混凝土柱大截面環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

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摘要:隨著我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展，城市建筑工程也越來(lái)越復(fù)雜，尤其是大型高型建筑，對(duì)建筑工藝的要求極為復(fù)雜，鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)相比于鋼筋混凝土具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它能夠充分發(fā)揮混凝土的高強(qiáng)度以及鋼材的彈塑特性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而使建筑柱子更為牢固不易彎曲，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋整體結(jié)構(gòu)的有效支撐，在高層建筑的建造中應(yīng)用尤為常見(jiàn)，而環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)，正是實(shí)現(xiàn)鋼管和混凝土柱有效連接，充分發(fā)揮這項(xiàng)工藝價(jià)值的有效技術(shù)手段，本文將對(duì)該技術(shù)的原理、工藝和價(jià)值做簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞:鋼管混凝土柱;環(huán)梁節(jié)點(diǎn);建筑;施工

1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

1．1鋼管混凝土的特點(diǎn)

在高層建筑中，底部的梁柱結(jié)構(gòu)往往承擔(dān)著整個(gè)建筑的重量，混凝土工藝的硬度無(wú)法硬抗，傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)方法多為增加梁柱結(jié)構(gòu)中的鋼筋數(shù)量和強(qiáng)度，而且對(duì)高層建筑底部的柱子進(jìn)行擴(kuò)大化處理，增加柱子的直徑，使其比正常的柱子更為粗大，從而獲得更好的承壓能力，這種很影響建筑美觀不說(shuō)，真正起到作用也是微乎其微，對(duì)建筑在常態(tài)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定是有益的，但一旦發(fā)生地震，就很容易崩塌，造成嚴(yán)重的后果，即便是高強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也不能從根本上改變這一點(diǎn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在抗壓性上，除此在施工上也具有一定優(yōu)勢(shì)，我們知道，混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于抗壓強(qiáng)度大，但過(guò)剛易折，在超過(guò)它的承載極限時(shí)就必然折斷，給建筑帶來(lái)無(wú)法挽回的結(jié)果，用鋼管取代鋼筋的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比之下就有著對(duì)高層建筑更好的適應(yīng)性，具備更強(qiáng)的承載能力，鋼管對(duì)混凝土的約束力更強(qiáng)，兩者的配合使得柱子整體性能更加優(yōu)越，具備更強(qiáng)的抗壓和防震能力。

1．2鋼管混凝土的優(yōu)勢(shì)

第一，高抗震性。在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的受力分別來(lái)源于建筑及其自身重量、鋼管內(nèi)部受力壓力，鋼管外部的支撐壓力，從而使自身的抗壓強(qiáng)度極限值在此提升，能夠抵抗更大的壓力，而鋼管本身相比混凝土就具有比較好的延伸性，鋼管內(nèi)部的混凝土又提供了很好的支撐力強(qiáng)化了鋼管的的硬度，如此一來(lái)，鋼管和混凝土就不是簡(jiǎn)單的相互組合，而是一種相互支撐的有機(jī)結(jié)合，彌補(bǔ)彼此特性不足的同時(shí)又將各自的特性發(fā)揮到了極限，從而使柱子的綜合性能更強(qiáng)，對(duì)建筑支撐也更有力，在面對(duì)自然災(zāi)害時(shí)，也能更好的保證整棟建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效的提升了抗震性能。第二，抗腐蝕強(qiáng)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能夠有效減少鋼材的外露面積，鋼管內(nèi)外與混凝土的結(jié)合也使得內(nèi)部處于幾乎真空的狀態(tài)，因而抗腐蝕性能極為優(yōu)越，尤其相比于鋼結(jié)構(gòu)建筑來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)更加明顯，抗腐蝕性的加強(qiáng)就使得鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命大大延長(zhǎng)，也保持了良好的使用效果，繼續(xù)發(fā)揮其高延展性和高強(qiáng)度的這兩項(xiàng)抗壓所必備的特性，這種相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)對(duì)高層建筑實(shí)現(xiàn)了有效且持久的支撐，保證建筑的其他功能得以很好的實(shí)現(xiàn)，對(duì)鋼材和混凝土實(shí)現(xiàn)了充分的應(yīng)用，使其整體性能發(fā)揮到了最佳，即便是在惡劣的酸性條件下，也能保障建筑的屹立不倒。第三，耐高溫性。一般情況下，鋼材料受熱其硬度降低產(chǎn)生彎曲，達(dá)到一定程度后甚至融化，而混凝土熱容量相對(duì)大一些，在面臨火災(zāi)的強(qiáng)熱環(huán)境時(shí)，鋼管結(jié)構(gòu)由于內(nèi)部混凝土的非勻態(tài)吸熱過(guò)程，從而使鋼管耐熱性能持續(xù)更加長(zhǎng)久，不至于第一時(shí)間發(fā)生彎曲，相比于鋼筋結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢(shì)，對(duì)一棟建筑來(lái)說(shuō)，達(dá)到一定的防火要求也十分重要，在大火過(guò)程中，表層混凝土結(jié)構(gòu)很容易高溫爆裂，這時(shí)候整個(gè)柱梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就面臨考驗(yàn)，將會(huì)承受更多的壓力，在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，由于鋼材料和混凝土材料的有效結(jié)合，使其相互承擔(dān)在延展性和抗壓性方面的優(yōu)勢(shì)，在極端環(huán)境條件下能夠更好的保持原有性能，為防火救災(zāi)創(chuàng)造時(shí)間，也使得建筑的安全性的到更好的保障。第四，易施工。在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱施工過(guò)程中，受混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)的局限性，往往需要花費(fèi)更多的時(shí)間，而在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼管發(fā)揮的作用不僅僅是提升結(jié)構(gòu)的延展性，其本身也具有一定的硬度和抗壓性，鋼管相比于鋼筋完全可以承擔(dān)施工期間的結(jié)構(gòu)承載壓力，因而減少了必要的輔助施工條件，也省去了不少流程和環(huán)節(jié)，大大節(jié)省了工期，也減少了部分開(kāi)支和預(yù)算，在這種施工過(guò)程中，施工安全也可以得到更相對(duì)有效的保障，因此鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具備易施工的特性，在我國(guó)城市化建設(shè)快速發(fā)展的今天，這種技術(shù)特性和效果的組合具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠更好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化城市建設(shè)的需求。

2鋼管混凝土截面環(huán)梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

2．1環(huán)梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)原理

鋼管混凝土柱在延展性和抗壓性方面有著很好的優(yōu)勢(shì)，也符合高抗震性的建筑標(biāo)準(zhǔn)要求，而且施工也極為便捷，作為建筑施工局部方案有著很好的優(yōu)勢(shì)，但從整體的角度看也有其弊端，而這個(gè)弊端就是鋼管混凝土柱與屋頂混凝土梁截面的連接，鋼管不能像鋼筋那樣直接彎曲交織實(shí)現(xiàn)建筑縱向設(shè)計(jì)和橫向設(shè)計(jì)的有效連接，要通過(guò)環(huán)梁節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)這一功能，相比于原有工藝講，這個(gè)過(guò)程要相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和施工難度較高。

2．2環(huán)梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

目前技術(shù)條件下，環(huán)梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)建筑所必須采用的技術(shù)手段，但不管是從設(shè)計(jì)上還是實(shí)踐上，都沒(méi)有統(tǒng)一的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工程師們大多因地制宜根據(jù)自身建筑特點(diǎn)采取了不同的方法，目前主要的技術(shù)手段有兩種:一種是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼管上焊接圓鋼，用以抵抗橫梁的壓力;另一種是利用鋼筋也就是牛腿節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)混凝土柱的鋼管與橫梁的有效連接。這兩種技術(shù)各有利弊，圓鋼焊接的技術(shù)相對(duì)具有施工簡(jiǎn)便、承壓性能更好的特點(diǎn)，更好的利用了力學(xué)傳遞原理，將頂部壓力傳遞分散至鋼管混凝土柱上，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連接和穩(wěn)定，缺點(diǎn)是建筑的縱橫結(jié)構(gòu)連接較為薄弱，在抗強(qiáng)風(fēng)方面相對(duì)較弱;而牛腿節(jié)點(diǎn)的方法相對(duì)比較傳統(tǒng)，施工工藝雖然復(fù)雜但也極為成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的縱橫連接，但缺點(diǎn)是頂部壓力的傳導(dǎo)機(jī)制較差，從整體上來(lái)說(shuō)，使得建筑的抗壓性和強(qiáng)度偏弱，不能將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮。

3環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工要點(diǎn)探究

鑒于不同環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)的優(yōu)劣，將二者結(jié)合是最有效的辦法，通過(guò)控制圓鋼焊接節(jié)點(diǎn)和牛腿節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)連接和抗壓能力的平衡，由于環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的受力分別來(lái)自于頂部向下的壓力、鋼管混凝土住的承壓力以及二者相互作用產(chǎn)生的拉力，通過(guò)鋼筋連接和圓鋼連接的共同作用，能夠使整個(gè)結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定，從技術(shù)角度具有可行性，在環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的施工過(guò)程中，還不得不面對(duì)很多問(wèn)題:(1)節(jié)點(diǎn)施工操作難度大。環(huán)梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要大量的鋼筋，而且都使用在同一鋼管混凝土支柱上，節(jié)點(diǎn)密布，如何確定施工的順序、如何定位不同鋼筋的作用，是一件比較麻煩的事情，也是環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工不得不面對(duì)的一大難題，另外如此復(fù)雜施工完成后的混凝土澆筑也是一個(gè)不小的麻煩;(2)節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)要求高。環(huán)梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中須有用的不同型號(hào)的鋼筋，用以不同的功能和作用，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要多種鋼筋進(jìn)行交接施工，對(duì)鋼筋的規(guī)格長(zhǎng)度要求不盡相同，且使用順序也有變化，這樣就對(duì)環(huán)梁鋼筋的現(xiàn)場(chǎng)加工能力提出了更高要求，要達(dá)到不同用途的使用標(biāo)準(zhǔn)，增加了施工的技術(shù)難度;(3)節(jié)點(diǎn)施工工藝要求高。這個(gè)主要體現(xiàn)在環(huán)形鋼筋的連接和混凝土澆筑的施工上，無(wú)論采取怎樣的技術(shù)手段，鋼筋連接的最終形態(tài)呈現(xiàn)一種弧型結(jié)構(gòu)，這就使得混凝土澆筑的模板制作和加固面臨一定的難度，環(huán)梁能否最終成型，是否達(dá)到建筑設(shè)計(jì)所要求的標(biāo)準(zhǔn)，都依賴于最后的澆筑施工。

4結(jié)束語(yǔ)

總而言之，我國(guó)的大型建筑過(guò)程中，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的并非個(gè)例，而且這樣的結(jié)構(gòu)在抗震抗災(zāi)和使用過(guò)程中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，隨著環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)的進(jìn)一步突破，該建筑結(jié)構(gòu)也必然會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，在具體的建筑設(shè)計(jì)施工中，應(yīng)從建筑整體的穩(wěn)定性可靠性角度出發(fā)去，充分發(fā)揮不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)不同優(yōu)勢(shì)間的互補(bǔ)，在環(huán)梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要充分考量實(shí)際條件，把握施工要點(diǎn)，確保工程建設(shè)效果。

參考文獻(xiàn)

［1］張浩，楊瑋，常一琳，等．廣州東塔超大截面鋼柱柱腳灌漿施工技術(shù)［J］．施工技術(shù)，2014(9):1－4．

［2］GB50010－2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

作者:韓向陽(yáng)