格，经多方分析比较，决定在扩建工程中采用钢-混凝土组合结构，并采取一定的施工措施，充分利用组合结构的优越性，取得了良好的技术经济效益。钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。 在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。自1990年在四川省旺苍县建成跨度为115米的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，在10来年的时间里，我国已经建成了100多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在100米以上的就有30多座，尤其是重庆市万县长江公路大桥，跨度达到420米，一跨过江。
近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。
此外，钢管混凝土结构也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。北京地铁车站站台柱。在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。
（山西省禹门口水利工程管理局）
摘 要：本文结合预应力钢筒混凝土顶管在禹门口提水东扩工程中的试验性应用，对PCCP顶管施工性能和结构承载力进行分析研究，通过采取针对性的措施可以完全改善并保证PCCP顶管的施工性能和工作性能，通过进行管道承载力试验证明其结构安全性能良好，工程应用也充分证明了其良好的结构性能。PCCP顶管是一种新型复合管材，兼有压力管道和顶管性能，对解决管线穿越建筑物问题具有很强的针对性和优势。
关键词 ：JPCCP顶管；结构分析；性能
前言
近年来，我国水资源紧缺矛盾日益突出，水利工程建设重点已很大程度地转向了引调水工程。预应力钢筒混凝土管得到广泛应用，而输水管线几乎都要多次穿越建筑物（铁路、公路、房建等），PCCP顶管则是解决管线交叉穿越建筑物的理想方案，与传统钢筋混凝土顶管内穿压力管道方案相比具有成本低、进度快、施工简单的优点，对解决管线穿越建筑物问题具有很强的针对性和优势。山西省禹门口提水东扩工程试验性采用了预应力钢筒混凝土顶管，简称PCCP顶管或JPCCP（英文Jacking-Prestressed Concrete Cylinder Pipe缩写），本文就PCCP顶管的施工性能、工作性能和结构承载力进行分析研究。
1预应力钢简混凝土项管方案分析
1.1 PCCP顶管(JPCCP)结构特点
PCCP顶管是根据PCCP结构特点和顶管特点开发的一种新型顶管，兼有压力管道和顶管功能，可直接进行顶进施工，并在施工完成后作为压力管道与上下游PCCP直接对接。与传统钢筋混凝土顶管内穿压力管道方案相比，具有成本低、进度快、施工简单的优点，对解决管线穿越建筑物问题具有很强的针对性和优势。
JPCCP是一种预应力钢筋混凝土与非预应力钢筋混凝土复合而成的新型管材，其中预应力部分负责承担内水压力、外部荷载及部分轴向顶力，非预应力部分负责承担部分轴向顶力、预应力钢丝防腐保护和减少顶进磨擦力。JPCCP制造工艺为先按PCCP的要求制作一带钢筒的混凝土管芯，然后按设计要求缠绕高强钢丝，再在其外按构造要求制作钢筋骨架，最后浇筑外层混凝土。与PCCP不同之处是用钢筋混凝土替换了PCCP夕|部的砂浆保护层，单节管道长度由Sm~ 6m减小为2.5m~ 3.Om，以适应顶管特性要求。
1.2 PCCP顶管方案优点
PCCP顶管除具有PCCP全部特性外，还具有如下优点：
(1)施工简单。PCCP顶管与传统顶管加套管工艺相比，顶管内径减小，省去穿管工序（管材和施工费用）和管道间空腔回填混凝土工序，土体开挖量可减少50% N60%，大大减小施工难度。
(2)基础受力条件改善。PCCP顶管直接作为压力管道，管道加水重比所开挖的土体重量减小40%~ 60%。减小了基础荷载，不会增加基础承载力，可改善传统顶管受力情况。
(3)成本低。直接采用顶管作为压力管道可大大减少成本。一是省去内部穿管的全部管材费和安装费用；二是减少顶管的管材费用，顶管内径减小，管材费用减小40%—50%；三是减少土体开挖量50%以上。
(4)缩短工期。由于施工工艺简化，施工难度大大减小，顶管施工进度大大加快。
2 PCCP顶管的结构设计方法研究
2.1 JPCCP结构设计方法
预应力钢筒混凝管顶管是一种预应力结构和非预应力结构复合而成的管道，主要依据的设计规范是《预应力钢筒混凝管结构设计规范>( AWWA C304)和《给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计规程》(CECS143:2002)。设计时先按AWWA C301规范进行预应力结构设计，再按CECS143进行外圈非预应力混凝管结构设计。进行预应力结构设计时，先按外圈保护层净厚度25mm进行计算，再按外圈混凝土总厚度80mm进行设计，选取两种外圈壁厚预应力配筋量较多的一种配筋量，按此配筋面积再校核另一种外圈厚度下所有指标是否符合C301要求，如符合则作为预应力钢丝最终的配筋量。外圈非预应力混凝土结构设计时不考虑内壁的预应力钢丝的作用，也不考虑内水压的影响（即管芯内部由内水压力和外荷载导致的拉应变由预应力钢丝承担），控制截面为管侧，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行计算，两种状态下各种荷载作用采用相应的分项系数，设计理论按刚性管道计算，管道结构的内力分析按弹性体系计算。主要计算对象是外壁配筋量和混凝土强度，管侧的内力按CECS143:2002附录D所列内力系数进行计算。上述两个计算过程中的管自重承载角度根据顶进作业的特点可以按1200—1350考虑。
2.2 JPCCP的结构性能分析
2.2.1收缩性能分析
JPCCP是一种分两次成型的预应力钢筋混凝土和非预应力钢筋混凝土复合结构，从预应力混凝土结构设计原理以及JPCCP的结构形式看，导致接合面产生拉应力以致产生间隙、分离的因素有管芯混凝土的收缩和徐变造成的管芯直径的微量缩小，而阻止接合面产生间隙、分离的因素有预应力钢丝的应力松弛和正常通水时管内水压力两个因素。应力松弛是指预应力钢丝缠绕到混凝土管芯上时使管芯产生弹性压缩，预应力钢丝本身有在高应力状态下应力松弛的特性，这种特性导致管芯混凝土的弹性压缩有所回复，进而管芯混凝土的徐变值减小；正常通水时的管内水压力使得管芯混凝土产生拉应力，迫使管芯混凝土弹性变形向外扩张，使管芯混凝土紧紧压住外圈钢筋混凝土。
另外，混凝土收缩由干缩和自收缩两部分组成，当管道处于地下高湿度环境时混凝土不再进行干缩，只有自收缩还在随混凝土龄期增长而进行，但此时外圈混凝土也在进行自收缩，内外圈混凝土不会因为混凝土自收缩而产生拉力，同样，当管道处于堆放暂存期、暴露在空气中时，内外圈混凝土同时产生干缩和自收缩，这个时期内外圈混凝土也不会因为混凝土收缩而产生拉力。以上分析可以说明，管芯混凝土收缩和徐变不会导致预应力和非预应力混凝土接合面产牛分离。
2.2.2顶进能力分析
与标准PCCP相比，除同样需承受内水压力和外荷载外，不同之处在于需要承受一定的顶进力。JPCCP的外圈钢筋混凝土是在经施加预应力的带钢筒的混凝土管芯外面放置钢筋骨架后浇筑的钢筋混凝土保护层，浇筑时外圈混凝土的插口端部顶部超出原混凝土管芯外侧一定高度，同时覆盖在混凝土管芯的钢筒外侧部分的混凝土顶面上，形成一个完整的承压平面，外圈钢筋混凝土保护层的承口端部底部在浇筑时和混凝土管芯坐落在同一个专用底模上，外圈钢筋混凝土浇筑完成后内外圈钢筋混凝土承口端也是一个平面，实现了顶进作业时外圈钢筋混凝土和混凝土管芯的钢筒外侧部分承受相同压应力的目的。外圈钢筋混凝土外侧壁的承口端和插口端固定有加强钢环，增强了管端的局部承压力。外圈钢筋混凝土的插口端面开设有半圆形注浆通道，插口钢环上开设有注浆孔，在注浆孔位置的插口钢环内壁焊接有注浆管，注浆管与注浆通道连通，顶进过程中可以通过注入触变泥浆来减小顶进过程中的摩阻力，顶进作业完成后用水泥浆置换触变泥浆来起到承插口圈的防腐作用，同时水泥浆的注入也能填充顶进过程中产生于管周的空隙。
2.3 JPCCP结构承载力试验
2.3.1试验管工况
为验证设计方法的正确性、合理性，2011年6月9日我们进行了一次破坏性外荷载试验，也称三边承载试验，试验管口径为DN2400，工况为工作压力l.OMPa、覆土6m，管道长度3m。设计参数及设计结果如下：
公称内径D1=2400mm，管芯壁厚hc=155mm，保护层厚hm=ds+78=85mm (ds为钢丝直径)
管外径Bc=D1+2×(hm+hc) =2880mm，管壁厚度T=240mm，管顶覆土高度H=6m
工作压力P=lOOOkPa，检验压力Pft=1300kPa，管自重支撑角度1200。2.3.2试验方案
(1)试验方案参照《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》(CBIT16752-2006)。
(2)加荷值与静停时间按照有关规定。当达到分级荷载时，应观察管体外表面裂缝并作好记录。
2.3.3实验结果及数据分析
通过计算管道顶部每米土荷载、活荷载、水重荷载、管自重四种外荷载在管壁内部造成的弯矩，换算为三边承载试验的线荷载为133.525kN/m。管道设计内水压力标准值为1.4倍工作压力标准值，在承载能力极限状态下，内水压力对管壁造成的拉力换算为203.774kN/m。两项荷载合计为337.3kN/m，即为三边承载试验结构设计线荷载。
加荷至1200kN（相当于400kN/m）时管内壁出现0.03mm宽的裂缝，加荷至1300kN（相当于433.33kN/m）时裂缝宽度扩展至0.18mm，并失去了抵扣外荷载的能力。经试验验证，该值Pc=337.3kN/m小于实际试验线荷载值433.33kN/m。外荷载试验破坏荷载与设计荷载比值为433.33/337.3-1=28%，证明JPCCP的结构设计方法是合理的、可靠的。
3 JPCCP作为顶管的性能改进分析
3.1 JPCCP用于顶管的特殊技术要求
依据PCCP结构特点，利用PCCP直接作为JPCCP使用需要从结构上解决以下问题：
(1)根据顶管施工要求，为减少顶进摩擦力，JPCCP外部结构应平整，且应增加注浆孔；
(2)顶管不但要承受竖向和水平土荷载及地面车辆荷载的压力，同时还需承受顶进施工过程的较大轴向顶力，JPCCP应增加承插口端面保护措施及平整度，且应满足顶力要求；
(3)避免JPCCP施工完成后接头渗漏水对路基造成变形，影响交通安全，要求JPCCP承插口接头止水效果可靠。
(4)JPCCP顶进完成后，为不影响使用寿命，外部承插口钢圈防腐问题应加以解决。3.2 JPCCP用于顶管需结构调整的措施
(1)针对普通PCCP外部的粗糙砂浆外保护层，JPCCP将其改为钢筋混凝土现浇保护层结构，—方面利用光滑的刚性板浇筑使其表面平整，起到减少顶进过程的摩擦力；另—方面可根据计算顶力要求，确定管芯外侧钢筋混凝土保护层的厚度。
(2) JPCCP结构形式目前还没有专门的计算方法，设计首先按照普通PCCP管道承受内外压设计参数进行管芯厚度、预应力高强缠丝设计计算；然后按照JPCCP外部混凝土抗裂进行复核验算，确定外层钢筋混凝土的厚度及配筋计算，最终确定JPCCP整体结构尺寸。
(3)针对接头有效均匀传力要求，通过在JPCCP制造过程中承口断面加大底模，插口断面局部整体浇注混凝土等措施实现JPCCP承插口断面混凝土达到平整，并在端面外部加设的钢圈。另外在顶进前再端面加设一定厚度的木垫圈，确保在顶进过程顶力全部由钢筋混凝土承受，不影响PCCP管芯质量。
(4)为保证接口止水可靠，JPCCP顶管接头止水设计分三道：第一道为PCCP双胶圈止水；第二道为接缝底部聚硫密封胶止水，高度25mm；第三道为内壁接缝表面聚脲防水涂层，宽度300mm，厚度2mm。聚硫密封胶和聚脲涂层均为柔性材料，可适应地形微小变化，同时两种材料和混凝土及钢材的粘接力较强，耐久性也很好，可起到很好的止水效果（如图1所示）。
(5)普通PCCP安装完成后利用砂浆对接头外部进行灌浆包封处理，使承插口钢圈长期处于碱性环境中，起到防腐保护作用；JPCCP顶管顶进施工完成后，利用预留的注浆孔—方面进行顶部回填灌浆，同时还对接头承插口钢圈采用水泥浆液进行封闭处理，起到防腐保护效果。
4禹门口提水东扩工程JPCCP应用情况
禹门口东扩工程输水管线贯穿高速公路匝道、国道、县乡级等级公路13处采用了JPCCP，总长度约622m。其中直径2.4m顶管1处，直径2m顶管2处，直径1.8m顶管9处，直径1.4m顶管1处，单处顶管最大长度为90m（管径1.8m）。为保证工程安全，穿越公路JPCCP设计覆土厚度均比实际覆土厚度有所提高。施工阶段将初步设计确定的顶涵内穿PCCP方案调整为JPCCP方案。2012年io月20日禹门口东扩工程开始对工程56km管道进行全线充水，11月10日完成全线充水，并开始进行分段水压试验，充水过程中组织巡线人员重点对13处JPCCP段进行巡查，未发现渗漏等异常情况，分段水压试验一次试验成功，证明JPCCP设计、制作及施工质量均满足工程使用要求。可以认为禹门口提水东扩工程JPCCP施工总体质量较好，管线静水压试验和试通水试验一次合格，工程应用取得了良好的效果。结论
(1) PCCP顶管是一种新型复合管材，兼有压力管道和顶管性能，具有成本低、进度快、施工简单的优点，对解决管线穿越建筑物问题具有很强的针对性和优势。
关键词：钢骨混凝土柱钢骨截面形式钢骨含钢率
前言
所谓超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型、体型特别不规则以及有关规范、规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。中广大厦是集办公，住宅,商场,餐饮,娱乐为一体的大型高层综合性建筑。包括三栋高层塔楼(A,B,C栋).裙房五层,地下二层。地下一、二层为设备用房，汽车库，地下二层战时为六级人防。地上一~五层为商场。A、B栋塔楼为6~26层蝶形平面的高层住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在内，建筑总高度106.1米。C栋塔楼为6~28层大空间办公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在内，建筑总高度118.800米。五层商场总面积为26745平方米，总建筑面积100010平方米。
因房屋总长度远超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距55米的限值，为此设二道抗震缝将房屋分为三段，形成三个结构单元。即A、B栋高层为大底盘、双塔楼；C栋为独立带裙房的框架剪力墙结构高层建筑；其余为框架结构。建筑抗震设防类别均为乙类，场地类别为Ⅱ类。基础采用钢筋混凝土平板式筏形基础，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（办公部分），持力层为强风化砂岩，地基承载力标准值400Kpa，压缩模量Es=12~17Mpa.。本建筑的结构安全等级为一级，设计基准期为50年。本文以A、B栋为论及对象。
1、结构布置特点
A、B栋高层为满足上部住宅建筑的舒适性、规则性要求（即住宅室内无柱角）及下部五层商场大空间的使用要求，采用五层大底盘双塔楼框支剪力墙结构，在五~六层中间利用设备层做转换层，采用梁式转换，转换层设置标高为23米。高宽比为3.22，长宽比为4.13，转换层上下剪切刚度比值γ=1.395。
1、房屋高度超限
A、B栋高层房屋高度为89.1米，超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3-91）中规定的框支剪力墙结构8度区适用高度80米的限值。
2、采用双塔楼联体结构，质量、刚度分布不均匀，竖向不规则。
3、高位转换：
在五~六层之间利用设备层做转换层，标高23米。超过8度区转换层宜控制在3层以下的限制。
4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次转换。
5、由于商场使用功能的限制，A、B栋塔楼的落地剪力墙数量偏少，且大都布置在商场后部，主体结构与大底盘中心的偏心矩与底盘尺寸之比大于0.2。
6、6~26层住宅部分在剪力墙局部开设角窗。
2、构造措施
经我院多次分析论证，认为其主要不利因素为：框支剪力墙结构在转换层以下，支撑框架与落地剪力墙并存，形成了“支撑框架—剪力墙“体系。此中，支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系，在高位转换时，由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。同时，支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载，直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力，要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力远大于计算分析结果。对此采取以下措施：
1、在塔楼范围内五层以下框支部分采用钢骨混凝土柱，钢筋混凝土梁混合结构（钢骨混凝土柱共48个）。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。
2、A、B栋塔楼的裙楼楼屋面板，在塔楼高振型的影响下，承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力，受力十分复杂。同时，由于建筑使用功能的要求，在裙楼中部开设大洞以便设置电梯，对楼板削弱较大。针对这一不利因素，在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋，加大楼板厚度，增设斜筋的措施。
3、由于上部住宅为蝶形平面，在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.10条的规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素，我们采取了加强框支主梁的配筋构造措施，并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。
4、在住宅部分开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，对其抗震性能带来了不利影响，改变了剪力墙与框支梁之间的传力方式。针对这一不利因素，我们决定从受力计算和构造措施两方面予以加强处理。
3、计算结果分析
3.1、总体计算结果
1、计算软件：
采用中国建筑科学研究院的PKPM系列中的TAT（多层及高层建筑结构三维分析与设计软件），SATWE（多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件）两种不同程序分别进行对比计算，其总体计算结果接近。下面列出TAT、SATWE的计算结果。地震影响系数采用《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中的数值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05
2、设计参数：
地震烈度8度；场地土类别Ⅱ类；抗震等级框架、剪力墙均为一级；楼层自由度数：每个塔楼每层3个自由度（两个平动，一个扭转）；地震作用按侧刚分析模型考虑扭转耦连，用18个振型计算，固定端取在±0.000处。
3、结构基本周期：
SATWE结果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611
T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458
（仅列出前六个振型）
TAT结果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669
T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749
(仅列出前六个振型)
4、地震作用下的底层水平地震剪力系数：
SATWE结果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%
TAT结果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%
5、地震作用下按弹性方法计算的最大层间位移与层高比值：
SATWE结果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187
TAT结果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583
6、地震作用下按弹性方法计算的最大顶点位移与总高比值：
SATWE结果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649
TAT结果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373
7、结构振型曲线及时程分析的部分图形
3.2、计算结果分析
根据以上计算结果来看，两种计算结果接近。下面以SATWE程序为主进行分析：
1、自振周期在合理范围之内，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.9，满足规范要求。
2、振型曲线光滑符合规律。
3、底层剪重比>3.2%,满足规范要求。
4、最大层间位移和顶点位移<1/1000，满足规范要求。从最大楼层位移曲线可以看出，五层以下较缓，而转换层以上较陡，说明底盘刚度比塔楼刚度小。
5、分析表明，时程分析的最大位移均不超过反应谱法计算的位移值，y向楼层剪力，X、Y向楼层弯矩均不超过反应谱法计算的楼层剪力及楼层弯矩，仅X向楼层剪力TAF-2波大于反应谱法，但三个波的平均值仍小于反映谱法楼层剪力。动力时程分析复核结果表明，不需要调整个楼层构件的内力和断面配筋。
3.3、局部计算及构造处理
1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墙有限元分析程序进行计算，并进行应力分析。同时，加强框支梁的配筋构造措施，为避免框支梁钢筋过密，在框支主梁的下部配筋区加设一根580mm高的钢梁。
2、角窗：整体计算时，角窗上部墙体按双悬臂梁进行计算。配筋设计时同时满足剪力墙连梁的要求。同时，加强角窗周围的暗柱及连梁的配筋，边墙剪力墙加墙垛，角窗部分楼板加斜筋。
3、钢骨柱的计算：首先，确定钢骨的截面形式，预定钢骨柱的钢骨含钢率，带入SATWE程序中进行整体计算，并根据计算结果调整含钢率。有关钢骨柱的构造及具体做法见下面的详细介绍。
4、钢骨混凝土结构设计前的准备工作
采用钢骨混凝土是解决超限问题的重大技术措施，也是本次设计的重要组成部分，在我省也是首次采用。在本次设计中，钢骨柱采用的是实腹式十字型钢，钢骨梁采用的是工字型钢。在钢骨混凝土结构设计中需要注意的几个问题如下：
4.1、钢骨的含钢率：
关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率，目前没有统一的认识，但当钢骨含钢率小于2%时，可以采用钢筋混凝土构件，而没有必要采用钢骨混凝土构件。当钢骨含钢率太大时，钢骨与混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全发挥，且混凝土浇注施工有困难。因此，在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97中将钢骨含钢率定为2%~15%。一般说来，较为合理的含钢率为5%~8%。另在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001中定为4%~10%。在中广大厦钢骨混凝土柱的设计中，考虑到建设单位尽量节约钢材，节省资金的要求，经专家委员会认可，钢骨柱的含钢率确定为3.5%。
4.2、钢骨的宽厚比：
钢板的厚度不宜小于6mm，一般为翼缘板20mm以上，腹板16mm以上，但当钢板厚度大于36mm时，钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB5313中的Z15级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性，由于在焊缝附近常形成约束，焊接时容易引起层状撕裂，焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。
4.3、钢骨的混凝土保护层厚度：
根据规范规定，对钢骨柱，混凝土最小保护层厚度不宜小于120mm，对钢骨梁则不宜小于100mm。
4.4、要重视钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造连接上的配合协调问题。
5、钢骨的制作与构造措施
5.1、钢骨的制作
钢骨的制作必须采用机械加工，并宜由钢结构制作厂家承担。型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221的规定，钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书，质量应符合国家有关规范的规定。焊接前应将构件焊接面除油、除锈，焊工应持证上岗。施工中应确保施工现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量，型钢钢板的制孔，应采用工厂车床制孔，严禁现场用氧气切割开孔，在钢骨制作完成后，建设单位不可随意变更，以免引起孔位改变造成施工困难。
5.2、钢骨混凝土中设置抗剪拴钉的要求
钢骨混凝土与钢筋混凝土结构的显著区别之一是型钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。根据国内外的试验，大约只相当于光面钢筋粘结力的45%。因此，在钢筋混凝土结构中认为钢筋与混凝土是共同工作的，直至构件破坏。而在钢骨混凝土中，由于粘结滑移的存在，将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载能力及刚度、裂缝。通常可用两种方法解决，一是在构件上另设剪切连接件(栓钉)，并按照计算确定其数量，即滑移面上的剪力全由剪切连接件承担，称为完全剪力连接。这样可以认为型钢与混凝土完全共同工作。另一种方法是在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响，同时在型钢的一定部位：如（1）柱脚及柱脚向上一层范围内；（2）与框架梁连接的牛腿的上、下翼缘处；（3）结构过渡层范围内的钢骨翼缘处加设抗剪栓钉作为构造要求。构件中设置的栓钉应符合国家现行标准《园柱头焊钉》GB10433的规定，栓钉直径一般为Ø19,长度不宜小于4倍栓钉直径，间距不宜小于6倍栓钉直径，且不宜大于200mm。并采用特制的设钉枪进行焊接，焊接质量应满足规范要求。
5.3、钢骨的拼接
钢骨柱的长度应根据钢材的生产和运输长度限制及建筑物层高综合考虑，一般每三层为一根，其工地拼接接头宜设于框架梁顶面以上1~3m处。钢骨柱的工地拼接一般有三种形式：（1）全焊接连接；（2）全螺栓连接；（3）栓、焊混合连接。设计施工中多采用第三种形式，即钢骨柱翼缘采用全溶透的剖口对接焊缝连接，腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。中广大厦设计中的钢骨工地拼接采用第三种形式。
5.4、钢骨柱的柱脚构造
1、钢骨柱的柱脚分为埋入式和非埋入式两种，在抗震区宜采用埋入式柱脚，柱脚钢骨的混凝土最小保护层厚度为：中间柱：不得小于180mm，边柱和角柱：不得小于250mm。
2、钢骨柱埋入式柱脚的埋入深度不应小于3倍型钢柱截面高度，在注脚部位和柱脚向上一层的范围内，钢骨柱翼缘外侧设置栓钉，栓钉直径不小于Ø19，间距不大于200mm,且栓钉至翼缘板边缘的距离大于50mm。
3、在中广大厦的钢骨设计中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米处，为保证地下一层汽车库的使用功能，经多次反复研究、讨论，最终确定了底层框架梁水平、垂直加腋，钢骨伸入框架柱内长度为1.5m，下部与钢筋混凝土柱柱心钢筋焊接。在施工过程中，施工单位提出，钢骨注脚放在半层柱上施工有困难，施工质量无法保证。后经施工单位、设计单位、制作单位及建设单位多次研究，决定在钢骨柱柱脚底部另设格构式支架，将支架一延伸至地下一层底板（支架必须保证拉力传递），比上述方法容易施工，加快了施工进度。经实践证明在今后的设计中若遇到同类问题，宜将钢骨直接伸入地下一层，这样即满足了埋入式柱脚的埋深问题，又取消了底层梁加腋的施工工序、支架的制作安装工序，节省了时间，施工质量较易保证。
5.5、钢骨柱的节点构造
框架梁、柱节点核心区是结构受力的关键部位，设计时应保证传力明确，安全可靠，施工方便，节点核心区不允许有过大的变形。
在钢骨混凝土结构中，梁、柱节点包括以下几种形式：（1）钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接；（2）钢梁—钢骨混凝土柱的连接；（3）钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接。在中广大厦设计中我们遇到的是第三种情况。
规范规定，节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接相一致，在柱钢骨的钢牛腿翼缘水平位置处应设置加劲肋，其构造应便于混凝土浇灌，并保证混凝土密实。柱中钢骨和主筋的布置应为梁中主筋贯穿留出通道，梁中主筋不应穿过钢骨翼缘，也不得与柱中钢骨直接焊接，钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不宜超过腹板面积的25%。
根据规范要求，在中广大厦钢骨设计中，我们采用的方法是：在钢筋混凝土梁与钢骨柱连接的梁端，设置一段工字型钢梁（牛腿），钢梁的高度由钢筋混凝土梁高决定，一般为钢筋混凝土梁高的0.7倍以上，钢筋混凝土梁内钢筋的一部分与钢牛腿焊接或搭接，钢牛腿的长度应满足梁内钢筋内力传递要求。因钢骨柱主筋穿过钢牛腿翼缘，钢牛腿强度有所削弱，因此梁内钢筋焊接或搭接长度应从牛腿根部起算。在实际施工中，由于钢牛腿长度较长，运输有困难，钢牛腿的长度均取满足梁内主筋焊接长度要求。在钢牛腿的上、下翼缘上设置栓钉，栓钉的直径为Ø19，间距200mm，从框架梁梁端至钢梁（牛腿）端部以外2倍梁高范围内为框架梁端箍筋加密区，梁内主筋保证有不少于1/3主筋面积穿过钢骨连续配置。
为方便钢骨的工厂化制作，钢骨混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且难度最大的是：
（1）需确定钢骨柱中每根钢筋的准确位置；
（2）根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度；
（3）确定框架梁中每根钢筋的位置；
（4）根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置；
（5）钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋直径大4~6mm；
（6）,钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少应错开一个孔径。
5.6、钢骨的柱顶构造
根据规范规定，但结构下部采用钢骨混凝土柱、上部采用钢筋混凝土柱时，其间应设置过渡层。在本次设计中，过渡层设置在转换层中，柱顶加设一块25厚柱顶锚固板。但在实际施工过程中，转换大梁配筋较多，柱顶锚固板直接影响转换大梁钢筋的锚固，经多方研究，取消了柱顶锚固板，为转换大梁的顺利施工创造了条件。
6、经济比较
未采用钢骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸为1300X1300mm,上部住宅为6~25层。采用钢骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸为1100X1100mm,上部住宅为6~26层，框支柱截面面积减少了30%左右，住宅面积增加了1860平方米。
在整个建筑中，共使用型钢650吨，型钢的材料、制作、安装综合预算价约为6500元/吨，减去缩小柱截面及减少钢筋面积的费用后，增加费用257.63万元，柱截面缩小后商场部分增加使用面积115.2平方米，按20000元/平方米计算，增加收益230.4万元。增加住宅面积增加收益372万元（1860平方米，按2000元/平方米计算），变更后增加净收益352.77万元。
由此可以看出，采用钢骨混凝土结构既可满足设计要求，又能为建设单位增加经济效益，为在高层建筑设计中解决超限问题提供了可靠途经。是一种值得推广的良好的结构体系。
关键词：钢管混凝土结构；民用建筑工程；特点；实践
钢管混凝土指的是在将普通混凝土填充在薄壁钢管内，把不同性质的两种材料组合在一起而形成的复合结构，利用两种材料在受力时的相互作用，使钢管结构和钢筋混凝土结构的优点相结合，以改善混凝土的韧性和塑形，增强其整体承载力。与普通的钢筋混凝土相比，不仅使截面减少，而且造价也比较低，目前已经逐渐被广泛应用在民用建筑，尤其是高层建中。
1 钢管混凝土结构的特点
1.1 承载力高、延性好、抗震性强
钢管对于其内部的混凝土来说可起到约束作用，可使混泥土处于三向受压的状态，这种状态下的混凝土要更加耐压。同时，钢管由于内部混凝土的填充又会使其减少局部屈曲的发生。通过钢管和混凝土之间的相互作用，还可以使钢管内混凝土的脆性破坏变成塑形破坏，使构建的延性性能和耗能能力都得到改善，有较强的抗震性。
1.2 施工方便，使工期大大缩短
在钢管混凝土结构的施工过程中，钢管可以扮演劲性骨架的角色，承担施工阶段的结构重量和施工荷载，减少混凝土养护的时间，使施工不受其影响。因为钢管混凝土内部没有钢筋，因此也更方便对混凝土进行捣实和浇筑。另外，因为钢管混凝土结构在施工时不需要模板，所以可以节省大量的时间，也能够大量的材料和人工费用。
1.3 有利于钢管的防火与抗火
因为钢管内填有混凝土，可以吸收热能，所以在遇到火灾时，管面截面的温度场分布就会不均匀，这样一来就可以使柱子的耐火时间增加，放慢钢柱的升温速度，就算钢柱发生屈服，其中的混凝土也能承受大部分的轴向荷载，可以有效地防止结构的倒塌。同时，由于钢梁的温度也会随着热量由顶部翼缘向混凝土的传递而逐渐降低，是组合梁的耐火能力得到提高。
1.4 耐腐蚀性能优于钢结构
由于在钢管内浇筑混凝土使得钢管外露的面积与钢结构相比相对较少，因此受外界气体腐蚀的面积少，所以用于防腐和抗腐的费用也会较少。而且钢管混凝土构件的截面形式对于钢管混凝土结构的受力性能、施工工期和难易程度以及工程造价等方面都有影响。例如，圆钢管混凝土的圆钢管可以很好的约束其内部的混凝土，使混凝土处于三向受压状态，以增强其抗压强度，但是实际施工的难度较大，成本也比较高。而方钢管混凝土的施工难度小，成本低，但是其自身的承载力不高。
2 钢管混凝土结构在民用建筑工程中的实践
2.1 采用钢管混凝土柱、轻钢组合梁板结构，用钢量低
除了深圳赛格广场大厦之外，我国其他大多数地方的钢管混凝土结构工程都普遍采用了钢管混凝注，而梁板仍然采用普通的钢筋混凝土结构。在民用高层建筑结构的设计中，会将消防梯和电梯井道组成混凝土核心，并利用其作为抗侧力结构，并且包括楼板在内的以承重垂直为主的钢框架就全部采用钢混组合结构。
2.2 采用钢管混凝土柱、轻钢组合梁板结构，建筑物自重大幅下降
若采用钢管混凝土柱、钢一混凝土组合梁板结构房屋的话，建筑物的自重会处于1.0t/m2-1.11t/m2之间，如果不计算筒体的多层框架结构的话，建筑物的自重会更轻，例如库尔勒住宅楼，它的自重是0.76t/m2。这样一来，建筑物的自重就会比传统的采用钢筋混凝土结构的自重轻上30%以上。因此会使桩的用量减少，地基负荷减少，也会减小筏板基础的厚度，从而使工程造价降低。
2.3 采用钢管混凝土柱.可增加有效使用面积
与钢筋混凝土相比，钢管混凝土的承载能力更强，可以达到单独的钢管或者单独的混凝土的承载力之和的1.7-2.0倍，可以钢管混凝土不受轴压比的限制，所以将钢管混凝土应用到高层建筑中，可以将截面减少到50%以上。例如，有专家曾经对深圳赛格广场大厦进行计算，它的最大柱受力N=9×104kN，柱断面Ф1600×28，若果采用的是钢筋混凝土的话，其断面是2.4m×2.2m，要是采用的是钢管混凝土柱的话，其截面会减少62%，从而会大大增加建筑物的可用面积达到8000O。
2.4 采用钢管混凝土柱、轻钢组合梁板结构施工方便、速度快
在设计钢管混凝土柱，轻钢组合梁板结构时，需要做到节点统一和构件统一，只有做到这两点才会使工厂制作的难度降低，使施工更方便，并能够使室外作业工厂化，高空作业地面化。例如陆海城工程的6幢楼统一采用300钢管混凝土立柱，只是对钢管混凝土立柱的厚度进行改变而不改变其直径。梁则全部采用H一320×150×5×8这一种规格。而钢质楼承板也是通过供货商统一定尺切割成型的，只需要在施工现场用栓钉将其固定住就可以了，因此在整个安装施工的过程中，所有工序都比较方便。而且钢管本身的刚度高，质量轻也不容易变形，因此对其的运输吊装也比较方便，一般控制在3层楼一节用耳板定位，所以现场的焊接工作也会比较轻松。除此之外，钢管混凝土柱也不用进行钢筋和绑扎和支模拆模等复杂的工序，相比混凝土土柱来说，施工方便，可以根据工程的实际情况对管内的混凝土可以采用泵送顶升法、高空抛落不振和手工逐段浇捣等方法进行浇灌。举目前正在施工的精工商务大厦为例，Ф500的钢管混凝土采用了泵送混凝土逐段浇捣法，其施工过程十分的方便快捷。和梁连接的柱上下之间加强环板，因其接点统一，所以可以在工厂中冲压成型，进行批量化的生存。而且依据实际需要，事先焊在钢管柱上，用高强螺栓将框架梁腹板进行联结，上下异缘剖口对接，这样施工起来也相当的方便。钢质楼承板的铺设不仅不需要进行支模、拆模等复杂的工序，而且还会节省掉楼板底部受拉钢筋，使施工更加方便，将大大提升现场的施工速度。
3 结语
从我国实行改革开放政策以来，民用建筑工程行业就迎来了新的发展机遇，以北京、上海、深圳等地的民用建筑发展最为突出。它们相继建成了数百幢钢结构高层建筑，层数累计起来已经超过90余层，总建筑面积将近200×104O，但是这些建筑的造价之高有严重影响了钢结构的发展的广泛性，尤其是在低层的民用建筑中，建造商一般都不愿意采用钢结构。近几年，钢一混凝土结构体系凭借其独特的优势逐渐被建筑商所重视，被广泛应用于民用建筑工程之中。有些专业对已经竣工的森茂大厦、世界广场、商办大楼进行造价统计时发现，钢一混凝土结构体系在工程造价方面的优势十分明显的，在加上其其他的综合优势势必会对我国民用建筑行业的发展起到巨大的推动作用，势必会带来丰厚的经济效益。
参考文献
关键词：钢管混凝土柱；水电站厂房结构；应用
钢管混凝土柱是一种钢管和混凝土相结合的结构，其多是在钢管中进行混凝土浇筑使其成为一个整体。混凝土对钢管形成套箍力，有效提高了混凝土的韧性和强度，而且全面提高了整体结构的可靠性和稳定性，极大地减少用钢量。由于水电站厂房建设面积比较大，通过应用钢管混凝土柱，一方面可以确保水电站厂房的安全性，另一方面可有效减少施工成本，提高水电站厂房建设的经济效益。
一、钢管混凝土柱的优势
1、塑性和韧性较好
混凝土材料最大的缺点是其脆性较高，这使得其在很多工程项目中的应用受到较大限制。而钢管混凝土柱中钢管对于混凝土形成一种套箍力，从而改变了混凝土的弹性和受压力，和普通混凝土相比，其塑性变形较大，有效改善了混凝土的脆性。
2、防火性强
混凝土材料的吸热性较好，当发生火灾时，混凝土可以快速吸收热量，使得钢管壁缓慢升温，并且受到混凝土吸热作用的影响，钢管混凝土柱截面各个位置的温度场分布不均匀，这使得钢管混凝土柱具有较强的防火性。实验证明，等钢管截面积、等量防火涂料条件下的纯钢管柱和钢管混凝土，钢管混凝土的防火性远远高于纯钢管柱。
3、承载能力高
受到钢管结构形式、材料性能的限制，往往由钢管壁来维持整个结构的可靠性，无法充分发挥钢材的屈服强度。根据实验证明，单一结构形式的钢管承载能力较低，在混凝土灌注到钢管中后，钢管对混凝土形成套箍力，延缓了混凝土纵向开裂和钢管壁屈服情况，钢管和混凝土材料的有效结合，最大程度地发挥了两者的优势，和普通钢筋混凝土相比，钢管混凝土柱的承载能力更高。
4、耐腐蚀性优
在工程项目中使用纯钢管结构时，往往需要用防腐材料均匀涂抹在钢管外部和内部，而钢管混凝土柱在应用中，混凝土材料已经填满钢管内部，使钢管内部和各种腐蚀性物质、空气相互隔离，和纯钢管结构相比，钢管混凝土柱的防腐性和抗腐性较好。
二、水电站厂房项目简介
该水电站厂房位于河岸北侧，三面环山，周围地势比较平坦，该厂房设计为钢管混凝土排架柱结构，横向57m，纵长112m，厂房上部设计玻璃幕墙结构，下部采用清水墙作为防护结构，顶部采用预制装配式屋面。该水电站厂房基础应用钢筋混凝土基础，柱顶标高 1014.8，排架柱底面标高 997.8，施工过程中可以根据水电站厂房施工建设进度随时要求材料供应商供货，门窗、矩形钢管都由工厂进行预制加工然后运输到施工现场。
三、钢管混凝土柱在水电站厂房结构中的应用
1、施工准备
水电站厂房施工之前，项目部应组织相关单位进行施工设计图纸会审，仔细研究钢管混凝土柱施工的重点和难点，向相关技术人员和施工人员进行关键技术交底，明确各个环节质量控制要求。对于各个分项工程和分部工程，编制科学合理的施工组织方案、施工安全计划和工程质量控制方法，组织项目工作人员学习相关施工要求和施工规范，还应注意施工现场的各项交接工作，如电路布置、用水管道布置、测量控制点等。同时，做好材料准备和劳动力准备，结合具体的施工进度计划，确定合适的设备和材料进场时间，由专门工作人员做好设备和材料的质量抽检，严禁施工中使用质量不达标的材料，并且项目经理应结合实际施工情况，提前制定所需工种、劳动力数量、进场时间等计划，对所有参与工程项目的工作人员进行环保、质量、安全等方面的知识教育。另外，根据水电站厂房施工现场的平面布置图，合理布置各种电力设施和消防设施，在合适位置建造临住宅、办公场所，仔细清理施工道路，为各种材料和机械设备进场提供方便。
2、施工放样
根据水电站厂房施工图纸上的基准点、尺寸、轴线等数据，使用测量仪器准确测设施工控制网点，在施工场地中布设测量控制网，为钢管混凝土柱的定位提供参考依据，布设完施工控制网点以后准确校核闭合误差。结合水电站厂房水准点，由测量人员将参照点引测到便于操作监控的位置，有效固定监控点，防止发生移动或者变形，提高高程控制的准确性。同时，结合轴线位置和施工控制点，使用专业测量仪器准确定位各个基点，利用钢尺精准校核。从主轴线交汇位置进行轴线定位测设，通过多个控制点实现反复校核，准确定位轴线。可靠牢固地设置龙门架，基坑和龙门架之间保留适当距离，避免开挖基坑过程中影响龙门架的稳定性。
3、钢管混凝土柱施工
钢管混凝土柱施工之前，找平基础杯口底部，仔细进行冲洗，清晰标记钢管中心线，厂房基础部分埋入矩形钢管，要进行适当防腐处理，提前绑扎好矩形钢管，在基础区域准确标定定位轴线，为钢管混凝土柱安装的校正和定位提供标准。在绑扎矩形钢管时应按照规范的手法，严格控制吊点，结合钢管中心位置，采用旋转吊装方法，使钢管水平起吊过程中保持竖直状态，离开地面以后吊到基础杯口位置，做好固定处理，并且利用多台测量仪器加强测量控制，做好钢管的安装校正，将安装误差控制在标准范围以内，吊装时尽量避免猛起猛放或者在地面上拖拉。钢管吊装固定过程中必须做好安装找正，包括平面位置找正、垂直找正、和标高找正，基础杯口对接钢管过程中进行平面位置找正，在吊装或者临时固定过程中做好垂直度找正，结合实际情况采用缆绳拖拽、钢管斜撑、千斤顶校正等方法进行找正。接着对矩形钢管进行固定，矩形钢管就位然后找正以后，在确保临时支撑牢固稳定的基础上，检查杯口基础缝隙中是否有杂物或者灰尘，仔细清理干净，使用细石混凝土填筑基础杯口空隙，然后振捣密实。若基础杯口和矩形钢管之间的缝隙较大，先用水泥砂浆进行关注，然后填筑细石混凝土，混凝土振捣过程中尽量避免触碰楔子。最后进行矩形钢管混凝土浇筑施工，按照从上到下的方向进行排架柱内混凝土浇筑，加强混凝土振捣施工控制，钢管混凝土柱混凝土浇筑施工分为两段：第一段进行下柱身施工，高程006.0～1006.8m；第二段进行下柱身施工，高程1006.8～1015.5m。
结束语：
钢管混凝土柱具有施工方便、防火性强、韧性和塑性好、承载力高等优点，其在桥梁行业、建筑行业中应用广泛。水电站厂房结构中应用钢管混凝土柱，结合水电站厂房项目的具体情况，经过仔细设计和全面调研，优化钢管混凝土柱施工，加强各个环节的施工控制，提高水电站厂房结构的可靠性和安全性。
参考文献：
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[关键词]钢管混凝土结构吊装塔式起重机吊架
钢管混凝土结构融合了钢结构与钢筋混凝土结构的优点,是高层建筑的主要结构类型之一。当前钢管混凝土结构应用广泛,施工实践丰富,但吊装部分论述较少。本文以某超高层办公楼为背景,对钢管混凝土结构施工中的吊装做了总结与探讨。
1工程概况
1.1 项目概况
厦门港国际旅游客运码头配套地产A1项目办公楼为超高层高级写字楼,屋面高度127.1 m。地上31层,与相邻公寓楼共用2层地下室,-2层层高3.9 m,-1层与首层层高6.0 m,2层层高5.1 m其他标准层层高4.0 m。西面局部二层板挑空形成入口大堂。
建筑与施工道路,钢构件堆场平面(地下室施工阶段)关系见图1。
图1办公楼总平面位置示意图
1.2 结构概况
办公楼结构由核心筒与周边16根圆钢管混凝土柱两部分构成。南、北两端柱间设工字钢劲性梁,以加强侧向刚度(图2)。包括地下室,02#~06#、10#~14#柱高92.95m(至21/F),其余柱高137.00m。首层10#~14#共5根钢管柱位于入口大堂内。钢管壁厚由下至上分为24、22、20mm三种。
01~16-圆钢管混凝土柱(16根)A1~A4-工字钢混凝土劲性梁(4根) M-入口大堂范围
图2办公楼平面示意
1.3 钢管混凝土的构件分析
钢构件分解示意图见图3、4。图3、4为按单个楼层进行钢管柱分段的情况。钢管柱也可按多个楼层分段,对结构构造和运输有利,但成倍增加了吊装难度。此外,原设计从结构构造考虑,劲性梁部位的钢管柱段与劲性梁牛腿、斜支撑牛腿(即图4中3与5、7、8)三部分为工厂焊接。经研究,改为现场焊接,如此劲性梁部位钢管柱段的起吊重量减少了40%左右,且便于拼车运输。
图3图4劲性梁部位钢管柱构件分解示意
1-钢管柱段 2-环形牛腿 3-带劲性梁的钢管柱段 4-水平劲性梁工字钢
5-劲性梁牛腿 6-斜支撑工字钢 7-斜支撑牛腿 8-水平悬挑梁工字钢
按单层钢管柱段且不带牛腿,主要钢结构构件情况见表1。可以看出,层高11.1m的大堂钢管柱段,层高6.0m的地下一层、首层钢管柱段,以及A2、A3劲性梁工字钢等构件重量、尺寸较大。
表1主要钢结构构件
楼层部位 构件 质量(Kg) 长度(m)
-2/F、-1/F、1/F 水平劲性梁工字钢,共4根 A1 2490; A2 3680;A3 3800; A4 2970; A1 4.8; A2 8.6;A3 8.6; A4 6.2;
2/F及以上 水平劲性梁工字钢,共4根 A1 2420; A2 3570;A3 3690; A4 2880; A1 4.8; A2 8.6;A3 8.6; A4 6.2;
-1/F、1/F(入口大堂另计) 劲性梁部位钢管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 4790 3.9、6.0
其他部位02#~06#、10#~14#钢管柱共10根 4930 3.9、6.0
2/F 劲性梁部位钢管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 4290 5.1
其他部位02#~06#钢管柱共5根 4250 5.1
入口大堂 钢管柱10#~14#共5根 8780 11.1
-2/F、3/F及以上 劲性梁部位钢管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 ≤3420 3.9、4.0
其他部位02#~06#、10#~14#钢管柱共10根 ≤3460 3.9、4.0
2吊装方法初步比选
2.1 钢结构吊装原则
本工程垂直运输规划,应首先考虑钢结构吊装,其次满足土建材料、机电设备的运输需要。钢管柱无法在楼板转运,吊装应满足以下要求:①吊装无盲区,覆盖所有钢管柱位置;②减少吊装量以加快工程进度;③适应地下室与上部施工阶段的不同特点,便于将构件从堆场转运到办公楼;④满足其他材料(如混凝土)与设备运输需要;⑤经济合理,设备容易供应。塔式起重机是最主要的垂直运输与吊装设备。
2.2 塔式起重机与混凝土运输关系
本工程采用泵送混凝土,布料机施工。布料机全机重约2t,布料半径15m。钢管柱内混凝土采用混凝土吊斗吊送,采用高位抛落法或手工逐段浇捣法浇筑。每斗混凝土0.5m3能满足浇筑要求,混凝土与吊斗重约1.6t。混凝土运输对塔机基本没有特殊要求。
2.3 塔式起重机布置与选择
塔式起重机选择包括,单塔还是群塔,塔机类型、定位,以及塔机参数等内容,如工作幅度、起升高度、起重量与起重力矩等。常规做法,由塔机生产率,及平面分区可确定塔机数量;由场地条件、建筑平面尺寸,建筑高度,混凝土吊斗重量可估算臂长,起升高度,臂端最大吊重等参数。但钢管混凝土结构的质量分布在平面上不连续,其塔机选择与钢筋混凝土结构相比,较为复杂。
本工程南北长65m,东西宽35m,南接公寓楼,周边场地开阔,无高压电网等障碍物。钢结构工期接近14个月。办公楼为框筒结构,钢管柱形心、建筑平面形心,钢管柱外接圆(半径32.8m)与建筑平面外接圆(半径33.8m),钢管柱平面最长线与建筑平面最长线PQ(长67.4m)三者基本重合(图5)。RS为PQ的垂直平分线,R点位于建筑东边线上。
1-钢管柱形心 2-建筑平面形心 3-钢管柱外接圆 4-建筑平面外接圆
5-建筑平面最长线PQ6-PQ的中垂线RS
图5办公楼平面几何特征
按单层钢管柱吊装,利用图解法,从有效利用起重能力出发,塔机的初步布置如下。如设两台附墙式QTZ120塔机,可布置在最长线PQ两端的附近(图6a);如设单台QTZ200附墙式塔机,兼顾RS方向的吊装,可布置在R点偏北处(图6b);如设单台内爬式QTZ120塔机,考虑东面堆场,可布置在建筑平面形心偏东处(图6c)。
(a)(b)(c)
1-QTZ120塔机 2-QTZ120塔机 3-QTZ200塔机 4-QTZ120塔机
5-塔机工作范围6-钢结构吊装范围 7-钢构堆场
图6办公楼平面几何特征
几种布置方式各有利弊。双塔吊装可满足要求,但成本较高,且不利于单元式幕墙中间介入安装;单塔有利于堆场及土建材料吊装,但对塔机要求高,吊装任务繁重;内爬升塔机可充分利用臂长,但堆场材料吊装较难,塔机爬升后要浇筑楼板,封顶后塔机拆除困难,且对土建材料帮助较小。
2.4 吊架(四脚扒杆)吊装
经多个工程成功实践,可利用吊架(四脚扒杆)辅助吊装。具体为用方钢制作吊架,汽车吊、塔机与吊架三者接力吊装。图7从左至右为汽车吊与塔机、塔机与吊架、吊架之间接力吊装以及钢管柱段安装的示意图。
1-起重机 2-塔式起重机 3-钢管柱段 4-吊架(四脚扒杆)
5-吊架缆风(其余缆风略) 6-卷扬机
图7吊架吊装示意
吊架吊装机动灵活,对于吊装死角、场地障碍等优势明显,是有效的辅助吊装方法。但应考虑吊架底座,抗侧向力构造措施等,以免造成重大安全隐患。
3吊装方案
3.1 方案编制与专家论证要求
采用非常规起重设备、方法,且单件起吊重量在10KN及以上的起重吊装工程,属于危险性较大工程,应在施工前编制专项方案。如采用非常规起重设备、方法,且单件起吊重量在100kN及以上的起重吊装工程,属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程,还需要组织召开专家论证会。
3.2 QTZ160塔机为主,吊架辅助吊装
综合考虑设备供应、经济因素等情况,吊装采用单台附墙式塔机,吊架辅助吊装。塔机选用江麓QTZ160F(JL6516),臂长65m。见图8。
1-QTZ160塔机 2-钢构堆场 3-塔机起重范围 4-塔机3.45t起重范围
01~16-钢管柱 A1~A4-劲性梁
图8塔机现场布置图
塔机吨位较小,但能满足劲性梁吊装需要,对钢管柱段则采取以下辅助吊装措施:①牛腿与钢管柱段采用现场焊接,降低柱段重量;②地下二层与地下一层、首层与二层(包括入口大堂)两层一吊,所有16根柱由吊架进行吊装;③三层及以上楼层,柱08#~10#、13#~15#(以下称为远端柱)每层柱分为两段吊装;④三层及以上楼层,除远端柱外,采用每层一吊。
地下室施工阶段构件堆场距离较远,采用50t汽车吊与塔吊接力。基坑土方回填后,采取加固措施,将堆场移到地下室顶板。
3.3 吊架吊装
吊架尺寸为2.4 m×2.4 m或2.4 m×1.9 m,高14.0 m,采用150×150×8方管制作,自重约2.0t,吊装能力约为20t。卷扬机安装在焊接平台上,平台与吊架固定,在吊耳上挂横吊梁,钢丝绳起吊钢管。相邻吊架接力时,拆除临时水平支撑,以便柱段通过。除基础地板外,吊架必须用普通螺栓与连接板固定在下层钢管柱上。如缆风绳设置困难,应增加有效的抗水平力钢支撑等节点。见图9、图10。
1-吊架(均用150×150×8方管制作) 2-可拆卸的临时支撑,与吊架螺栓连接3-吊架底座(用于基础底板) 4-吊耳,挂横吊梁
图9吊架示意
1- I 250×160×12×12吊架底座,用螺栓、连接板与钢管连接 2-吊架
3-钢管柱
图10基础底板外的吊架底座示意
地下二层与地下一层钢管柱段重约8.4T,长约11m;首层与二层钢管柱段重约9.2T,长约11.1m;入口大堂部位重约8.8T,长约11.1m。吊架吊装如图11所示。
图11钢管柱段吊架接力吊装路线
塔机臂长2m~15m范围内,起重量10t。在钢管柱部位设置吊架,按箭头所示路线将钢管柱段接力到指定位置。12#柱首先就位,然后与接力路线相反,其他柱段依次就位。03#~06#柱由塔机直接吊装。
柱段吊到位后,将上下柱段吊耳用螺栓临时固定。如需调整,可在上、下钢管柱段上焊接临时牛腿,用千斤顶将上段钢管调整到位。校核无误后,分段点焊定位。
3.4 塔机吊装
三层开始,吊架临边缆风设置困难,钢结构全部由塔机吊装,每层一吊。经设计认可,远端柱(08#~10#、13#~15#)每层分为两段,每段长约2m,进行吊装。至此,塔机覆盖所有钢管柱范围(图12)。
图12塔机吊装
塔机附墙件锚固部位砼强度必须满足附墙要求。应对吊装起升高度进行验算,以满足构件(包括吊架)高度要求,见公式(1)。如不满足,可在低楼层预先增加附墙预埋件,利用临时附墙增大起升净高度。根据塔机说明,自由高度时起升高度53m;在七、十三、十九、二十五、三十一层进行附墙;塔机工作允许自由悬高=35.5m。
H塔-H架>H构…………………………………………(1)
H塔――塔机起升高度(m)。塔机首次附墙,即楼层施工至七层以前,H塔取53 m;塔机附墙后,即八层及以上楼层,H塔=自基础面起的附墙高度+塔机工作允许自由悬高35.5 m,以楼层施工至九层为例,H塔=37.0+35.5=72.5 m;
H架――施工楼层外架高度(m)。H架=自基础面起的施工楼层高度+1.8m;
H构――塔机首次附墙前,H构取吊架高度14.0 m;附墙后,H构取单层吊装的钢管柱段高度4.0m。
计算可知,塔机相对于施工面的最小起升高度,自由高度时为14.2m,附墙后为9.7m,可满足吊装要求。施工中,为避免塔机在三十一层附墙,塔机于五层梁处第一次附墙。
3.5 主要质量、安全保证措施
钢结构吊装应严格执行各项质量安全措施。
3.5.1吊架卷扬机等吊装设备由总配电箱专线供电。每次吊装前应检查限位开关,超载、超速等保护装置,保证其灵敏可靠。
3.5.2柱吊耳必须在工厂制作完成,以保证吊装准确定位。
3.5.3吊架组装完毕后,拉力试验合格方可投入使用。
3.5.4汽车吊、塔机与吊架之间夺吊时,应保证汽车吊中心与吊臂,塔机回转中心、吊臂与小车,吊架顶的定滑轮两两在同一个垂直平面上,避免侧向力的产生。汽车吊决不能抗侧向力。
3.5.5柱四周对称点焊临时固定,确定安全后,吊钩方可摘除。为防止施焊时柱口变形引起偏差,钢管柱段接缝必须对称反向施焊,吊耳临时固定必须在焊缝冷却后方可拆除。
4实施效果与总结
现本工程办公楼已施工至主体结构九层,以上措施经现场实施,效果良好。精心组织后,每层钢管柱段吊装需塔机半个台班左右,加上劲性梁吊装在1个台班以内,标准层每层结构工期能控制在八天。对本工程钢管混凝土结构的吊装施工总结如下:
4.1 钢管柱段的分段情况为吊装的前提。本工程基本按楼层分段下料制作,牛腿现场焊接。但应综合考虑构造与运输要求。
4.2 钢管混凝土结构施工中,内爬式塔机能充分利用其吊装能力。不考虑堆场因素,本工程QTZ120内爬式塔机的起重能力,接近QTZ200附墙式塔机。如采用QTZ200内爬式塔机,可以考虑钢管柱三层一吊的方案,对工期相当有利,且减少大量的焊接。
4.3 吊架(扒杆)吊装是有效的辅助吊装方式,对局部超重、超长、超大构件以及吊装死角等优势明显,但应注意其构造措施。如本工程采用吊架辅助QTZ120内爬式塔机,可进一步降低成本。
本工程QTZ160附墙式塔机起重能力稍有不足,远端柱采用一层两吊。但该塔机的选择成本优势明显,且设备容易供应。
参考文献:
