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钢管混凝土灌注施工过程中易出现问混凝土输送泵故障、泵管堵塞，泵管爆裂、钢管堵塞等问题。
为确保在突发事件影响到混凝土正常浇注时，能迅速有效地采取正确地措施，最大限度地减少突发事件对混凝土浇捣的影响。保证工程施工质量，本人就如何保障钢管混凝土灌注施工的质量谈一下个人的观点：
一、现场工料机准备
（1）人员配置
为保证钢管混凝土灌注施工快速、安全、顺利地进行。浇筑前，项目部必须所有的相关施工人员进行全面的技术交底，明确各个人员的分工。一般由项目经理或总工担任现场总指挥，配备至少3个以上的试验员及2个质检人员，分别控制前后场的混凝土质量。在拱上配备2名技术人员进行跟踪拱肋灌注进度。
（2）现场布置
泵管布置原则为：连接线路短弯头少。管道中不宜有小于90°的弯头；尽量不设置下坡管道，避免管内有空气降低泵送压力，如需设管道下坡时，水平倾角不宜大于15°。管道尽量顺直并上好垫圈避免漏气和漏浆。底部要垫稳，悬空泵管不能超过两节，竖管要用钢丝绳或手拉葫芦固定好，减少泵管摆动。
（3）材料设备准备情况
浇注前砂石料、水泥、外加剂等材料均配备充分，必须满足两条主拱肋的施工需要；同时备有泵机3台、泵管、卡扣、垫圈若干，两套拌和楼和发电机组均经过检修试用。并将填写浇筑申请单，由监理对材料数量、设备等进行确认。
二、钢管混凝土拌制
为更好的控制混凝土的性能，各试验员及现场管理人员必须熟悉混凝土试验检测性能，了解浇注钢管混凝土坍落度设计值、初凝时间、终凝时间等等。
开盘前，若为高温天气，材料人员已提前2小时以上对现场的砂、石材料进行不间断淋水降温；若为天气较低，低于-5C*交通论文，应对使用拌制混凝土的清水进行加温。试验人员测试好现场砂石的含水量，并调整好当天施工配合比，填写配合比清单，经试验工程师鉴认后施工。粉煤灰按袋分堆存放，每次按规定袋数加入；外加剂预先按每次进料数量称好装袋，进料时按规定袋数加入；水则由拌和机上的继电器控制加入。各种材料按一定顺序加入，通过拉压力传感器控制材料用量，后场试验人员严格控制好。同时每次开盘前，试验人员测好水泥温度，水泥温度过高会严重影响所拌制的混凝土工作性能，这一点应引起足够重视。
砂石、水泥、粉煤灰、外加剂等进入搅拌筒后，先搅拌至均匀，然后再加水搅拌，加完水后混合料在机内的搅拌时间为150S。每盘混凝土搅拌完成后，试验员对混凝土的和易性进行目测，达到要求即可出机，检测出机混凝土坍落度，合格后才可运走，运送过程中要连续搅拌。
三、钢管混凝土灌注
灌注混凝土之前，预先搅拌一两盘稠度较小的水泥砂浆，用输送泵泵送砂浆，将全部输送导管湿润和，在泵送完砂浆之后泵送混凝土，应待砂浆完全排出，排出合格的混凝土后才能将导管连接至主弦管。
混凝土泵送过程中要注意控制泵内混凝土数量，要保持有足够的混凝土，以防吸入空气造成弦管内混凝土不密实和混凝土供应不及时时能够泵送不至于等得太久造成堵塞中国期刊全文数据库。后场施工人员经常检查输送泵管接头的牢固性，一旦卡扣松动，立即加固后再继续泵送。
在混凝土输送过程中前场值班人员应通过用锤敲击弦管的方法，确定混凝土在弦管内的上升高度。混凝土泵送至拱顶部分，靠近拱顶横隔时，应放缓输送速度，调整泵送进度，钢管混凝土在拱脚连续泵送至拱顶，不得长时间中断，应控制在灌注完成后先进入弦管内的混凝土没有达到初凝。待混凝土灌满，管内水泥浆完全排出，并在出浆孔排出合格的混凝土后，关闭设置于进浆口的止回阀，拆洗导管及设备。本次混凝土灌即告结束。
钢管混凝土施工过程中应按规定抽样制取试件。同一拱肋每根弦管混凝土灌注完成，预压试件确定强度，待混凝土强度达到设计强度的90%后才能进行下一根钢管混凝土的灌注。
四、质量保障措施
（1）选择合理的时间段进行浇注混凝土，尽量避开高温天气。浇注前，材料人员提前2个小时以上对现场的砂、石材料进行不间断淋水降温。
（2）加大沟通力度，确保前后场联系以及指挥人员和施工人员的配合。必要时配备足够的通讯器材，确保通讯顺畅。
（3）混凝土的质量控制；开盘前交通论文，测试现场砂石的含水量，并调整施工配合比，经试验工程师鉴认后施工。外加剂预先按每次进料数量称好装袋，进料时按规定袋数由人工加入。同时每次浇注前，试验人员已测好水泥温度。搅拌完成后，试验员进行坍落度抽检，合格后才可运输至前场，现场经试验员进行坍落度抽检合格后才可使用。
（4）更换输送管止回阀，由于原来使用的止回阀发现管口直径小中间逐渐变大的现象，易造成在泵送混凝土时输送管堵塞。因此直接使用导管接入拱肋，在靠近拱肋的导管处开好小孔，插入钢筋进行止回。
（5）加大对泵机的检查力度，开工前对泵机进行检测标定；对泵管的厚度及卡扣的强度进行及时检测；合理布置泵机，尽量减少混凝土输送管弯头的布设。采用两台泵机进行二级泵送，并采用高压泵管进行砼泵送。对泵机的布置情况必须形成文字方案，经监理审批后才可实施。
（6）沿钢管拱肋纵向预布输送泵管至第三、四拱肋节段接头上四米，出现堵管时能迅速处理故障，在堵塞处立即开孔接管，连续浇筑钢管混凝土完毕。补灌钢管灌注工艺流程如下：开孔清理浮浆→焊接上部孔洞→焊接进浆管→接泵管→泵水润湿管道（水不能进入主弦钢管）→拌砂浆和混凝土→泵送砂浆管道（砂浆不能进入主弦钢管）→泵送混凝土→拱顶出浆管冒混凝土并稳压后关闭止回阀→结束。
五、结束语
综上所述，保障钢管混凝土灌注施工的质量，必须有详细的施工组织计划及保证措施，这样可确保在突发事件影响到混凝土正常浇注，并能迅速有效地采取正确地措施，最大限度地减少突发事件对混凝土浇捣的影响，保证了工程施工质量。
参考文献
[1]公路工程质量检验评定标准JTJ071-2003，[S]北京：人民交通出版社，2003。
1 引言
方钢管混凝土的研究开展的较晚，各方面的理论还不够成熟和完善，以往的研究主要集中在试验研究上，本文采用有限元分析对方钢管混凝土柱的设计和施工提出合理建议，克服试验的不足。考虑到钢管混凝土是由钢管和混凝土两种不同材料所组成，混凝土和钢管之间有相对滑移，引入一种能反映钢管和混凝土两者间界面性能的单元----粘结单元，它能比较真实地反映方钢管混凝土柱的受力性能。
2 有限元模型的建立
本文模拟框架结构中间层的中柱，截取了方钢管混凝土柱从梁顶面到柱反弯点处的部分为研究对象。为了深入分析钢管混凝土柱的受力性能，充分考虑我国有关规范的规定，依据常见的工程实例设计了4个试件，采用大型商用有限元软件ANSYS对其受力性能进行了非线性有限元模拟。
2.1模型的几何尺寸
为了研究长细比对方钢管混凝土柱的受力性能影响，以BASE试件为基础，设计了ZG系列试件，详细尺寸见表1。
表1 试件尺寸明细表
试件名称
柱宽度
（mm）
柱高度
（mm）
管壁厚度（mm）
混凝土强
度等级
轴压比
钢 材
牌 号
ZG-1
500
1650
16
C50
0.5
Q345
BASE
500
1800
16
C50
0.5
Q345
ZG-2
500
1950
16
C50
0.5
Q345
ZG-3
500
2100
16
引言
工程实践表明，钢管混凝结构是一种抗压强度高、自重轻、抗震性能突出、施工方便、外形美观和造价经济的结构。现代钢管混凝土结构的广泛应用，代替了传统的在高层结构中采用普通钢筋混凝土结构，并且避免了采用普通混凝土结构造成的“肥梁胖柱”、浪费使用空间、不美观又不经济等现象[1]。
1.钢管混凝土研究现状
方钢管混凝土结构是钢管混凝土结构的一个重要分支，1964～1965年，Chapman和Neogi对圆形、矩形、方形截面钢管混凝土柱进行了较为全面的对比实验研究，标志着对方钢管混凝土应用研究的开始。方钢管混凝土结构是在钢管内填充素混凝土，利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，内填混凝土有效地提高了钢管的局部稳定性和抗火能力，而钢管对内填混凝土的约束作用又使其强度提高、塑性和韧性性能大为改善，充分发挥了两种材料的优点和潜力，可使构件截面减小，承载力提高，整体重量减轻，钢管壁板不需太厚，可大量使用国产钢材实现工厂化生产；能够大幅度节约钢材和基础费用，降低结构造价；因施工中可省去大量支模板的工作，工期可缩短1/4～1/3；环境污染小；由于柱子截面的减小，可使使用面积增加5～8%。方钢管混凝土构件外形规则，连接构造相对简单，双向受力性能较好，抗扭能力强，具有良好的经济和社会效益[2]。以方矩形钢管混凝土柱－钢梁组成的框架结构，是一种具有巨大的开发与应用前景的新型房屋体系，经国内外学者多年研究，已取得丰硕成果。
2.钢管混凝土柱节点研究
由于节点是诸多构件的力流交汇之处，节点的受力模式较之于一般构件更为复杂，特别是在地震作用下的节点受力尤为复杂，又由于节点联系着多个构件，其失效的后果比起一般的构件更为严重，因此，在工程实践中，对节点的性能应格外重视。随着钢管混凝土柱越来越多的被应用于多高层建筑，到了上个世纪90年代，由于工程应用的需要，日本率先开始方钢管混凝土柱与钢梁节点的受力性能和连接构造研究，并以日、美等国为代表的发达国家，于1993成立了“美－日地震工程合作研究计划：组合与杂交结构”组织，对钢－混凝土组合结构进行了有计划、有组织地跨国研究，其内容包括各种组织结构、构件、不同构造节点等的承载能力和抗震性能研究，取得了丰硕的成果，现正在向纵深发展。特别是在1994年美国Northridge和1995年日本阪神地震后，世界各国开始对钢结构、钢混凝土组合结构的连接进行了大量的研究，并定期在国际范围进行专题讨论交流，为各国制订相关规范和工程应用起了重要作用。在这种国际环境下，我国也结合工程应用开始了较大规模的钢管混凝土节点的研究，其中，以圆钢管混凝土柱节点的研究较多，而方矩形钢管混凝土柱节点的研究相对较少。
3.方钢管混凝土柱节点研究
方钢管混凝土柱节点根据应用的不同也分为“方钢管混凝土柱－钢筋混凝土梁节点”和“方钢管混凝土柱－钢梁节点”两大类，随着工程应用的发展，近年又出现了一些“方钢管混凝土柱与钢－混凝土组合梁节点”。方钢管混凝土柱外表相对规则，其连接构造也比较简单，但由于应用与研究较少，目前这类已开发的构造形式和研究成果远比圆钢管混凝土节点少。
3.1方钢管混凝土柱－钢筋混凝土梁节点
方钢管混凝土柱配合钢筋混凝土梁板体系在我国也存在较大的应用前景。环梁－钢承重销式连接、穿筋式连接是我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的两种连。环梁－钢承重销式连接在钢管外壁焊半穿心牛腿，柱外设八角形钢筋混凝土环梁，梁端纵筋锚入钢筋混凝土环梁传递弯矩；穿筋式连接为在柱外设矩形钢筋混凝土环梁，在钢管外壁焊水平肋钢筋（或水平肋板），通过环梁和肋钢筋（或肋板）传递梁端剪力，框架梁纵筋通过预留孔穿越钢管传递弯矩。
3.2方钢管混凝土柱－钢梁节点
我国矩形钢管混凝土结构技术规程推荐了四种连接形式：带短梁内隔板式梁柱连接、外伸内隔板式梁柱连接、外隔板式梁柱连接、内隔板式梁柱连接。带短梁内隔板式梁柱连接，为矩形钢管内设隔板，柱外预焊短钢梁，钢梁的翼缘与柱边预设短钢梁的的翼缘焊接，钢梁的腹板与短钢梁的腹板用双夹板高强度螺栓摩擦型连接； 外伸内隔板式梁柱连接，为矩形钢管内设隔板，隔板贯通钢管壁，钢管与隔板焊接，钢梁腹板与柱钢管壁通过连接板采用摩擦型高强度螺栓连接，钢梁翼缘与外伸的内隔板焊接；内隔板式梁柱连接，为钢梁腹板与柱钢管壁通过连接板采用摩擦型高强度螺栓连接，矩形钢管混凝土柱内设隔板，钢梁翼缘与柱钢管壁焊接；外隔板式连接为钢梁腹板与柱外预设的连接件采用摩擦型高强度螺栓连接，柱外设水平外隔板，钢梁翼缘与外隔板焊接。这些钢管混凝土柱－钢梁的节点形式构造简单、整体性好、传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便。
参考文献:
中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：
Abstract: this paper expounds the concrete filled square steel tubes structure system in light of the application of the steel structure housing situation and advantages, introduces the structure of the concrete-filled steel tube column party design analysis method and its future research prospect， and provides light steel structure housing or related design work for the staff technology reference.
Key words: square steel tube concrete column; Multi-layer light steel structure; Advantages; Structure design; Technical difficulties
0 概况
随着人类对住宅要求越来越高，建筑房屋的绝热、抗震及抗压性能越来越理想。这一切都源于人类对房屋质量的舒适感与安全感的追求，钢—混凝土组合的建筑结构就是人类追求建筑房屋舒适与安全的产物。钢—混凝土结构早在19世纪就已开始被人类所注意，并对其展开一系列的研究开发，其综合了钢材的韧性与混凝土材料的较好的抗压性能，更好地发挥了建筑材料的材质特点，而避免各自的缺点。
由于环保意识的不断加强及材料短缺越来越严重，国外很多国家如澳大利亚、日本、美国等，都在在积极研发和设计更多钢管混凝土结构的应用。而我国在近几年内也开始研究开发、设计与制造、施工安装轻钢结构，也取得了很大的成就，如首都博物馆新馆的设计与施工[1]。
1 方钢管混凝土柱结构体系的优点
1.1节约钢材，降低造价
一般情况下，由于方钢管混凝土加入钢结构，降低了建筑物的自重，相当于混凝土结构的一半，而基础荷载相对变小，经济效益明显提高，己成为公认的节材、经济、施工简捷的结构形式。
1.2抗震性能好
由于钢管的材料的存在，提高了整体结构的强度、塑性和韧性，因此在同样的震动条件下，其能更好地克服因超载而发生断裂现象，更好地适应动力荷载的压力，其良好的延展性在抗震性能方面表现得无可挑剔。
1.3防锈蚀和抗火性能优于钢柱
方钢管混凝土柱只是外表面需涂防锈漆，而钢柱全周边皆需防锈蚀，显然，可以大大节省防锈漆。且方钢管混凝土由于其管内设置有混凝土结构，可以吸收大量热量，因而耐火时间比钢柱更长。所用的防火涂料比钢柱更少，造价也比钢柱更低，性价比更高。
1.4抗扭、抗剪性能优越
方钢管混凝土柱的抗扭和抗剪性能都很好，延性大，强度高。建筑物的一些边柱和角柱，在地震作用下，将同时承受轴心压力、弯矩、扭矩和剪力作用。对于方钢管混凝土柱来说，在复杂应力作用下的承载力很高，并且其塑性和延性更好，安全而可靠[2]。
2 方钢管混凝土柱的结构设计
2.1主要计算依据
方钢管混凝土柱的机构设计过程应依据建筑设计单位提供的建筑设计方案、并参考有关的国家建筑设计规程、规范，如《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）等等[3]。
2.2轴向受力构件计算
2.2.1轴心受压构件的强度计算
根据钢管和混凝同工作的机制，参照我国建筑结构设计统一标准的规定，轴心受压构件的强度承载力设值的计算公式为：
Nu=α(fAs+fcAc)
上式中α是与钢管对混凝土的约束效应和混凝土徐变对承载力影响等因素有关的系数，前者对混凝土的强度有所提高，后者则相反。考虑到α的影响因素比较复杂，对轴心受压构件的强度承载力的提高有限，对于管壁较薄的构件更是如此，为方便使用，取α=1，即得到方钢管混凝土轴心受压构件的强度计算公式：
N≤Nu u= fAs+fcAc
2.2.2轴心受压构件的稳定计算
根据试验资料，方钢管混凝土轴心受压构件受力较接近于钢构件，因此采用钢结构类似的计算公式：
公式中的轴心受压稳定系数也近似地采用现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中的b曲线：
构件的长细比则按考虑钢管和管内混凝同工作后的影响
2.2.3轴心受拉构件的强度计算
由于混凝土的抗拉强度相对于钢管较小，在计算方钢管混凝土轴心受拉构件时可不计入混凝土的作用，只考虑方钢管抵抗所有拉力，由极限状态即可得到方钢竹混凝土的抗拉承载力计算公式：
N≤Asf
2.3弯、拉弯构件计算
其中包括a、弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土压弯构件的强度计算；b、弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土压弯构件的稳定计算；c、弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土拉弯曲构件计算；d、弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯方钢管混凝土构件的强度计算；e、弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯方钢管混凝土构件的稳定计算。但由于论文章节的安排，在本文就不详细介绍。
2.4节点连接设计
梁-柱连接的性能是影响结构整体性能的关键，合理的连接节点应该有足够的强度和适当的刚度，即满足“强节点、弱杆件”原则。方钢管混凝土柱与H型钢梁的连接，按照连接处相对转动约束作用的大小，可以分为：柔性连接、半刚性连接和刚性连接三种。其中半刚性连接可减少施工现场的焊接工程量，且节点外观简捷、传力明确，钢柱制作与混凝土的浇筑质量不受影响，柱两侧梁高不等构造容易处理，避免了内隔板与外环板由于焊接残余应力影响，而在地震力的反复作用下节点处钢材易发生分层或脆性破坏的缺点。
3方钢管混凝土柱结构设计的研究方向
虽然钢管混凝土住宅具有较多的优势，但在实际中的应用时，还存在一些善待解决的难题。
3.1结构理论研究需进一步完善
对方钢管混凝土构件来说，目前对构件动力性能的研究还是基于试验结果，缺乏理论分析方法，不利于深入全面研究其动力特性，同时不利于对实用抗震设计方法的研究。
3.2设计理论需要进一步完善
目前国内的建筑规程虽然对圆钢管混凝土构件和方钢管混凝土构建的设计做了有关说明，但有些依据还不能非常准确地描述方钢管混凝土柱体构件的性能，相差误差还比较大，设计过程仅仅对混凝土和钢管部分进行简单的叠加，这样降低了该结构的优势。而采用研究理论进行计算时，公式却显得过于烦琐，还需要结合实际的实验数据进行大量简化。
3.3结构形式需要进一步完善
由于钢管混凝上构件的抗弯性能低于抗压性能，因此钢管混凝土框架抗侧力性能比较弱，仅采用框架结构一般不能满足抗震要求，需要增加抗侧力体系，一般为柱间支撑。但是柱间支撑的增加限制了建筑开窗的灵活性。因此，进行该类型住宅设计需要建筑和结构有机结合。
3.4节点的优化设计
梁柱刚接节点，需要传递弯矩。在现场施工时，如果仅对钢管进行节点拼接，由于略去混凝土部分的抗弯承载力，节点强度将低于构件强度，不符合“强节点，弱构件”的设计原则。而考虑节点处混凝土部分的作用，施工时不可避兔混凝土的二次浇注，不符合全装配式住宅施工要求。因此对于梁柱端头和节点均应另行设计，节点的优化设计和试验将成为设计工作中的重要部分。
3.5结构防火处理
虽然钢管混凝土具有较好的抗火灾性能，并且通过理论计算和工程实例验证。但目前的规程仍规定按照钢结构防火要求处理，防火处理将大量增加工程造价，该问题已成为钢管混凝土结构和轻钢结构在工程应用中的瓶预问题。
4 结束语
多层轻钢建筑中采用方钢管混凝土结构可大大增加其结构的承载力和可靠度，提高建筑品位，缩短施工工期，提高了住宅的抗震性能，节省了建筑过程的有关材料费用，具有非常好的经济效益和社会效益。对于目前木材、矿产资源缺乏的国情来说，方钢管混凝土柱体构建是相当具有发展潜力结构形式。但是，由于国内建设设计人员对方钢管混凝土构件的各种性能的研究分析工作才处于比较初级的阶段，在其结构布置、设计方法、施工措施等方面的技术还需要进一步提高。
参考文献
[1] 徐祖元. 首都博物馆新馆钢结构工程施工技术 [J]. 建筑技术，2006，（09）
Abstract: the article introduces the reinforcement with rings wear heart dark concrete filled steel tube column of the node design Suggestions and construction technology process. Node including dark wear heart legs, ring ribs, plate steel beam radiation, advocate muscle screw sleeve. This node power transmission directly, high strength, good ductility, construction is convenient, has the very good engineering application prospects.
Keywords: concrete-filled steel tube column node; Wear the heart; Construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
钢管混凝土构件具有优越的力学性能[1-2]，在工程中有广泛的应用。钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点设计，直接影响到结构的整体刚度、受力性能和安全性，也影响到施工的难易和工程进度，因而成为钢管混凝土结构设计中的关键环节。本文提出带环筋的穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点不带环梁，能很好地满足建筑及装饰设计要求，而且经过试验与有限元分析，发现此节点具有传力直接、强度高、延性好等特点[3-4]，有很好的工程应用前景。
0. 节点做法
钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点结构包括暗穿心牛腿、环筋、板放射筋、梁主筋螺纹套筒，如图1所示。所述暗穿心牛腿穿过钢管在钢管内部焊接，与钢管相交部分亦双面焊接，环筋焊接在钢管外侧钢牛腿上，板放射筋端部弯折钩在环筋上，并伸至板底（图2），梁主筋螺纹套筒焊接在钢牛腿端部与主筋位置重合（图3）。为了更好地实现本实用新型，暗穿心牛腿的焊接全部采用双面角焊缝。环筋焊接在钢管外侧20毫米处，钢牛腿上侧。板放射筋端部弯折成90度钩在环筋上，并用钢丝绑定，伸至板底。所述梁主筋螺纹套筒全长角焊缝焊接在钢牛腿上，与主筋位置严格平行，螺纹套筒内径与主筋直径相同。
图1
图2
1．设计建议
1.1 工字型钢牛腿的截面设计
钢牛腿的高度和宽度根据所连接的钢筋混凝土梁的尺寸来确定，如图4所示各项参数：
1.1.1工字型钢牛腿的宽度
钢牛腿在钢管外的部分，其宽度等于钢筋混凝土梁的宽度减去左右保护层的厚度：
――保护层厚度，一般可取25mm。
图4 横截面 图5 图3 梁筋与牛腿连接
在钢管内部，由于混凝土的作用，其应力逐渐减小，相应钢牛腿的宽度也可以减小至一半，以节省材料。如图5所示。
1.1.2 工字型钢牛腿的高度
（5-2）
、――钢板翼缘上焊接的螺纹套筒外直径。
当相连的钢筋混凝土梁的主筋有两排时，可在翼缘内部再焊接一排。
1.1.3钢牛腿伸出钢管的长度
根据环筋的焊接位置和螺纹套筒的长度来确定。
1.1.4钢牛腿钢板厚度的确定
根据构件设计承载力、焊缝高度等选择钢板的厚度。
1.1.4.1 抗弯强度验算[5]
――截面塑性发展系数；
――翼缘对轴心的惯性矩，
――腹板对轴心的惯性矩，
――钢材的抗弯强度设计值。
同时尚应满足钢板的受拉承载力大于所连接所有钢筋的最大承载力[5]：
――钢筋混凝土梁受拉钢筋的总截面积；
――受拉钢筋的抗拉强度设计值。
1.1.4.2 抗剪强度验算[5]
――钢筋混凝土梁承受的最大剪力设计值；
――截面面积矩，此处为钢牛腿轴以上截面对中和轴的面积矩， ；
――腹板厚度；
――钢材的抗剪强度设计值。
1.2 放射筋和环筋的设计
放射筋按构造配置，其直径可与板负筋相同，数量根据钢管的直径确定，一般直径1米的钢管可布置7根，酌情增减。环筋的选择根据放射筋的数量确定，基本按构造选取，为了控制裂缝的发展，钢筋的直径不宜太大。
1.3 焊缝设计
1.3.1工字钢翼缘与腹板连接
工字钢翼缘与腹板连接的焊缝应满足[5]：
式中：――焊缝高度；
――计算位置的剪力；
――计算翼缘毛截面对梁中和轴的面积矩；
――角焊缝的强度设计值。
1.3.2 钢牛腿与钢管的焊接
钢牛腿与钢管之间的连接采用满焊，其强度验算尚需满足[5]：
式中： ，――焊缝处的弯矩值；
――焊缝抵抗矩；
，――焊缝位置的剪力；
――焊缝的有效截面面积。
――正面角焊缝的强度设计值增大系数。对于承受静力荷载和间接动力荷载直角角焊缝取，其他情况取1.0。
1.3.3 螺纹套筒与钢牛腿的焊接
因为市面上的螺纹套筒普遍较短，故采用满焊，其焊脚高度尚应满足[5]：
即
――与螺纹套筒相连的钢筋截面面积；
――与螺纹套筒相连的钢筋的抗拉强度设计值。
――焊缝计算长度总和。
1.3.4 焊缝的构造要求
如果角焊缝的焊脚尺寸太大，则焊缝收缩时将产生较大的焊接变形[6]，且在热影响区扩大的情况下，容易产生脆裂，较薄焊件可能会烧穿。所以要求[5]：
且 （）
――较薄焊件的厚度（钢牛腿钢板厚度一般不会小于6mm）。
2 节点的施工工艺
本节点的加工包括下述步骤与工艺条件：
（1）根据混凝土梁截面高度减去保护层厚度及钢筋直径确定钢牛腿高度，根据混凝土梁截面宽度减去保护层厚度确定钢牛腿翼缘宽度，根据螺纹套筒与牛腿的焊接长度确定钢牛腿伸出钢管的长度；
（2）根据钢管直径大小选择板面放射筋的数量，直径1米的钢管选择均匀放置7根板面放射筋；
（3）分别进行钢牛腿与钢管的焊接、在钢管内钢牛腿之间的焊接、环筋与钢牛腿的焊接以及螺纹套筒与钢牛腿的焊接；
（4）在施工前进行梁主筋端部墩粗以及开螺纹丝，施工时，梁主筋与螺纹套筒拧紧；板面放射筋钩在环筋上并均匀布置，用钢丝绑扎。
上述步骤完成后，按照普通施工步骤绑扎板筋和梁筋，质量检验后浇筑混凝土即可。
3 小结
本节点与现有钢管混凝土节点相比，具有如下有益效果：
（1）不带环梁，本节点采用穿心暗牛腿，从外形上看与普通钢筋混凝土梁一样，能很好地满足建筑及装饰设计要求。
（2）能很好地控制板柱交接处裂缝的开展，板放射筋均匀布置在梁之间控制裂缝的开展，其传递的拉力由焊接在钢牛腿上翼缘的环筋来承受。
（3）施工方便，钢管、环筋、梁主筋螺纹套筒与钢牛腿的焊接都可在工厂完成，现场只需完成梁主筋的螺纹连接和一般的钢筋绑扎工作，大大减少了现场的焊接工作量，能更好地保证焊缝质量。
参考文献：
[1] 韩林海.钢管混凝土结构――理论与实践[M].北京：科学出版社，2004：1-4
[2]钟善桐.钢管混凝土结构[M].第三版.北京：清华大学出版社，2003
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中图分类号:TU528.571文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)014(C)-0165-01
一、矩形钢管混凝土结构简介
由于圆钢管对核心混凝土起到了有效的约束,使混凝土的强度得到了提高,塑性和韧性大为改善,且国内外对圆钢管混凝土的力学性能研究较为系统而深入,因此在实际工程中得到了广泛的应用。矩形钢管对核心砼的约束效果虽不如圆钢管显著,但矩形钢管混凝土仍有良好的效果,除了外形美观,与梁节点构造简单、连接方便等优点外,还具有能有效提高构件的延性及有利于防火、抗火等特点。
二、矩形钢管混凝土结构受力简介
圆钢管混凝土结构在实际工程中应用越来越多,而方、矩形钢管混凝土的工程实践则很少见,原因之一是缺乏有关设计规程。目前对矩形钢管混凝土构件力学性能的研究还不够完整、系统,计算方法采用参考方钢管混凝土的计算方法,但从直观上看,它与方钢管混凝土构件的内部受力不同,如下图所示。对于矩形钢管混凝土构件,矩形钢管对混凝土长边的最大约束力和短边的最大约束力不相等,而方钢管对混凝土各面上的最大约束力是相等的,这就给理论研究增加了一定的难度。若忽略钢管约束而引起的构件强度提高,仅对混凝土和钢管部分进行简单叠加,就降低了该结构的优势,所以需要对矩形钢管混凝土构件进行进一步的研究。
(a)方形截面混凝土约束力示意
(b) 矩形截面混凝土约束力示意
方、矩形截面混凝土约束力示意图
以往对矩形钢管混凝土力学性能的研究和目前对矩形钢管混凝土构件计算多限于应用已成熟的钢管混凝土构件的相应公式,主要对其差异进行调整、修正的方法。文献[1]在实验基础上,考虑了矩形截面长宽比的影响,对方形钢管混凝土短柱轴压公式进行了修正,提出了矩形截面钢管混凝土短柱承载力的计算公式。文献[2]对四根长宽比为1、1.2、1.36和1.5矩形钢管混凝土柱进行了轴压和同样长宽比下的偏心受压试验研究,比较了矩形钢管混凝土和方钢管混凝土在轴压和压弯计算时的差异,同时对矩形钢管混凝土轴心受压构件承载力计算采用折减后的约束系数修正方钢管混凝土轴压承载力计算公式。文献[3]提出了用截面形状系数而不是传统的长宽比来修正圆钢管混凝土轴压短柱承载力公式,通过5个轴压矩形钢管混凝土短柱试验,在分析其试验数据的基础上,结合前人研究的试件试验数据,回归出了相应的修正系数公式。还有研究者通过理论分析,发现在一定的参数范围内矩形钢管混凝土承载力的计算可以采用方形钢管混凝土构件的公式,文献[4]采用了等效截面的方法(即含钢率和约束系数都相同)比较了各种截面钢管混凝土轴心受压时的工作性能。利用增量格式的拉格朗日表述,建立了三维有限元模型,同时考虑了材料非线性和几何非线性,对长宽比分别为1.47、1.94和2.4的3个矩形截面进行了计算,并认为在长宽比不大于2.4的情况下,矩形截面可近似等效为正方形截面,采取相同的轴压强度标准值。还有文献[5]进行了44根矩形钢管高强混凝土轴压短柱的试验,考虑了含钢率、钢种、混凝土强度等级和长宽比等因素的影响,采用数值分析的方法,以试验为基础,分离钢管和核心混凝土的受力,提出了方形、矩形钢管高强混凝土中核心混凝土和钢材的纵向应力和应变的关系。
三、采用在大量试验数据基础上的矩形钢管混凝土结构
轴压力学性能的研究方法初探
由于在圆钢管混凝土中,钢管对混凝土的约束是均匀的,对于等侧压力作用下的三向受压混凝土的研究已相当成熟,所以大大减少了研究者从理论上分析其承载力公式的难度。方形和矩形钢管混凝土中的钢管对混凝土的约束力是不均匀的,方截面两个面上的最大约束力是相等的,而矩形截面两个面上的最大约束力是不相等的,对于核心混凝土在不均匀、不等侧压力作用下的混凝土强度与不等侧压力之间的关系目前还没有此方面的研究,这就增加了从理论上推导矩形钢管混凝土极限承载力公式的难度,而建立在大量试验数据的基础上,考虑重要参数对承载力的影响,进行多元线性回归而得出来的极限承载力公式具有简单、可靠的特点,为极限承载力的预测和评估提供了一种简便的方法。
作者单位:陕西科技大学
作者简介:梁鑫(1972― ),男,陕西省永寿县人,陕西科技大学,工程师。
参考文献:
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[3]余志伟.多层住宅矩形钢管混凝土梁柱及节点性能理论及试验研究.同济大学硕士论文,2003.
Abstract: concrete filled steel tube structure combines the advantages of both steel and concrete has good mechanical properties in engineering has been widely applied in. In the actual application process with special attention to the steel pipe concrete, this paper gives the concrete procedure, for reference.
Key words: concrete; structure; concrete; engineering application
中图分类号：TU398.9文献标识码：A 文章编号：
0.前言
钢管混凝土是在钢管中充填混凝土制成的建筑构件。钢管混凝土构件具有强度高、塑性好、施工快捷等优点，能够适应现代工程结构中大跨度、高耸、重载及在恶劣条件下施工的需要，也符合现代施工技术的工业化要求。其中钢结构在制造、使用过程中具有无污染、可再生、节能、安全等特点，符合现代绿色环保的要求，因而己成为结构工程学科发展的－个重要方向。[1][2]
1钢管混凝土的结构特点
钢管混凝土具备了钢管和混凝土两种材料的性质特点，即在钢管内充填混凝土材料。由于外钢管对管内混凝土形成的套箍作用，大大提高了混凝土的承载能力、塑性性能；改善了管内混凝土的性能，特别是高强混凝土脆性大的弱点得到克服，构件的延性性能明显改善，具有优越的抗震性能；同时把混凝土内填于钢管之内，增强了钢管的管壁稳定性，刚度也远大于钢结构，使其整体稳定性有了较大的提高。钢管混凝土结构主要应用于受压构件中，在施工过程中，钢管具有较大的刚度和强度，可以作为施工的劲性骨架；钢管混凝土结构具有较好的耐冲击能力和动力性能:由于钢管内部混凝土的比热较大，发生火灾时，混凝土能吸收大量的热量，从而延长了钢管的耐火极限，有利于钢管的抗火和防火。[3]
钢管混凝土结构的特点：（1）承载力高，由于钢管约束混凝土，同时混凝土也可以延缓或避免薄壁钢管过早的发生局部屈曲。两种材料相互弥补了对方的弱点，充分发挥了彼此的长处，从而使钢管混凝土具有较高的承载能力，适用于高层建筑、大跨度桥梁等大型结构。（2）施工方便，钢管具有较好的强度和刚度，能够替代模板，可省略过支模拆模的施工过程，同时在管内不需要配筋，省去了绑扎钢筋等工序，再配合以混凝土泵送工艺，使得钢管混凝土施工极为方便、快捷。钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化要求，可以节约人工费用，降低工程造价。（3）耐火性能好，钢管混凝土内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性能优于钢结构，应用于高层结构时可降低体系的维护费用。（4）经济效益高，在钢管混凝土结构中可充分发挥钢材和混凝土两种材料的潜力，使得材料的性能得到更充分和合理的应用。实践表明，与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土结构可节约混凝土60～70％，减轻自重50％左右，用钢量略高或相等；和全钢结构相比，则可节约钢材50％，其工程造价也可降低45％。[4]
2.钢管混凝土构件的制作
2.1内填混凝土的试配
1.材料的选择：水泥选用42.5硅酸盐水泥，密度为3.10g/cm，水泥用量为500～550kg/m3。粗骨料选用质地坚硬、表面粗糙、粒径为5～16mm连续级配的机制石灰岩碎石，同时控制石子的最大粒径不超过16cm，表观密度为2.65g/cm，堆积密度为1480g/cm3含泥量小于0.5％，碎石的压碎指标为11.23％。细骨料为砂子，采用级配良好的中砂，细度模数为2.7，密度：2.56g/cm。外加剂为高效减水剂，高效减水剂为配制高性能混凝土的技术关键，高效减水剂的减水率在25％以上，可大幅度的提高混凝土强度，密度为3.05g/cm，使用量为水泥用量的1.4％。
2.初步配合比设计[6][5]
本试验的混凝土强度要达到C60，试配C60的混凝土
（1）确定混凝土的配制强度：
………………………………………（1）
其中可以查表得
所以
（2）混凝土的用水量
根据《特种混凝土和新型混凝土》的配制高性能混凝土时用水量选取范围可得到
（3）确定水灰比
根据《特种混凝土和新型混凝土》的配制高性能混凝土时的水灰比推荐选取范围，可以查到混凝土的水灰比选取为
（4）确定水泥的用量
水泥的用量可以得到为
（5）混凝土中高效减水剂的用量
616×1.4％＝9.24Kg/m3
（6） 砂率的确定
…………………………………….（2）
已知
取
故：
（7） 粗细骨料用量的确定
每立方米混凝土重量为2480Kg。
式中，可以得到
确定1立方米混凝土中各原料的配比
水：水泥：石子：砂子：减水剂=1:3.567:5.627:0.049
表1混凝土配合比和试验结果
把上述两组试验分别做三个10cm×10cm×10cm的试块，并在标准养护条件下养护7天及28天，测抗压强度。
2.2混凝土的制作工艺
本次试验采用的搅拌方法为水泥裹砂混凝土。水泥裹砂搅拌工艺的投料方法为先在搅拌机中投入砂子加1／3的水，搅拌1分钟，再加水泥搅拌1分钟，加入石子搅拌2-3分钟，最后加入剩余的水及外加剂搅拌2-3分钟。
2.3混凝土的浇灌和养护
钢管混凝土构件采用分五次从钢管一端加入混凝土，每次加入混凝土后在振动台上震动不少于2分钟，并且边震动边震捣，确保管内混凝土的密实，最终将端口用铁片包好，防止端口混凝土在成型之前流动，然后倒置在室内，在室温条件下养护28d以上。
2.4钢管的制作
尺寸为324×12～14、φ153×12～14、219×12～14的无缝钢管，切割完毕后应对切口进行清洁处理。
3钢管混凝土在实际工程中的应用
钢管混凝土能适应现代工程结构中大跨度、高耸、重载的结构形式，及在恶劣条件下施工的需要，符合现代施工技术中工业化的要求，因此越来越广泛的应用在单层和多层工业厂房柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁结构中，已取得良好的经济效益和建筑效果。
单层和多成厂房柱，和钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱显得更加轻巧，被广泛地用作各类厂房柱。地铁站台柱，地铁的站台柱承受的荷载较大，采用承载力高的钢管混凝土可以减少截面面积，扩大使用空间。高层和超高层建筑结构中使用钢管混凝土的主要优点有：构件截面面积较小，可节约建筑材料，增加使用空间；构件自重可以得到减轻，可以减少基础负担，降低工程造价；抗震性能较好；耐火性能相对于钢结构可以降低防火造价；可以采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法，可以加快施工速度等等。[7]
4.结论
随着经济社会的不断发展，对建筑工程工业化进度的不断要求，钢管混凝土的应用将越来越广泛。对于以建的钢管混凝土结构工程都已获得良好的经济效益和建筑效果。随着建筑理论研究的深入和完善，新型施工工艺的产生和高性能材料的应用，钢管混凝土结构将是结构工程科学的一个重要发展方向。
参考文献
韩林海.钢管混凝土结构[M].北京：科学出版社，2000
韩林海，钟善桐.钢管混凝土力学[M].大连：大连理工大学出版社，1995
钟善桐.钢管混凝土结构[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994
王强.钢管混凝土支架力学性能试验研究《安徽理工大学硕士论文》，2006
苏林王、罗巧玲 圆弧形细钢管内填C50高强高性能混凝土的试配[J]. 佛山科学技术学院学报(自然科学版)
【中图分类号】TU375 【文献识别码】A【文章编号】
1 前言
圆钢管混凝土由于钢管和内部核心混凝土“相互作用、优势互补”使得钢管混凝土具有承载力高、抗震性能好、施工方便等诸多优点，越来越受到工程师的青睐，在桥梁结构和高层建筑结构中的应用较为广泛[1]。随着钢管混凝土工程实践的不断深入，发现在某些情况下，例如钢管混凝土柱之间设有斜撑的节点处，大跨重载梁的梁柱节点区域等，横向抗剪问题变得突出，因此深入研究钢管混凝土抗剪强度有非常重要的工程意义。
以往对钢管混凝土抗剪性能研究有：文献[2-5]进行了圆钢管混凝土抗剪性能的实验研究和理论分析；文献[6-7]进行了圆钢管混凝土抗剪试件的实验研究，并基于实验结果建议了圆钢管混凝土柱的抗剪承载力的计算公式。文献[8]根据纯扭试件的计算结果来确定钢管混凝土的抗剪力学特性，即受扭时的剪切屈服点为钢管混凝土的组合强度标准值，采用有限元法对纯扭构件进行了大量的计算分析，最后提出了组合剪切模量、剪切刚度和抗剪强度的简化计算公式，简化计算公式与实验结果吻合较好。文献[9] 采用有限元软件ABAQUS对钢管混凝土基本剪切性能进行了研究，提出了钢管混凝土抗剪强度的简化计算公式，简化计算结果与试验结果吻合较好。
圆钢管混凝土抗剪强度计算相关研究成果被国内有关规程采纳，主要有福建省工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ/T13-51-2010）[10]、中国工程建设协会标准《钢管混凝土结构技术规程》CECS28：2012[11]和中国工程建设协会标准《实心与空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254：2012[12]，为了为了帮助有关工程技术人员具体地了解上述各设计规程在进行圆钢管混凝土构件抗剪承载力计算时的特点，本文简要介绍了DBJ/T13-51-2010、CECS28：2012和CECS254：2012这三种设计规程中关于圆钢管混凝土抗剪承载力的设计计算方法，同时，基于典型的计算算例，将不同规程的计算结果进行了对比和分析，以期帮助有关工程技术人员实际应用时参考。
2 各规程抗剪承载力计算公式介绍
2.1 DBJ/T13-51-2010规程[10]
文献[1]采用有限元法对圆钢管混凝土构件在受剪作用的下的工作性能进行了分析研究，并在大量参数分析结果的基础上，提出了圆钢管混凝土构件抗剪承载力计算方法，计算公式考虑了钢管和核心混凝土的组合作用。DBJ/T13-51-2010规程采用文献[1]的研究成果。DBJ/T13-51-2010规程给出的圆钢管混凝土构件抗剪强度计算公式如下：
（1）
式（1）中： 为钢管混凝土纯剪构件抗剪承载力设计值； 为钢管混凝土构件的组合截面面积； 为钢管混凝土的组合剪切强度设计值，其计算公式表达式如下：
（2）
（3）
―钢管混凝土抗剪承载力计算系数，按下式计算：
（4）
以上各式中， 为截面含钢率（钢管横截面面积与核心混凝土截面面积之比）， 为钢管混凝土的约束效应系数， 为钢管混凝土轴压强度设计值， 为混凝土轴心抗压强度设计值。
2.2 CECS28：2012规程[11]
CECS28：2012规程中有关圆钢管混凝土构件抗剪承载力是在文献[6-7]系列实验结果的基础上，没有考虑钢管和混凝土的组合作用，偏安全的提出了钢管混凝土构件的抗剪强度计算公式。CECS28：2012规程给出的圆钢管混凝土构件抗剪强度计算公式如下：
（5）
式（5）中， 为钢管内的核心混凝土横截面面积； 为混凝土轴心抗压强度设计值， 为钢管混凝土的约束效应系数，按下式计算：
（6）
式（6）中， 为钢管的横截面面积； 为钢材抗拉强度设计值。
2.3 CECS254：2012规程[12]
CECS254：2012规程是基于极限平衡理论和相关试验结果基础上推导的，计算公式中没有考虑混凝土强度参数的影响。CECS254：2012规程给出的圆钢管混凝土构件抗剪强度计算公式如下：
（7）
式（7）中， 为钢管混凝土构件的组合截面面积； 为钢管混凝土的受剪强度设计值，其计算公式表达式如下：
（8）
上式中， 为截面含钢率（钢管横截面面积与核心混凝土截面面积之比）， 为钢材抗拉强度设计值。
3 各规程抗剪承载力计算公式计算结果比较
为了比较以上各规程在计算圆钢管混凝土构件抗剪强度计算结果的差异，以下采用典型计算算例的计算结果进行比较。算例的计算条件为：Q235钢和Q420钢，混凝土强度为C30、C50和C80，截面含钢率 从0.04-0.2，选用了两种截面尺寸，钢管外径D=400mm和D=800mm。
图1给出了钢管外径D=400mm时不同参数情况下各规程计算得到的圆钢管混凝土构件抗剪强度 ～ 关系曲线。从图1可见，各规程抗剪强度计算值随含钢率变化规律类似，表现为抗剪承载力随含钢率 的增大而增大。从图1还可以看出，在截面含钢率较小时，各规程的计算结果差异相对较小，在截面含钢率较大时，各规程的计算结果差异增大。计算结果总体呈现规律为：在其他条件一定的情况下，CECS254：2012规程计算获得的抗剪承载力最大，DBJ/T13-51-2010规程居中，CECS28：2012规程最小。
（1） C30混凝土 （1） C30混凝土
（2） C50混凝土 （2） C50混凝土
（3） C80混凝土 （3） C80混凝土
（a） Q235钢材 （b）Q420钢材
图1 圆钢管混凝土抗剪承载力计算结果比较（D=400mm）
图2给出了钢管外径D=800mm时不同参数情况下各规程计算得到的圆钢管混凝土构件抗剪强度 ～ 关系曲线，各规程计算结果的差异规律与图1类似，不再重复。
（1） C30混凝土 （1） C30混凝土
（2） C50混凝土 （2） C50混凝土
（3） C80混凝土 （3） C80混凝土
（a） Q235钢材 （b）Q420钢材
图2 圆钢管混凝土抗剪承载力计算结果比较（D=800mm）
4 结语
本文简要介绍了DBJ/T13-51-2010规程、CECS28：2012规程和CECS254：2012规程在圆钢管混凝土构件抗剪承载力计算方法和特点，结合典型计算算例比较了以上各规程在计算圆钢管混凝土构件抗剪承载力结果的差异，研究结果表明，在其他条件一定的情况下，各规程计算值比较的基本规律为：CECS254：2012规程计算获得的抗剪承载力最大，DBJ/T13-51-2010规程居中，CECS28：2012规程最小。
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中图分类号：TU323-1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0167-03
1、钢结构体系分析方法概述[1]～[5]
国内外学者对钢结构的计算理论进行了大量分析，提出一些行之有效的计算方法。我国编制的钢结构设计规范中，对钢框架结构的设计计算给出了计算公式，但该公式主要基于材料处于弹性范围内，计算结果偏于保守。对材料进入塑形范围内的破坏，许多学者也进行了分析，并提出了计算方法，如塑性区法和塑性铰法。一般来说，分析框架结构应该考虑以下几种因素：
1.几何非线性：
2.材料非线性：材料的弹塑性性能；
3.几何缺陷：初弯曲、初偏心、初倾斜；
4.材质缺陷：冶金缺陷、残余应力。
本文在分析计算时遵循我国钢结构设计规范（GB50017-2014）中的荷载效应分析方法以及设计方法，当框架在进行极限状态下的弹塑性分析时采用考虑几何非线性的塑性铰法。本文主要采用结构设计软件PKPM[6]～[11]进行研究分析。
2、建立结构模型
2.1 结构概况
层数：（多层）地下1层，地上6层，出屋面楼梯间1层；层高：地下3.6m，地上层高均为2.9m，出屋面4.1m；室内外高差：0.45m；混凝土环境类别：外墙、基础、雨蓬、卫生间楼板为二a类，其余混凝土环境为一类；楼板：现浇混凝土平板，预应力槽形叠合板，楼面预留70mm建筑做法，轻骨料混凝土填充；主体结构材料：钢材：Q235；混凝土强度等级：钢管混凝土柱C40，其他C30；钢筋：HPB300级、HRB400级；基础采用钢筋混凝土桩基础；填充墙：外墙、分户墙、楼梯间墙――200mm厚加气混凝土砌块。
本文主要进行7度抗震设防区设计基本加速度值为0.10g设计地震分组为第二组地震作用下的设计分析，场地土特征周期值选取0.40s。
2.2 结构方案
本文分析三种常用结构，分别是纯钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢框架-混凝土筒体结构。 每一种结构采用三种布置方案，方案一选用方钢管柱；方案二选用采用H型钢柱； 方案三选用圆钢管混凝土柱。
3、计算结果分析
3.1 纯框架结构
纯框架结构的主要构件用钢量如表1所示。
主要计算结果：
1.自振周期 通过计算可得三种方案的前3阶自振周期如表2-4所示：
2.构件的安全性能
结构在各个荷载组合作用下的最大应力比如表5所示：
3.变形
结构在风荷载和地震作用下的侧移如表6所示；
由表可知，结构侧移满足规范的要求，仍有一定量的富余。
3.2 钢框架-支撑结构体系
钢框架-支撑结构体系的主要构件用钢量如表7所示。
主要计算结果：
1.自振周期 通过计算可得三种方案的前3阶自振周期如表8-10所示：
2.构件安全性能
结构在各个荷载组合作用下的最大应力比如表11所示：
3.变形 结构在风荷载和地震作用下的侧移如表12所示；
由表可知，结构侧移满足规范规定的限制。
3.3 钢框架-钢筋混凝土筒体体系
钢框架-钢筋混凝土筒体体系的主要构件用钢量如表13所示。
主要计算结果：
1.自振周期 通过计算可得三种方案的前3阶自振周期如表14-16所示：
2.构件安全性能
结构在各个荷载组合作用下的最大应力比如表17所示：
钢框架-钢筋混凝土筒体结构体系在风荷载以及多遇地震作用下的安全性能和抗侧移能力都大大高于限值要求。经过计算钢框架部分的横向抗侧刚度只有筒体的1.07%；纵向上只有3.96%，没能有效的参与工作，所以承载力只能作为二阶段抗震的储备。多遇地震作用组合下，底层转角部位剪力墙段的竖向钢筋和抗剪钢筋配筋率达到了2.1%、2.7%。
3.结构变形
结构在风荷载和地震作用下的侧移如表18所示：
4 结论
本文结合具体建筑方案对7度区（0.10）Ⅱ类场地下几种常用钢结构进行了分析与对比，从计算结果分析可得出以下结论：
4.1 安全性能
常用结构体系的三种方案均能满足安全性能的要求。纯框架结构构件的应力比较小，富余过大，并不太合理。钢框架-混凝土筒体结构、钢框架-支撑结构两种结构的构件应力比都比较大，构件的承载力能够充分发挥。
4.2 抗侧移性能
常用结构体系的三种方案的位移角、侧移性能进行对比分析：纯框架结构结构比较差，钢框架-支撑结构胜之，钢框架-混凝土筒体结构最优。后两者的侧移不仅满足了规范规定的限值，而且满足了住宅精装修的要求。
4.3 抗震延性
从自振周期可以看出，结构纵向刚度比横向刚度大，原因是纵向构件比横向构件多。因此可以在横向增加支撑减少两个方向的刚度差，从而减小结构的扭转，增加结构的抗震性能。
纯钢框架结构可以充分发挥钢材的延性，但由于结构形式单一，抗震性能不如其它两种结构。钢框架-支撑结构可以充分发挥材料的塑形性能，结构的抗震性能较好，而且经济合理。钢框架-混凝土筒体结构的抗震性能最好，但不能充分发挥材料的力学性能。
4.4 用钢量
通过分析，三种常用的结构体系中方案3是最优的。在进行结构方案选用的时候，可以首先选用方案2和方案3，经济上方案3是最优。在对经济性要求不是很苛刻时，可以考虑方案1。
综上所述：圆钢管混凝土柱的力学性能要强于方钢管柱和H型钢柱，在7度区，用钢量比后两者少了4.1%。总体上，三种常用结构体系中的三种方案都是有较好的实用性，具体选择那种结构体系及方案，则需要根据具体的工程要求。
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中图分类号：U443.22
文献标识码：A
文章编号：1008-0422（2008）11-0160-02
1前言
近年来，随着我国国民经济的高速发展，我国高等级公路建设呈现出突飞猛进的势态。高等级公路对线型等方面的要求使得山区公路中出现了许多高墩桥梁，增加了施工难度。本文根据吉茶高速公路C1合同段的桥梁高墩柱施工过程，将主要采用钢管支架及特制定型钢模板来组织施工的高墩施工工艺详加阐述,供大家参考。
2工程概况
本桥位于吉茶高速公路C1合同段内，桥位地处湘西自治州吉首市西南郊区雅溪村，中心桩位为K0+450，该桥上部构造为23×30m的预应力连续T梁，桥长706.7m，下部构造为柱式墩配桩基、整体式台配桩基、重力式台配扩大基础，其中5-11号墩、17号墩、21号墩为薄壁式空心墩。该桥桥位区属低山丘陵之山间冲沟地貌，地形起伏较大，底面高程204.00～260.00m，桥最大架空高度36m。
3高墩施工的特点及难点
该桥梁所处地形复杂，交通运输不便，而且大部分桥墩身高。工程量大，工期短，因此桥墩施工是该工程的关键所在。然而对于20 m以上的高墩柱却存在以下的特点：
3.1施工周期长。对于高空作业，模板的受力自成体系，从模板的受力性能考虑，高墩柱混凝土的一次浇筑高度一般为4~6 m。对于20 m以上高墩的施工次数至少在4次以上，这样每一根墩柱的施工周期相当长，受机械设备等因素影响，有的墩柱施工工期达到5、6个月之长。
3.2模板和机械设备的投入大。由于单根高墩柱的施工周期长，且受总工期的限制，各大桥的高墩柱只能采取平行作业的施工组织方法，每根墩柱至少配备6 m高度的模板,使其自成施工体系，这样模板的投入相当大。受起吊能力的限制，高墩柱施工须配备大吨位的吊车，且全标段高墩柱数量多，分散于不同的山沟内，致使吊车等设备很难相互调配使用，导致机械设备的投入也大。
3.3高墩施工定位控制难度大。对于高桥墩来说，截面相对面积小、墩身高、重心高、墩身柔度大、施工精度要求高，是其显著的特点，施工时轴线很难准确控制。
3.4高墩施工接缝的处理要求高。高墩柱不仅仅只是一个简单的受压构件，而且还受到复杂的弯矩扭矩作用，必须保证墩身有一定的柔度，在荷载和各种因素作用下其弯曲和摆动不可避免，因此对高墩的施工质量要求很高，而高墩的施工缝如处理不到位，就成为墩身受力的薄弱处。
3.5高空作业，施工安全度低。
4施工方案
4.1施工方案简介：
针对墩柱墩身较高的特点，墩柱模板全部采用特制定型钢模板，由两块半圆拼装而成，模板每节高度分1.5m、2.5m、3m三种，其中1.5m、2.5m为D140的模板，3m为D180模板。采用吊车进行模板安装，在吊车不能所及的高度采用卷扬机和临时固定在已浇混凝土柱顶的吊架吊装施工时所需材料和安装墩柱模板（1.5m/节），在模板顶和中部分别以风缆绳紧固稳定，保证立模后的刚度及竖直度。墩柱混凝土在吊车能及的高度用混凝土运输车送至现场，以吊车配混凝土吊斗，利用串筒浇筑，吊车不能及的高度，用混凝土输送泵直接送至模板内浇注，用插入式振捣器振捣，混凝土采取分层连续进行浇注，每层厚度不大于30cm，中间因故间断不能超过前层混凝土的初凝时间。混凝土采取集中拌和，混凝土搅拌车运输。
4.2施工工艺流程(见图1)
5施工关键技术
5.1测量放样
先对墩柱的结构线及墩柱中线进行测量放样，墩柱前后、左右边缘距设中心线尺寸容许偏差10mm。墩柱施工前，将桩顶冲洗干净，并将墩柱结构线以内的混凝土面凿除浮浆，整理连接钢筋。
5.2钢筋工程
严格按照经监理工程师审批的支架方案进行塔设，墩柱支架塔设完成后进行墩柱钢筋帮扎施工。钢筋统一在加工棚进行下料和制作，钢筋的调直、截断及弯折等均应符合技术规范要求，钢筋加工完成后进行编号堆放，运至作业现场再用定滑轮吊至作业平台进行绑扎、焊接。对于变截面高墩,应注意墩柱主筋接长时应注意焊接接头必须错开,使接头钢筋面积不超过钢筋总面积的25%;箍筋接头应在四角错开,弯钩长度满足设计及抗震要求。按设计及规范制作的墩柱钢筋笼用吊车吊装时对位要准确，采用垂线法定位，中心点误差控制在2cm内，墩柱边侧的保护层利用垫块来保证，并对盖梁连接钢筋进行预留。
5.3支架与立模板：
5.3.1墩柱支架搭设
a、技术要求：墩柱脚手架主要起稳固模板、操作架、支撑及垂直运输作用，必须具有足够的强度、刚度和稳定性；支承部分必须有足够的支承面积，如安设在基土上，基土必须坚实并有排水措施；脚手架立杆间距及横杆步距必须满足使用要求。
b、搭设方法：清平夯实基土(最好将脚手架支承于墩柱承台上)，围绕墩柱搭设立柱钢管支架：采用立杆24根，立杆采用搭接的方式连接，搭接长度不小于50cm，搭接范围内的扣件不少于2个。各立杆间布置水平撑，并适当布置垂直剪力撑，剪力撑与水平方向成45°角放置。钢管支架立杆的纵横向间距为1.4m×1.4m，横杆步距为1.6m，则搭设一个立柱支架钢管总长为2360m，扣件约1180个。
b、支架受力分析及计算：钢管支架自重力：19090N，施工荷载：10000N，合计：F=29090N。考虑施工时的不均匀性，取不均匀系数1.5，则刚支架所受总荷载为：F=29090N×1.5=43635N。每根立杆承受荷载为：43635/8=5454N，则用￠48×3mm的钢管面积A=424，钢管回转半径为：I=15.9mm.
1)按强度计算，立杆的受压力为：σ=N/A=5454N/424mm2
2)按稳定性计算，立杆的受压应力为：长细比：λ=L/I=1600/15.9=100
查《钢结构技术规范》表C-2，b类截面轴心受压构件的稳定系数，Φ=0.432
σ=N/(Φ×A)=5454/(0.432×424)=29.8N/mm2
3)钢管支架其横杆抗弯强度σmax和刚度Wmax为：
抗弯强度σmax=ql2/10w=31167×1.42/ (10×4.49×103)=1.4Mpa
其中： w―钢管的截面最小抵抗矩w=4.49×103mm3
f―钢材强度设计值，为215Mpa
q=43635N/1.4m=31167N/m
刚度Wmax=ql2/150EI=31167×1.44/(150×2.06×105×10.78×104)=36×109
其中：I―钢管截面惯性矩I=10.78×104mm4
E―弹性模量E=2.06×105Mpa
容许挠度为3mm
根据以上计算结果，钢管支架立杆受压应力和横杆抗弯强度及刚度都小于容许值可满足施工要求，则该支架方案是可行的。
5.3.2立模板
墩柱模板全部采用特制定型刚模板，由两块半圆拼装而成，模板每节高度分1.5m、2.5m、3m三种，其中1.5m、2.5m为D140的模板，3m为D180模板。采用吊车进行模板安装，在吊车不能所及的高度采用卷扬机和临时固定在已浇混凝土柱顶的吊架吊装施工时所需材料和安装墩柱模板（1.5m/节），在模板顶和中部分别以风缆绳紧固稳定，保证立模后的刚度及竖直度。墩柱高度在≤15m时，采取一次性装模到位，并进行混凝土浇筑。
5.4浇筑混凝土
混凝土浇注前对支架、模板、钢筋进行检查，符合设计及规范要求后方可进行混凝土浇注，混凝土浇筑采用一次支模到顶，一次混凝土浇筑的方法施工，中间不留施工缝。混凝土采取集中拌和，混凝土搅拌车运输。混凝土拌和中严格控制材料用量，并对拌和出的混凝土进行塌落度测定，控制好水灰比。墩柱混凝土在吊车能及的高度用混凝土运输车送至现场，以吊车配混凝土吊斗，利用串筒浇筑，吊车不能及的高度，用混凝土输送泵直接送至模板内浇注，用插入式振捣器振捣，混凝土采取分层连续进行浇注，每层厚度不大于30cm，中间因故间断不能超过前层混凝土的初凝时间。混凝土浇注过程中设专人检查支架、模板、钢筋的稳固性，发现问题及时处理。混凝土浇筑后进行表面抹平，混凝土初凝以后及时养护，防止混凝土表面出现裂缝。
5.5拆膜及养护
混凝土达到设计强度的75%后拆除墩柱模板，用塑料薄膜覆盖养护，模板拆除时按顺序拆卸，防止撬坏模板和碰坏结构。
6高墩施工的几点体会
6.1尽量保证1根墩柱施工的连续性，减少中间停顿时间，以加快分项工程的完工时间，缩短计量支付的周期，减轻资金周转压力。
6.2搞好安全施工是高墩柱施工的关键环节之一，要经常对施工操作人员进行安全教育，强化安全意识,各工序应按安全操作规程办事。
6.3由于模板周转次数多，因此易产生模板变形，应在2.8 m宽模板的加强肋中间设1道横穿墩身的对拉螺杆，高度方向每隔1 m设1道与加强箍固定联结。
7结束语
实践证明，采用高墩钢管支架及特制定型刚模板的施工技术，对高空、立体、平行、交叉作业有了可靠的安全保证，同时也加快了工程进度，降低了工程成本，因此此技术是合理可行的。
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国务院文件明确提出:发展钢结构住宅,扩大钢结构住宅的市场占有率,将会加速住宅产业化过程,对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义。为推动我国钢结构住宅的快速发展，满足人民群众对钢结构住房的需求,推进住宅产业现代化,中国钢结构协会住宅钢结构分会成立,并陆续召开了多次住宅钢结构研讨会,各地投入大量人力探索我国钢结构住宅的发展途径,并试验性的建造了钢结构住宅。新型的钢结构住宅逐渐展现在人们面前。就我们国家的情况，钢结构住宅必将有一个快速发展。
1.钢结构的特点
钢结构的特点与钢材的特点相联系，那就是强度高,因此,钢结构自重轻,承载力高，钢材的塑性和韧性好,因而钢结构对动荷载的适应性强,使钢结构住宅具有大空间和布置灵活的特点。钢结构和传统的混凝土结构相比较钢材的强度为235N/mm2(A3),是混凝土强度的11倍;钢材材质均匀,而混凝土的材质不均匀;尤其是混凝土的抗拉强度非常低,所以普通混凝土适筋梁的承载力设计阶段均为带裂缝工作阶段;钢材的容重为7850kg/m3,是混凝土容重的3.28倍;钢材的弹性模量为206×103N/mm2,而混凝土,比如C30的混凝土变形模量为29.5×103N/mm2。因此,钢结构住宅自重比传统住宅结构要轻30%,构件小,便于工业化制作、运输、安装和现场装配,大大降低了基础施工的强度,施工场地也大为缩小,工期相对比传统住宅缩短约40%左右,开发商更容易降低市场风险。从建造市场、客户终端市场和外围市场来看,都利于钢结构住宅的未来发展。
2.钢结构的设计原理
住宅建筑中的钢结构一般指的是轻钢结构,大致可分为两类,即:以冷弯薄壁型钢为承重构件的轻钢龙骨建筑体系和以轻型钢梁、钢柱为承重体系的轻钢框架建筑体系。如:取代格构式截面的H型钢和用于楼盖层中可代替模板和抗拉钢筋作用的亚型钢板的应用;结合跨度、高度和结构形式,选用网架、悬索、预应力钢结构的应用;组合梁的应用,混凝土板和钢梁在构造上形成整体,共同抗弯,充分发挥混凝土板的受压和钢梁的受拉作用;钢管混凝土柱,受纵向压力作用时,钢管的应力状态为异号应力场(纵向、径向受压,环向受拉),纵向应力比单向受力时屈服强度低,塑性好;混凝土处于三向受压状态,承载力比单向受压棱柱体强度高,且极限变形大大增加,塑性提高,同时由于钢管的约束又大大提高了混凝土的承载力。相对于其它材料结构,钢结构的实际受力状态符合力学计算的假设状态,计算结果可靠,使用更安全,而且抗震性能好。
3.钢结构在我国的应用
钢结构在我国的应用最早见于上世纪九十年代初，1994年11月建于上海北蔡的8层钢结构住宅,采用的就是冷弯成型矩形钢管砼和U形冷弯薄壁组合梁组成框架,外墙采用稻草板。建造该试验住宅的上海现代房地产公司,1999年还在新疆和上海分别建造了8层和5层钢结构住宅,并试用错列桁架体系的结构形式,使小开间取得了大开间的效果,引起了各界的重视。免费论文。期间较为引人注目的有长沙远大公司,他们在1999年建成了8层H型钢框架、压型钢板组合结构、配合整体浴室、中央空调等先进设备的集成住宅,全部工期为3个月结构,2个月装修,充分体现了预制、集成、装配的特色,展现了钢结构住宅的良好前景。
20世纪80年代中期,随着我国改革开放的深入,工业化的轻钢别墅也进入我国,先后从日本引进几百栋轻钢结构低层别墅。之后几年又从澳洲、加拿大引进了轻钢龙骨住宅体系构件在国内组装。免费论文。随着国家《建设领域推广应用新技术管理规定》和《钢结构住宅建筑产业化技术导则》的出台,鼓励新技术、新体系的应用, 在理论上疏通了对钢结构住宅的发展限制。相关规范和标准的出台,为钢结构住宅在我国的发展奠定了基础。现在中国的钢产量已跃居世界第一位,钢结构在住宅中的应用必将有一个大的发展。
4.钢结构住宅在我国快速发展应解决的问题
钢结构住宅的快速发展，抛弃了原来难以逆转的混凝土,采用可重复利用的建材,减少了对自然的破坏，而且施工场地小,对环境的破坏也少，如果大规模采用钢结构,将很大程度上减少灰尘污染，符合可持续发展战略。但是,我们也要看到到当前存在着几个制约我国钢结构住宅发展的问题。一是价格高的问题。我国的钢产量虽有较大提高,但人均产量仍然较少,钢材在我国国民经济中仍属较贵重材料,相比较而言,混凝土价格要比钢材价格低。二是设计力量薄弱。设计中采用钢结构时,应注意结构的功能要求是否属于钢结构的合理应用范围。较高的承载力使钢结构设计时,要考虑以不适合继续承载的巨大变形为结构设计的极限状态准则。钢结构存在着许多节点,每个垫板、螺丝、焊缝都需要精确计算,各专业必须一次到位。因此,钢结构的设计比混凝土结构设计要复杂,钢结构的图纸量也远多于钢筋混凝土结构。三是钢结构生产体系还未形成,市场比较混乱，只有进行大规模生产,才能体现出钢结构的优越性。免费论文。同时,钢结构住宅采用的复合材料在国内还没有大规模生产,复合材料的选择余地很小。此外,目前进入国内的钢结构生产商很多,产品的标准、价格和质量都不统一,而国家尚没有统一的标准来制约,使得开发商、设计师还很茫然。四是钢结构的使用年限。砖石混凝土号称永不损坏,钢结构不行,一般使用寿命只有50年。一想到自己要买的房子不能住一辈子,这会阻止一部分客户的购买欲望。其实,砖石结构房屋的使用也很少超过50年,而且,随着保险业的发展,房屋寿命问题应该很容易解决。
5.结束语 钢结构住宅与钢筋混泥土等住宅相比具有抗震、环保等诸多优点，是世界各国倡导，我们国家提倡和人们所迫切需要的，这些年经过实际应用也得到了人们的认同，随着现代科学技术的高速发展以及人们对住宅的功能齐全、使用方便、居住舒适、安全节能、有益健康等方面的要求,钢结构住宅在我国必将有一个飞跃式的发展。
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