1工程概況
　　某商業廣場位于市中心地帶,由主樓、副樓和裙房樓組成,主樓地面以上30層,地下1層,高99.6m,其中地面1層～4層為大柱網框支結構,5層及以上為鋼筋混凝土剪力墻結構。在5層平面處設置2500mm鋼筋混凝土轉換層厚板。為保證框支柱的受力性能,從±0.000m～16.700m設置7根鋼管混凝土柱(其中4根直徑1100mm,3根直徑900mm)。
　　2鋼管混凝土的設計要求
　　本工程地下室和上部結構分別由兩家單位施工,為簡化工序,鋼管混凝土柱僅從±0.000m處開始設置,±0.000m以下為普通鋼筋混凝土柱。
　　2.1與普通鋼筋混凝土柱連接措施
　　(1)鋼管不插入下部鋼筋混凝土柱內,而采用設置附加插筋的方式;
　　(2)鋼筋端部設置封口環形板,環形板與下部預埋鋼板焊接;
　　(3)在預埋鋼板下設置局部抗壓鋼筋網;
　　(4)限制封口環形板內徑,保證鋼管內的混凝土盡可能與下部貫通(見圖1)。
　　
　　圖1柱腳節點詳圖
　　2.2梁柱節點處的構造措施
　　在梁柱節點處,采用由上下加強環及在梁寬范圍內設置的腹板共同構成的“托盤”傳遞梁端剪力。為保證“托盤”范圍內混凝土澆搗密實,有意識縮小上加強環外徑。同時,為防止在梁端剪力作用下腹板及上加強環可能出現“撕裂”現象,要求上下加強環及腹板均嵌入鋼管內5cm,并采用鋼筋貫穿方式傳遞彎矩,具體作法如下:
　　(1)梁端面采用粗直徑高強鋼筋貫穿鋼管,在鋼管制作時預留穿插鋼筋的孔洞。
　　(2)為防止因同一排貫穿鋼筋過多而損壞鋼管,將貫穿鋼筋分上下兩排放置,每排鋼筋數不超過3根(間距>100mm)。
　　(3)根據設計要求僅部分梁底縱筋貫穿鋼管,其余縱筋均在鋼管柱邊截斷(見圖2)。
　　
　　圖2梁柱節點詳圖
　　2.3與轉換厚板的連接措施
　　(1)為不切斷鋼筋混凝土轉換厚板板底設置的雙向四層鋼筋網,鋼管混凝土柱僅嵌入轉換厚板內100mm。
　　(2)在鋼管混凝土柱頂端設置封口環形板,并與轉換厚板板底縱筋焊接,起加強嵌固作用(見圖3)。
　　
　　圖3柱與厚板節點詳圖
　　(3)限定封口環形板內外徑,以保證軸向力盡可能直接向鋼管內的核心混凝土傳遞。
　　(4)在轉換厚板與鋼管間設置附加縱向插筋及水平螺旋箍筋,用以傳遞彎矩及水平剪力。
　　(5)轉換厚板內設置抗沖切鋼筋。
　　3鋼管混凝土柱施工
　　3.1施工流程
　　本工程每根鋼管混凝土柱高16.700m,根據設計要求,并綜合考慮運輸、吊裝及施工條件,將鋼管柱分成兩段在工廠制作,其中第一段從±0.000m至10.200m(比3層樓面高1m),管壁厚16mm,單件重5.5t(Φ1100)和416t(Φ900);第二段從10.200m至16.700m,管壁厚14mm,單件重為3.3t(Φ1100)和2.8t(Φ900),檢驗合格后,先將第一段鋼管柱運至現場吊裝就位,穿插第二、三層框架梁縱筋,澆筑第一段鋼管內的混凝土,三層樓面混凝土澆筑后,即可吊裝并焊接第二段鋼管,穿插第四層框架梁縱筋,澆筑第二段鋼管內的混凝土。
　　3.2鋼管柱的制作、運輸及驗收
　　本工程鋼管柱在工廠制作。鋼管柱及其封口環形板、托盤選用Q235C鋼材,質量符合《碳素結構鋼》(GB700-88)的規定,加工前應檢測母材的含碳量(≤0.29%)、冷彎性能及抗壓性、抗拉、抗剪強度,同時選用與母材等強的焊條(劑)。鋼管由鋼板螺旋卷制定,卷制前用二臺銑邊機將鋼板銑至等寬并銑出雙面焊縫坡口,在螺旋卷管機卷制的同時,二臺焊機先內后外雙面埋弧自動焊,使卷制、焊接一次完成,并采用計算機自動跟蹤超聲波檢測系統探測焊接質量,發現缺陷立即修正,卷制成型后吊運至切割焊接區進行切割并焊接封口板、加強環及腹板。焊接完成后,再次采用超聲檢測系統探測焊接質量。鋼管柱半成品運輸過程中應采取嚴格措施確保柱身不變形。鋼管柱運抵現場后,進行校檢和復核,要求滿足如下規定:
　　(1)柱身內表面無裂紋、結疤、油污、分層、明顯凹凸等現象,無片狀老銹;
　　(2)中心線標記及標高基準點完備、準確、清晰,編號準確;
　　(3)對接焊縫為Ⅱ級,角焊縫為Ⅲ級;
　　(4)縱向彎曲度≤L/1000,且≤10mm(L為鋼管柱長度);
　　(5)鋼管橢圓度誤差f/D≤3/1000(D為鋼管柱徑,f為橢圓長軸與D之差);
　　(6)端頭傾斜度△/D≤1/1500,且△≤0.3mm(△為管口最高點與最低點差);
　　(7)鋼管對口錯位偏差≤1/600,且≤1mm;
　　(8)每節柱的長度偏差≤3mm。
　　3.3鋼管柱的安裝
　　吊裝前先實測出柱軸線控制網,實地放出鋼管混凝土柱的十字中心線,并在樓面標高處彈線標識,同時在鋼管柱的柱身上按0°、90°、180°和270°彈線,作為就位時的控制線。第一段鋼管柱吊裝就位后,按正確方位將底端4個90°相位線對準首層預埋環板上的基準線,在二臺經緯儀的監測下,用四臺手動葫蘆調整鋼管柱的垂直度,另用一臺準儀監測鋼管柱標高。確認無誤后,先將鋼管柱點焊在預埋板上,并臨時固定后方可松吊鉤,再將鋼管柱底部的封口板與±0.000m處的預埋板焊接。為減小焊接應力及變形,采用對稱分段反向的方法焊接,鋼管柱安裝的允許偏差需滿足如下要求:
　　(1)立柱中心線和基礎中心線允許偏差為±5mm;
　　(2)立柱頂面標高與設計標高允許偏差為﹢0mm、-20mm;
　　(3)立柱頂面不平整度為±5mm;
　　(4)立柱不垂直度≤L/1000,且≤15mm;
　　(5)上下柱對口錯位允許偏差≤1mm。
　　第二段鋼管柱接口及垂直度的調整方法與第一段不同,在下段柱的頂端焊接四條100mm寬喇叭口狀導向板,并用頂拉螺栓進行調整,其監測和焊接方法與第一段相同。待每段鋼管柱安裝完成后,對垂直度及現場焊接縫進得檢查,其中現場焊縫均用超聲探測儀檢測,并出具檢驗報告。待全部檢驗均合格后,進行防銹處理。
　　3.4梁柱節點施工及鋼管內混凝土澆筑
　　根據設計要求。鋼管制作時在管壁預留穿插鋼筋的孔洞。鋼筋綁扎時先放入梁箍筋,再將梁縱筋穿插進鋼管內。梁底縱筋錨入鋼管內35d,梁面縱筋貫穿鋼管柱且在梁跨中范圍內采用擠壓套筒和搭接焊方法連接。采用此種梁柱節點,鋼管柱柱穿插鋼筋與樓面梁板鋼筋綁扎同步進行,在梁柱節點處鋼筋綁扎捎有難度。
　　鋼管內混凝土澆筑是關鍵環節,鋼管柱內混凝土一經陷蔽,澆筑質量便難以檢查,所以必須嚴格按技術要求及操作程序執行。鑒于鋼管柱底部的插筋及穿鋼管柱的縱橫兩個方向框架梁縱筋較密,采用高位拋落無振搗法和泵送頂升法不易保證鋼管內混凝土的密實度,故本工程采用立式手工澆筑法。每段鋼管柱為一個澆筑單元,混凝土配合比中摻入8%的UEA微膨脹劑。先用輸送泵將混凝土從鋼管柱上口灌入,并用內部振搗器(加長插入式振搗棒)振搗,每次混凝土澆筑高度不大于Φ2m,振搗時間不少于1min。為防止鋼管拼接時灼傷鋼管內的混凝土,第一段混凝土施工縫設在鋼管柱連接處下50cm(標高為9.700m)。拼接第二段鋼管前,鑿除管內混凝土浮漿,并用水沖洗干凈。四層框架梁樅筋穿插完畢,即澆筑第二段鋼管內混凝土。為保證混凝土澆筑時管內空氣順利排出,在管壁菱形設置Φ20的排氣孔;為防止混凝土輸送管振動對鋼管柱的不利影響,在每根鋼管柱外圍搭設腳手架,使輸送管與鋼管柱完全脫離。
　　3.5鋼管混凝土框支柱的防火
　　本工程鋼管混凝土框支柱耐火等級為一級,耐火時限為3h。經比較后選用TN-LC鋼結構防火隔熱涂料。該涂料是由改性無機高溫粘結劑配以膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等吸熱、隔熱材料和化學助劑合成的,噴涂在鋼結構表面后,可形成一層防火熱層。根據防火涂料的性能,保證耐火時限3h的涂料厚度為35mm。噴涂前先清除表面的鐵銹和塵污,將鋼管柱所有外露部分涂刷防銹漆并保持干燥。鋼管混凝土柱與墻連接時,在鋼管側壁焊接長1000mm的2Φ8@500接結筋。防火涂料分層噴涂,每層厚度控制在5mm～10mm,txgbgk2h～8h噴涂一遍。為防止裝修施工時損壞防火層,影響鋼管混凝土柱的防火性能,在防火層抹一道50mm厚鋼絲網水泥砂漿(1∶1)保護層進行封閉。
　　4鋼管內混凝土的質量檢測
　　由于目前國內尚無直觀、確切的鋼管內混凝土密實度的檢測方法,因此應以事前控制為主,即一方面采用有利于提高混凝土密實度的技術措施(如管壁開設排氣孔,摻入適量減水劑,減小水灰比,適當減小坍落度,摻入適量混凝土微膨脹劑等);另一方面明確分工并加強現場操作人員的責任心,事前進行演練,以確保萬無一失。對鋼筋混凝土柱的敲擊檢測表明,本工程鋼管內混凝土絕大部分是密實的,個別單位存在鋼管壁與混凝土脫離現象。根據長期跟蹤檢測,在現有荷載條件下(已達到設計荷載的90%),尚未發現異常情況。《鋼管混凝土結構設計與施工規程》(CECS28∶90)指出:“管內混凝土的澆灌質量,可用敲擊鋼管的方法進行初步檢查,如有異常,則應用超聲波檢測”。但在具體操作中缺少量化指標,易產生人為誤差。由于鋼管與混凝土是兩種不同介質,加之鋼管壁與混凝土之間可能存在問題,在此情況下如何對超聲波的檢測結果進行判斷,還具有較大的隨機性。
　　5經濟性比較
　　對本工程框支柱進行的經濟性分析表明,采用鋼管混凝土的經濟指標雖高于普通鋼筋混凝土,但由于柱截面減小可增加有效建筑面積,其綜合經濟效益優于普通鋼筋混凝土此外,它還具有了節約材料、視覺效果好等優點。