钢骨-钢管混凝土柱在高层建筑中的应用

钢骨-钢管混凝土柱在高层建筑中的应用

林城1陈江彪2

关键词：钢骨-钢管混凝土组合柱;力学性能;BIM技术

引言

当今中国,经济迅猛发展,城市化进程不断推进,物质文化程度大幅度提高。尤其表现在城市发展建设中。地标性建筑的拔地而起,高层及超高层建筑如雨后春笋般出现在大中型城市。组合结构优良的受力性能推进建筑技术的大力发展。目前,混凝土和钢材构成的构成的组合结构尤为常见,两种材料可以共同受力、协同作用,充分发挥各自的优势,具有较高的承载能力、良好的延性、刚度和及低耗能能力等优点;同时,组合结构施工方便,不仅施工进度快,并且有效降低生产成本,被广泛应用于高层和超高层建筑、桥梁结构、大跨结构以及地下结构等各类大型建筑工程领域。组合结构己经成为重载构件的发展趋势,具有非常广泛的市场价值和应用前景。

1钢骨-钢管混凝土柱概述

钢骨-钢管混凝土柱的各项优点,使其在超高层和大跨度结构中具有广阔的发展前景。梁柱节点作为结构体系的传力枢纽,承受了剪力、弯矩和轴力的复杂作用,对整个建筑物的承载力和稳定性有着重要的影响。目前,国内外学者对钢骨-钢管混凝土柱组合节点的研宄相对较少,阻碍了其在工程中的应用和推广。其施工工艺难度加大,必须寻找适用于普通、高层及超高层建筑钢管混凝土的施工方法,直到近期位移技术的快速发展,钢管混凝土顶升泵送混凝土工艺就凸现出来----简称“顶升法”。

钢骨-钢管混凝土组合柱充分结合了钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱的优势,具有良好的延性和较高的后期承载力。图1是常见钢骨-钢管混凝土组合柱的截面形式。钢管内部的核心混凝土处于三向围压状态,能有效改善高强混凝土脆性较大的缺点,同时核心钢骨的存在提高了柱子的承载力和变形性能,作为结构的第二道抗震防线。目前,学术界对梁柱节点的研究主要集中于平面节点,而实际地震作用时,地震波的入射是随机的,框架节点往往会受到两个主轴方向梁传来的轴力、剪力和弯矩的作用,这就造成了平面节点相关研宂结论不能很好的反应结构的受力破坏状态。因此,研宄分析新型空间节点构件的抗震性能,既有利于指导工程实践,又为进一步的理论研宄,提供十分重要的参考作用。仿真模拟在低周往复荷载作用下,钢骨-钢管混凝土柱与钢梁节点的性能分析,进一步探宄不同参数的影响效应。

2钢骨混凝土柱的施工工艺

天津津塔是当地的新的标志性建筑(见下图)，其塔高336.9m米，2011年，津塔建成并投入使用。号称华北第一高楼，天津城市新地标。也是海河六大景点之一。

我国目前高层及超高层结构随着施工技术和施工方法的科学发展，高层及超高层钢管柱混凝土顶升浇筑施工方法，充分发挥了钢管和混凝土材料的特性和优点，施工方法简便，施工周期短。钢管柱混凝土顶升浇筑施工就是在钢管中填充微膨胀混凝土，它具有承载力高、抗震性能好、节约钢材和施工周期短。钢管混凝土顶升浇筑时，自下而上进入钢管内，顶升法的施工可以使得混凝土柱不用振动棒振捣、节省时间、浇筑质量完好、混凝土的密实性好，运用这种技术的施工工艺远远优于传统的那种施工方式。

3高层钢骨-钢管混凝土顶升技术

3.1基本原理

顶升法浇筑钢管混凝土柱机理就是在钢管柱下部开孔,运用混凝土压力泵进行自下而上的一种超高层建筑的浇筑方法,对钢管柱内部进行隔板适当开孔,使得主内部所有部位都能充满混凝土,为了保证浇筑后的混凝土不产生气泡和空腔,还得保证柱内的混凝土浇筑液面几乎水平同步上升。

3.2顶升法的优缺点

顶升法是一种比较新的施工工艺,在高层和超高层建筑施工中主要的施工方法,这种方法的优缺点如下。

优点:对高层及超高层建筑来说顶升法优于传统的施工方法,混凝土柱浇筑简单、浇筑速度快、施工周期短等特点。通过顶升法浇筑的高大的钢管混凝土柱的质量完好,浇筑后的混凝土密实性好、强度高、不用养护、无需振捣、浇筑连续性强。”

缺点:顶升法施工难度大,控制混凝土的强度和黏度困难、泵送距离长、塌落度损失大、顶升口设置困难、钢管柱与加劲肋组成的空腔充满困难、容易堵泵或堵管发生泵管爆裂或接头破坏、受雨雪天气的影响。

3.3应用范围

钢管混凝土柱结构是在钢结构和钢筋混凝土基础上发展出来的一种结构形式,并具有钢结构和钢筋混凝土结构所具有的结构性质,又有其独特的结构和受力性能。传统的施工工艺都是从柱子的顶端灌入混凝土,施工难度大,浪费人力物力,同时还与要制作特定的施工平台,还需要大型吊车辅助。然而运用混凝土的顶升法施工工艺是从柱子的底部送入混凝土,运用栗的压力自下而上的一种新的施工工艺,施工简单,使得在地平面上就可以对几十米高的混凝土柱进行浇筑,可以缩短浇筑时间,节省施工费用,并且在安全方面有了很大的提高。

这种方法适用于大型的工业厂房和公共建筑物的直径不大于1.2米和高度不大于45米的圆形、矩形及多边形的钢管混凝土柱的施工,尤其适用于钢管混凝土柱内部结构复杂、钢筋密集、施工难度大的及有很多加劲肋的钢管混凝土柱内的混凝土施工。

4高层钢管混凝土顶升技术中的关键技术

顶升技术运用在浇筑高层钢管混凝土柱中所需要的关键技术有:1)保证混凝土的流动性的前提是配置混凝土得骨料必须很小;2)对高层及超高层的钢管混凝土柱的高度运送混凝土的泵压应该提前计算,满足顶升混凝土所需要的压力;3)在顶升混凝土施工前,要进行提前计算泵管和钢管柱的抗压承载力,还要进行是顶升试验,进行正式施工前的经验总结,保证施工安全有效的进行;4)钢管混凝土柱内部的隔板应设置合理的圆孔,来保证浇筑混凝土时顺利进行,混凝土柱的顶端要设置适当的排气孔,保证在浇筑洪凝土时钢管柱内部的气体能够得到顺利排出。

5总结

钢骨-钢管混凝土结构作为一种发展潜力很大的新型结构构件,采用数值模拟软件对其空间节点进行详细的力学性能分析和研究,有助于进一步理解在双向动力荷载作用下钢骨-钢管混凝土节点的受力机理,不但有利于指导工程实践还对理论研宂提供了参考价值。

参考文献

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[2]谭燕秋,张景丽,陈林.钢骨钢管混凝土在单柱式桥墩中的应用研究[J].工程建设与设计,2010(12):75-78.

[3]郭怀仁,褚云朋.钢管混凝土柱—钢骨梁节点非线性分析[J].四川建筑科学研究,2009,35(5):29-32.