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1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)及其特點

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，按截面形式的不同，可以分為圓形、正方形、矩形和多邊形截面鋼管混凝土等，其中圓形截面和矩形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。

鋼管混凝土充分利用了鋼管和混凝土2 種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對其核心混凝土的約束作用，在提高了混凝土的抗壓強度的同時，也使其塑性和韌性得到改善。

混凝土對鋼管的約束作用避免和延緩了鋼管過早地發(fā)生局部屈曲，從而提高了結(jié)構(gòu)的可靠度和強度。因此鋼管混凝土具有承載高、塑性和韌性好、施工方便、經(jīng)濟性好等優(yōu)點。

在高層建筑結(jié)構(gòu)中， 鋼管混凝土柱由于具有承載力高，抗震性能好等特點，因此得到了廣泛的應(yīng)用。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可解決高層建筑結(jié)構(gòu)中普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底部的柱截面大的問題和高強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中柱的脆性破壞問題；與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可以減少鋼材用量，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度和降低結(jié)構(gòu)自重，可以減小基礎(chǔ)的負擔(dān)，降低基礎(chǔ)的造價。同時在目前發(fā)展較快的全逆作法、半逆作法施工的高層和超高層建筑中，鋼管混凝土的應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯。因此，在近十幾年中，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中得到了迅猛的發(fā)展。

2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工方法

鋼管混凝土在本質(zhì)上屬于套箍混凝土，鋼管可以作為混凝土澆筑的模板。因此采用鋼管混凝土就無需支模和拆模等工序，從而簡化了施工工序和措施，加快了施工的進度。目前比較成熟的鋼管混凝土澆筑方法主要有：泵送壓入澆筑法、立式手工澆筑法、 立式高位拋落無振搗法等3 種[1,2]。

1）泵送壓入澆筑法：即在鋼管接近地面或某樓層板處安裝一個帶閘門的進料管，直接與泵的輸送管連接，由混凝土泵車將混凝土連續(xù)不斷地自下而上壓入鋼管。其優(yōu)點是施工質(zhì)量好，管內(nèi)混凝土密實度好，鋼管柱吊裝與混凝土澆筑兩者相互獨立，彼此影響小，對總工期基本無影響；其缺點是對機械、工藝要求較高，柱上留孔，需要補缺。壓注施工的還需要考慮混凝土入口處截止閥的設(shè)計，防止混凝土在巨大的壓力下回流。

2）立式手工澆筑法：即混凝土自鋼管上方灌入，采用加長振搗器人工振搗。其優(yōu)點是工藝簡單，較容易掌握。其缺點是作業(yè)空間要求高，質(zhì)量不容易保證，一次澆筑高度不宜大于2 m，嚴(yán)重制約上部鋼管吊裝，對總工期有影響。

3）立式高位拋落無振搗法：即將混凝土從高位順鋼管拋落，拋落高度不小于4 m，利用下落產(chǎn)生的動能達到振實混凝土的目的。其優(yōu)點是施工效率較高，機械設(shè)備容易布置。其缺點是拋落高度太高，容易離析，施工效率較低，制約上部鋼管吊裝，對總工期影響較大。

對于方法3），解決對工期影響的方法是采用鋼管側(cè)壁開孔的方法進行澆筑。這樣雖然產(chǎn)生了鋼管開洞的補缺量，但是有效解決了制約上部鋼管柱吊裝的問題，同時操作的安全性大幅度提高。

3 高層建筑鋼管混凝土施工技術(shù)

3.1 混凝土配制的關(guān)鍵要求

高層鋼管混凝土配合比設(shè)計中關(guān)鍵要求主要有2 個方面[3,4]。

一是需要考慮泵送要求。鋼管混凝土作為泵送混凝土，主要特點是流動性特大、級配良好、石子的粒徑符合混凝土泵送管道內(nèi)徑的要求。因此，泵送混凝土除了要保證其自身密實性和穩(wěn)定性，還必須滿足可泵性。因為具有密實性和穩(wěn)定性的混凝土不一定具有可泵性。而混凝土可泵性主要體現(xiàn)在流動性和內(nèi)聚性兩方面。流動性是它能夠泵送的主要性能，所以泵送混凝土的坍落度可適當(dāng)放大。內(nèi)聚性是抵抗分層離析的能力，使混凝土拌和料從攪拌、運輸?shù)奖盟驼麄€過程能夠使石子保持均勻分散的狀態(tài)，以保證混凝土拌和料在混凝土泵的壓送過程中順利進行。由于泵送混凝土的施工工藝要求配制的混凝土必須具有可泵性，它與水泥用量、石子大小和顆粒級配、水灰比以及外加劑的品種與摻量等因素有密切的關(guān)系，需要綜合考慮。一般而言，配合比設(shè)計時可在塑性混凝土中同時摻加減水劑和膨脹劑，從而使混凝土拌和物泌水率減小，含氣量增加，和易性改善，從而滿足泵送要求。也要根據(jù)混凝土強度等級、施工時的環(huán)境溫度和選用骨料的粒徑大小，確定混凝土的配合比和坍落度。

二是鋼管混凝土宜考慮補償收縮功能的要求。泵送用的混凝土，其水泥、砂、石子、水、摻合料、外加劑等原材料技術(shù)指標(biāo)除符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，混凝土尚有補償收縮的要求，以保證鋼管與混凝土的密實結(jié)合。通過摻入膨脹劑，使混凝土澆筑后微膨脹，補償收縮，達到密實，或者摻入減縮劑，減小收縮。

3.2 混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)要求

泵送前，當(dāng)混凝土送至現(xiàn)場，應(yīng)在現(xiàn)場實測配合比及坍落度，要滿足微膨脹要求、坍落度要求及和易性要求，確保泵送過程的順利。澆筑前，如氣溫過高，施工期間可采取模板遮陽、外壁淋水等措施進行降溫，防止鋼管溫度過高造成常溫下收縮形成脫殼。鋼管柱在檢查驗收完成后應(yīng)及時進行澆筑，以避免雜物落入柱中而難以清理。嚴(yán)禁在混凝土澆筑前對鋼管大量澆水，導(dǎo)致管壁形成水膜，從而影響混凝土和鋼管壁的結(jié)合。

泵送時，為了確?；炷恋膹姸?，嚴(yán)禁將第一次澆筑時用于潤滑輸送管的水泥砂漿注入柱內(nèi)；應(yīng)結(jié)合施工方法，合理選擇振搗器，制定詳細的振搗措施和要求，對于鋼管內(nèi)部有肋板處，振搗更需仔細和符合操作要求，確?；炷恋拿軐嵭?。

泵送后，宜及時處理浮漿和拉毛，避免產(chǎn)生薄弱層和加強相鄰兩次澆筑混凝土的結(jié)合。管口宜采用蓄薄層水（＜5 cm）養(yǎng)護的方法，確保混凝土質(zhì)量。

4 鋼管混凝土澆筑施工的技術(shù)路線

根據(jù)超高層建筑設(shè)計的實際情況，總體技術(shù)路線宜為：“低立高拋，壓注備選”。具體含義是：低空時（一般10 層以下）采用汽車泵結(jié)合立式手工澆筑法施工鋼管內(nèi)混凝土，此時鋼管混凝土基本上施工一節(jié)，混凝土澆筑一節(jié)。高空時（一般10 層以上），則宜采用立式高空拋落法施工。

而泵送壓入澆筑法一般作為備選方案[5]。因為泵送壓入澆筑法雖然技術(shù)含量比較高，混凝土壓入后比較容易密實，但是其實施對設(shè)備和操作的要求都比較高。首先，為防止在拆除輸送管時混凝土回流，需在連接短管上設(shè)置止流裝置，而且其操作對工人素質(zhì)要求較高；其次，對混凝土輸送泵工作壓力的要求，一般為10～16 MPa，具體與泵的狀況、泵送高度和混凝土坍落度及和易性有關(guān)，尤其是混凝土的坍落度對泵送工作壓力的影響十分明顯。在混凝土泵送壓入澆筑作業(yè)過程中，不可進行外部振搗，以免泵壓急劇上升，甚至使?jié)仓黄戎袛?。所以，除非條件不得已，從操作角度而言，泵送壓入澆筑法宜作為備選方案。

鋼管混凝土施工也需要考慮鋼結(jié)構(gòu)施工和混凝土施工的搭接。如果鋼管結(jié)構(gòu)和混凝土澆筑同步進行，則需要充分考慮混凝土沖擊對鋼柱精確定位的影響；如果混凝土滯后于鋼結(jié)構(gòu)施工，那么原則上鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)先混凝土施工的層數(shù)不宜大于6 層，以確保鋼結(jié)構(gòu)和混凝土能夠協(xié)同受力，同時保證開孔處不產(chǎn)生過大的初始應(yīng)力。

5 結(jié)語

鋼管混凝土作為一種結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越的構(gòu)件，其使用必將越來越廣泛，施工方法的合理選擇對于確保其質(zhì)量和操作過程的安全都具有重要的意義。因此，根據(jù)不同的建筑和環(huán)境情況，合理運用本文的技術(shù)路線和方法，將有利于工程施工的順利進行。