超高層框架柱方案選型及鋼管混凝土柱設(shè)計要點的分析

陳志強

摘要：在超高層建筑設(shè)計中，框架制的方案選擇是其工程項目中的重點環(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，并對其中鋼管混凝土柱的相關(guān)設(shè)計節(jié)點進行討論，在梁柱節(jié)點、混凝土密實度、澆筑方案、防火涂料幾個方面進行深入分析，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)計要點

引言：隨著社會經(jīng)濟水平的不斷發(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，成為了城市的地標性建筑物，是一個城市發(fā)展水平的具體象征。所以，對其建筑方法以及框架柱結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計成為了該類工程項目研究的重點工作，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，鋼管混凝土柱不會受到限制軸壓比的控制，抗彎曲的能力較強，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)計中有著更為突出的性能優(yōu)勢，能夠盡最大可能的縮小橫截面積，以達到減少鋼材消耗的效果。同樣，這種力學(xué)上的優(yōu)勢水平，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)勢于混凝土的防火抗腐能力，使兩者的優(yōu)勢作用達到互補協(xié)調(diào)的效果，在建筑中發(fā)揮更強大的作用。

二、鋼管混凝土的關(guān)鍵技術(shù)要點

（一）梁柱節(jié)點的選擇

整體框架結(jié)構(gòu)中，利用鋼性連接點將鋼管混凝土柱同鋼梁有效的組合起來，具體的連接點類型包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)與穿心節(jié)點三種不同類型。

外環(huán)連接方法，將負責(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，同時，由于加勁板的設(shè)置在外部，可以方便的進行連接工作，并且具有較強的適應(yīng)性特點，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較大，在厚度上也有著一定需要，對鋼材的質(zhì)量要求較為嚴格。

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，也由于外部不設(shè)置加勁板，所以不會對幕墻等建筑外部圍護結(jié)構(gòu)造成影響，相對要求也比較低。具體的內(nèi)環(huán)節(jié)點的應(yīng)用，是依據(jù)實際工程項目的標準而定的，常在大于等于1m的柱型中應(yīng)用。

穿心節(jié)點是在內(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)特點保留了減少鋼材消耗的優(yōu)勢，使得力量的傳遞更加準確、直接，通過反負荷的作用，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）混凝土密實度與結(jié)構(gòu)控制

混凝土的密實程度，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)計要求的重要內(nèi)容。在工程項目中，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，必須重視以下兩點對其質(zhì)量的影響。一個是常溫條件下，混凝土收縮所產(chǎn)生的鋼管間隙。另一個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、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，實現(xiàn)綜合統(tǒng)籌的控制效果。為了更好的對密實度進行控制，應(yīng)選用免振搗的混凝土，并合理的配置骨料與水質(zhì)。在進行施工前進行合理的足尺試驗，以保證方案的可行性和合理性，防止造成塌落。

另外，要在施工的時間上進行控制，避免在冬季進行施工，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，可以對鋼管進行加溫操作，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，將自密實的混凝土從較高的位置順著鋼管流下，自上而下的實現(xiàn)澆筑的效果，不需要相應(yīng)的振搗方法進行輔助。另一種是利用泵送機的頂升方法，利用高壓泵機的作用，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撩軐嵍鹊玫奖Ｕ?。另外，即便是在拋落法的操作中也因為氣孔的作用，減少產(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，可以很好的提升整體澆筑的進度水平，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，使安全l生得到有效保證“。

（四）防火涂料選擇

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

以涂料為例，在進行選擇時要充分分析膨脹性特點，并以具體的鋼管混凝土材料的直徑對其厚度進行控制。注意，相對直徑較大的框架柱防火性能更強，適當(dāng)?shù)牟捎梅阑鹌峄蚴桥蛎浶头阑鹜苛线M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，保證了整體工程項目的安全指標。另外，通過對梁柱節(jié)點、混凝土密實度、混凝土澆筑方式的控制，使得關(guān)鍵的技術(shù)點得到了質(zhì)量的保證，在提高整體建筑質(zhì)量水平的同時，促進了施工技術(shù)的完善，是推動行業(yè)發(fā)展的重要動力。

（作者單位：北京都林國際工程設(shè)計咨詢有限公司）