李 瑞

（國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司洗選中心，陜西 榆林 719315）

0 引言

鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)最早在19 世紀(jì)的橋梁工程中得以使用，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼管混凝土以其耐火性、抗震性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高層建筑工程、跨海橋梁、地下軌道交通等工程施工過(guò)程中。張?jiān)聘1]認(rèn)為傳統(tǒng)建筑技術(shù)方法較為落后，施工人員應(yīng)緊跟時(shí)代步伐進(jìn)行改良。王云峰等[2]認(rèn)為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房具有施工簡(jiǎn)易、結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)高、經(jīng)濟(jì)性好和環(huán)保性強(qiáng)等特點(diǎn)。馬志偉等[3]認(rèn)為鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)作為較為常見(jiàn)的建筑技術(shù)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合具體實(shí)例，研究鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中鋼管施工與混凝土施工的技術(shù)，分析鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)特點(diǎn)等問(wèn)題，通過(guò)研究分析，旨在探尋適合工業(yè)廠房建筑的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

該工程位于市區(qū)，建筑總面積為32 800m2，建筑高度為40m，設(shè)計(jì)使用年限為70 年，安全等級(jí)為二級(jí)。工程主體主要以鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)作為承重物，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算參數(shù)，相關(guān)人員將定制的兩段鋼柱安裝到位。其中，上段鋼管的長(zhǎng)度為7.8m，重約6t；下端鋼管的長(zhǎng)度為23.8m，重約21t。相關(guān)負(fù)責(zé)人在實(shí)地勘察后，將該工程施工分為鋼管柱施工、混凝土施工、重要節(jié)點(diǎn)施工三部分。具體的操作步驟如下。

2 鋼管柱混凝土組合結(jié)構(gòu)中鋼管柱安裝施工

結(jié)合某工程的實(shí)際情況，評(píng)估施工現(xiàn)場(chǎng)具備可操作性環(huán)境后，有關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密計(jì)算，采用先下后上的方案，首先將2 400mm×1 000mm 的下端鋼管柱安裝完畢，隨后澆筑混凝土，待混凝土完全冷卻后，確定強(qiáng)度值固定后，再利用高空吊裝設(shè)備安裝1 000mm×1 000mm 的上端鋼管。

2.1 工程復(fù)核

由于鋼管體積較重，假使安裝后再進(jìn)行復(fù)核，其難度較大，且不易操作。因此，在進(jìn)行安裝前，需要對(duì)鋼管柱進(jìn)行構(gòu)件復(fù)核和校核。首先，鋼管柱在出廠時(shí)每根鋼管柱帶有編號(hào)，按照實(shí)際規(guī)劃將鋼管柱合理安置至寬闊平整的場(chǎng)地，防止地勢(shì)不平導(dǎo)致鋼管柱彎曲變形。其次，施工人員需要對(duì)鋼管柱尺寸及鋼管柱出廠質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、更換存在問(wèn)題的鋼管柱。最后，將備好的鋼管柱按照具體的校核方案對(duì)標(biāo)高、垂直度、就位軸線進(jìn)行校核，確保誤差在合理范圍內(nèi)。

2.2 控制機(jī)制

2.2.1 精確吊裝，初次校準(zhǔn)

借助吊車(chē)高空作業(yè)，在施工場(chǎng)地進(jìn)行鋼管柱的吊裝工作，鋼管柱垂直于地面，且緩慢移動(dòng)。在鋼管柱注腳與杯口基礎(chǔ)間間距為35mm 時(shí)，施工人員扶正鋼管柱，便于鋼管柱注腳準(zhǔn)確移入杯口。初次校準(zhǔn)后，確保符合10mm 偏差標(biāo)準(zhǔn)。施工人員以鐵楔固定纜風(fēng)繩，繼而幫助鋼管柱正位放置，降低鋼管柱誤碰杯口、混凝土層的概率。

2.2.2 設(shè)計(jì)纜風(fēng)繩

通過(guò)滑輪和拉索共同將鋼柱管、地錨連結(jié)，拉索與地錨位置呈約30°夾角，鋼管柱的上連結(jié)點(diǎn)位置約為H/4，地錨距離鋼管柱約√3H/4 處，H 即為鋼管柱柱高。

2.2.3 二次校正

首先是標(biāo)高校正。施工人員根據(jù)出廠時(shí)鋼管柱的50 標(biāo)記，利用千斤頂?shù)母軛U效應(yīng)將鋼管柱緩慢抬起，觀察和調(diào)整杯口鐵楔松緊程度。其次，軸線位置校正。2 名施工人員使用千斤頂、1 名施工人員固定鐵楔、1 名施工人員使用鋼板尺進(jìn)行測(cè)量，將鐵楔固定到位。最后，垂直度校正。施工人員利用經(jīng)緯儀監(jiān)測(cè)鋼管樁注邊線及柱頂?shù)慕嵌龋M(jìn)行方向校正。

2.3 安全保障方法

根據(jù)《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ-9）的規(guī)定，施工人員需要進(jìn)行技術(shù)交底，在高空作業(yè)就業(yè)過(guò)程中注重安全防護(hù)。施工用電需要符合《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》GB50194-93 的規(guī)定，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員接近電氣設(shè)備[4]。

3 鋼管柱混凝土組合結(jié)構(gòu)中混凝土施工

3.1 材料規(guī)格

本工程采用的混凝土強(qiáng)度為C40，在施工過(guò)程中，配比時(shí)需要減少水泥、粉泥灰的加入比例，加入定量的減水劑，降低混凝土收縮的情況。碎石顆粒度應(yīng)保持在5 ～25mm 區(qū)間內(nèi)，塌坍落度為15mm，盡可能減少此類(lèi)因素的影響。本工程鋼管混凝土坍落度Ⅱ級(jí)，擴(kuò)展度在550 ～650mm 區(qū)間段內(nèi)。

3.2 施工技術(shù)

混凝土施工作為較為完善的技術(shù)，在施工過(guò)程中主要有以下3 種，其原理及優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 三種混凝土澆筑類(lèi)型及特點(diǎn)

根據(jù)本工程的實(shí)際特點(diǎn)，下段選擇澆灌法、上段選擇高位拋落法。

3.3 施工流程

3.3.1 下段鋼管柱混凝土施工

泵送頂升澆灌法（頂升法）是指開(kāi)鑿出大于輸送管的孔洞，結(jié)合泵壓持續(xù)輸送混凝土，直至滿足施工需求，如圖1 所示。開(kāi)孔過(guò)程中，需要精準(zhǔn)操作，確保孔圓的完整性。切割后的圓板適合應(yīng)用于點(diǎn)焊，便于后續(xù)封堵過(guò)程中使用。

圖1 泵送頂升澆灌法流程圖

當(dāng)杯口內(nèi)部混凝土強(qiáng)度達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，澆筑混凝土。如表2 所示，在本工程中，HBTD40 和HBTD60 電動(dòng)混凝土的性能均滿足本工程需要。在施工前，進(jìn)行復(fù)核，精準(zhǔn)把控泵的壓力和速度，降低設(shè)備損耗率。在施工過(guò)程中，需要連續(xù)壓入，通過(guò)穩(wěn)壓打入短板。

表2 電動(dòng)混凝土輸送泵性能表

3.3.2 上段鋼管柱振搗法

施工步驟與下段鋼管柱基本相同，在電動(dòng)混凝土輸送泵的選擇上，通常選用HBTD60 規(guī)格，多次進(jìn)行澆筑，澆筑后進(jìn)行振搗，直至混凝土溢出后停止?jié)仓?。清理上層浮沫，保證混凝土與鋼管柱處于持平狀態(tài)。

3.4 安全保障方法

在混凝土澆筑作業(yè)過(guò)程中，施工人員需要注重自身防護(hù)，佩戴防護(hù)手套，穿絕緣材質(zhì)的衣鞋。當(dāng)插入短管時(shí)，施工人員需要佩戴頭盔和護(hù)目鏡，避免眼部灼傷。此外，施工人員需要加強(qiáng)電源管理，避免出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。

4 鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)主要節(jié)點(diǎn)施工

4.1 梁柱節(jié)點(diǎn)

梁柱節(jié)點(diǎn)，又稱(chēng)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。在具體的施工過(guò)程中，主要分為內(nèi)、外兩種加強(qiáng)環(huán)梁柱剛接節(jié)點(diǎn)。本工程采用外加強(qiáng)環(huán)梁柱剛接節(jié)點(diǎn)，如圖2 所示。

圖2 外加強(qiáng)環(huán)梁柱剛接節(jié)點(diǎn)

在施工過(guò)程中，梁柱節(jié)點(diǎn)工藝已成操作體系。但除了梁柱以外，存在著連結(jié)樓蓋的問(wèn)題?；谥w承重點(diǎn)在梁，因此需要將柱和梁相結(jié)合，設(shè)計(jì)符合要求強(qiáng)度的、具備剛性需求的樓蓋。在設(shè)計(jì)實(shí)施中，施工人員需要注重內(nèi)力、外力相互作用的情況，設(shè)計(jì)經(jīng)久耐用的結(jié)構(gòu)框架，避免出現(xiàn)強(qiáng)震坍塌的現(xiàn)象。此外，梁柱需要有延伸性、堅(jiān)韌度等特點(diǎn)，延長(zhǎng)使用壽命。

結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)已有的施工經(jīng)驗(yàn)，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱以豎向貫通為主，在軸向力、彎矩傳遞等功能方面經(jīng)檢查，確認(rèn)無(wú)誤。但受客觀因素影響，梁穿柱的可能性較小，因此，在節(jié)點(diǎn)位置設(shè)計(jì)連結(jié)梁與柱成為重點(diǎn)議題。在較高層的工業(yè)廠房建設(shè)過(guò)程中，已進(jìn)行節(jié)點(diǎn)施工改革，便于滿足設(shè)計(jì)需求。

4.2 鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)

鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)是連結(jié)鋼柱與其他組合結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的關(guān)鍵內(nèi)容。在具體的施工過(guò)程中，主要有變直、不變直徑兩類(lèi)對(duì)接接頭。

在鋼管柱結(jié)構(gòu)的拼接中，基本采用以下三種構(gòu)件連結(jié)，分別是全熔透坡口焊接、高強(qiáng)螺栓摩擦型焊接、混合型焊接[5]。全熔透坡口焊接受力均勻，但需要大量的施工時(shí)間、寬闊的施工場(chǎng)地，有一定的局限性。高強(qiáng)螺栓摩擦型焊接施工效率高，但是螺栓零件易出現(xiàn)滑動(dòng)缺陷，影響拼接節(jié)點(diǎn)的剛度效果。混合型焊接能夠降低螺栓瞬移，有效保障拼接成功率，同時(shí)縮短拼接時(shí)間，是廣泛應(yīng)用于鋼管柱節(jié)點(diǎn)的連結(jié)方式。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，鋼管柱結(jié)構(gòu)拼接節(jié)點(diǎn)的剛度等于結(jié)構(gòu)受力與對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角間的比值，如公式所示：

其中，k是鋼管柱結(jié)構(gòu)混合節(jié)點(diǎn)的剛度；M是鋼管所受彎矩；θ是鋼管柱結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角；E是鋼管的彈性模量；A是截面面積；H是截面高度；d是螺栓的水平間距；l是拼接處有效變形的長(zhǎng)度。

4.3 鋼柱注腳施工

4.3.1 鋼柱注腳的主要形式

柱腳是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中的組成部分，起到連結(jié)地基和上層建筑間的關(guān)系。由于其具有開(kāi)合機(jī)制，因此，注腳可添加設(shè)計(jì)能耗較高的元件，例如C 型阻尼器/消能桿等。在具體的施工過(guò)程中，通常有兩種注腳形式，分別是嵌入式注腳和端承式注腳。本工程采用嵌入式注腳進(jìn)行施工。

4.3.2 深層螺栓位置不準(zhǔn)的問(wèn)題

由于施工過(guò)程中無(wú)法精準(zhǔn)找到深層螺栓的位置，導(dǎo)致柱腳板擴(kuò)孔現(xiàn)象較為明顯。如圖3 所示，結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖》（01SG519）的要求，施工人員一般采用模板臨時(shí)安裝法，及時(shí)明確螺栓深層位置，便于施工[6]。

圖3 臨時(shí)安裝法解析圖

綜上所述，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房施工方面表現(xiàn)較好，通過(guò)吊裝校正鋼管柱、分層澆筑混凝土、檢修節(jié)點(diǎn)問(wèn)題等方式，能夠有效完成保證施工進(jìn)度，推進(jìn)工程建設(shè)。

5 結(jié)論

文章以某工程為例，對(duì)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中鋼管施工與混凝土施工進(jìn)行深入研究，得出結(jié)論：

（1）鋼管柱作業(yè)中，需要等待混凝土完全冷卻、確定強(qiáng)度值固定后，再利用高空吊裝設(shè)備安裝上端鋼管。

（2）根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)，可采用混合式澆筑方法，如下段利用澆灌法、上段利用高位拋落法。

（3）梁柱節(jié)點(diǎn)、拼接節(jié)點(diǎn)在施工環(huán)節(jié)起到重要作用，需要加強(qiáng)對(duì)該方面工作的重視。