1工程概況
　　某商業(yè)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(wǎng)框支結(jié)構(gòu),5層及以上為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。在5層平面處設(shè)置2500mm鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換層厚板。為保證框支柱的受力性能,從±0.000m～16.700m設(shè)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(shè)計要求
　　本工程地下室和上部結(jié)構(gòu)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(shè)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(nèi),而采用設(shè)置附加插筋的方式;
　　(2)鋼筋端部設(shè)置封口環(huán)形板,環(huán)形板與下部預(yù)埋鋼板焊接;
　　(3)在預(yù)埋鋼板下設(shè)置局部抗壓鋼筋網(wǎng);
　　(4)限制封口環(huán)形板內(nèi)徑,保證鋼管內(nèi)的混凝土盡可能與下部貫通(見圖1)。
　　
　　圖1柱腳節(jié)點詳圖
　　2.2梁柱節(jié)點處的構(gòu)造措施
　　在梁柱節(jié)點處,采用由上下加強環(huán)及在梁寬范圍內(nèi)設(shè)置的腹板共同構(gòu)成的“托盤”傳遞梁端剪力。為保證“托盤”范圍內(nèi)混凝土澆搗密實,有意識縮小上加強環(huán)外徑。同時,為防止在梁端剪力作用下腹板及上加強環(huán)可能出現(xiàn)“撕裂”現(xiàn)象,要求上下加強環(huán)及腹板均嵌入鋼管內(nèi)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(yù)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(shù)不超過3根(間距>100mm)。
　　(3)根據(jù)設(shè)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(jié)點詳圖
　　2.3與轉(zhuǎn)換厚板的連接措施
　　(1)為不切斷鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換厚板板底設(shè)置的雙向四層鋼筋網(wǎng),鋼管混凝土柱僅嵌入轉(zhuǎn)換厚板內(nèi)100mm。
　　(2)在鋼管混凝土柱頂端設(shè)置封口環(huán)形板,并與轉(zhuǎn)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(jié)點詳圖
　　(3)限定封口環(huán)形板內(nèi)外徑,以保證軸向力盡可能直接向鋼管內(nèi)的核心混凝土傳遞。
　　(4)在轉(zhuǎn)換厚板與鋼管間設(shè)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(zhuǎn)換厚板內(nèi)設(shè)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(jù)設(shè)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(xiàn)場吊裝就位,穿插第二、三層框架梁縱筋,澆筑第一段鋼管內(nèi)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(nèi)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(huán)形板、托盤選用Q235C鋼材,質(zhì)量符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB700-88)的規(guī)定,加工前應(yīng)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(nèi)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(tǒng)探測焊接質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)缺陷立即修正,卷制成型后吊運至切割焊接區(qū)進行切割并焊接封口板、加強環(huán)及腹板。焊接完成后,再次采用超聲檢測系統(tǒng)探測焊接質(zhì)量。鋼管柱半成品運輸過程中應(yīng)采取嚴(yán)格措施確保柱身不變形。鋼管柱運抵現(xiàn)場后,進行校檢和復(fù)核,要求滿足如下規(guī)定:
　　(1)柱身內(nèi)表面無裂紋、結(jié)疤、油污、分層、明顯凹凸等現(xiàn)象,無片狀老銹;
　　(2)中心線標(biāo)記及標(biāo)高基準(zhǔn)點完備、準(zhǔn)確、清晰,編號準(zhǔn)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(jié)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(wǎng),實地放出鋼管混凝土柱的十字中心線,并在樓面標(biāo)高處彈線標(biāo)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(zhǔn)首層預(yù)埋環(huán)板上的基準(zhǔn)線,在二臺經(jīng)緯儀的監(jiān)測下,用四臺手動葫蘆調(diào)整鋼管柱的垂直度,另用一臺準(zhǔn)儀監(jiān)測鋼管柱標(biāo)高。確認(rèn)無誤后,先將鋼管柱點焊在預(yù)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(yù)埋板焊接。為減小焊接應(yīng)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(chǔ)中心線允許偏差為±5mm;
　　(2)立柱頂面標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)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(diào)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(dǎo)向板,并用頂拉螺栓進行調(diào)整,其監(jiān)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(xiàn)場焊接縫進得檢查,其中現(xiàn)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(jié)點施工及鋼管內(nèi)混凝土澆筑
　　根據(jù)設(shè)計要求。鋼管制作時在管壁預(yù)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(nèi)。梁底縱筋錨入鋼管內(nèi)35d,梁面縱筋貫穿鋼管柱且在梁跨中范圍內(nèi)采用擠壓套筒和搭接焊方法連接。采用此種梁柱節(jié)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(jié)點處鋼筋綁扎捎有難度。
　　鋼管內(nèi)混凝土澆筑是關(guān)鍵環(huán)節(jié),鋼管柱內(nèi)混凝土一經(jīng)陷蔽,澆筑質(zhì)量便難以檢查,所以必須嚴(yán)格按技術(shù)要求及操作程序執(zhí)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(nèi)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(nèi)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(nèi)的混凝土,第一段混凝土施工縫設(shè)在鋼管柱連接處下50cm(標(biāo)高為9.700m)。拼接第二段鋼管前,鑿除管內(nèi)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(nèi)混凝土。為保證混凝土澆筑時管內(nèi)空氣順利排出,在管壁菱形設(shè)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(shè)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(jīng)比較后選用TN-LC鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料。該涂料是由改性無機高溫粘結(jié)劑配以膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等吸熱、隔熱材料和化學(xué)助劑合成的,噴涂在鋼結(jié)構(gòu)表面后,可形成一層防火熱層。根據(jù)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(cè)壁焊接長1000mm的2Φ8@500接結(jié)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(wǎng)水泥砂漿(1∶1)保護層進行封閉。
　　4鋼管內(nèi)混凝土的質(zhì)量檢測
　　由于目前國內(nèi)尚無直觀、確切的鋼管內(nèi)混凝土密實度的檢測方法,因此應(yīng)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(shù)措施(如管壁開設(shè)排氣孔,摻入適量減水劑,減小水灰比,適當(dāng)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(xiàn)場操作人員的責(zé)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(nèi)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(xiàn)象。根據(jù)長期跟蹤檢測,在現(xiàn)有荷載條件下(已達(dá)到設(shè)計荷載的90%),尚未發(fā)現(xiàn)異常情況。《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》(CECS28∶90)指出:“管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量,可用敲擊鋼管的方法進行初步檢查,如有異常,則應(yīng)用超聲波檢測”。但在具體操作中缺少量化指標(biāo),易產(chǎn)生人為誤差。由于鋼管與混凝土是兩種不同介質(zhì),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(jié)果進行判斷,還具有較大的隨機性。
　　5經(jīng)濟性比較
　　對本工程框支柱進行的經(jīng)濟性分析表明,采用鋼管混凝土的經(jīng)濟指標(biāo)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(jīng)濟效益優(yōu)于普通鋼筋混凝土此外,它還具有了節(jié)約材料、視覺效果好等優(yōu)點。