混凝土柱大截面環(huán)梁節(jié)點施工技術(shù)

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摘要:隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，城市建筑工程也越來越復(fù)雜，尤其是大型高型建筑，對建筑工藝的要求極為復(fù)雜，鋼管混凝土柱設(shè)計相比于鋼筋混凝土具有明顯的優(yōu)勢，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，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，從而使建筑柱子更為牢固不易彎曲，可以實現(xiàn)對房屋整體結(jié)構(gòu)的有效支撐，在高層建筑的建造中應(yīng)用尤為常見，而環(huán)梁節(jié)點施工技術(shù)，正是實現(xiàn)鋼管和混凝土柱有效連接，充分發(fā)揮這項工藝價值的有效技術(shù)手段，本文將對該技術(shù)的原理、工藝和價值做簡要探討。

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

1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點和優(yōu)勢

1．1鋼管混凝土的特點

在高層建筑中，底部的梁柱結(jié)構(gòu)往往承擔(dān)著整個建筑的重量，混凝土工藝的硬度無法硬抗，傳統(tǒng)的應(yīng)對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，真正起到作用也是微乎其微，對建筑在常態(tài)下實現(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。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的主要特點體現(xiàn)在抗壓性上，除此在施工上也具有一定優(yōu)勢，我們知道，混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于抗壓強(qiáng)度大，但過剛易折，在超過它的承載極限時就必然折斷，給建筑帶來無法挽回的結(jié)果，用鋼管取代鋼筋的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比之下就有著對高層建筑更好的適應(yīng)性，具備更強(qiáng)的承載能力，鋼管對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

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，鋼管和混凝土就不是簡單的相互組合，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)，對建筑支撐也更有力，在面對自然災(zāi)害時，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)建筑來說優(yōu)勢更加明顯，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，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)度的這兩項抗壓所必備的特性，這種相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)對高層建筑實現(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現(xiàn)，對鋼材和混凝土實現(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大一些，在面臨火災(zāi)的強(qiáng)熱環(huán)境時，鋼管結(jié)構(gòu)由于內(nèi)部混凝土的非勻態(tài)吸熱過程，從而使鋼管耐熱性能持續(xù)更加長久，不至于第一時間發(fā)生彎曲，相比于鋼筋結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢，對一棟建筑來說，達(dá)到一定的防火要求也十分重要，在大火過程中，表層混凝土結(jié)構(gòu)很容易高溫爆裂，這時候整個柱梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就面臨考驗，將會承受更多的壓力，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，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，也減少了部分開支和預(yù)算，在這種施工過程中，施工安全也可以得到更相對有效的保障，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，能夠更好的實現(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)點結(jié)構(gòu)

2．1環(huán)梁節(jié)點結(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，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，但從整體的角度看也有其弊端，而這個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現(xiàn)建筑縱向設(shè)計和橫向設(shè)計的有效連接，要通過環(huán)梁節(jié)點實現(xiàn)這一功能，相比于原有工藝講，這個過程要相對復(fù)雜，設(shè)計和施工難度較高。

2．2環(huán)梁節(jié)點結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

目前技術(shù)條件下，環(huán)梁節(jié)點結(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)計上還是實踐上，都沒有統(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)點實現(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)相對具有施工簡便、承壓性能更好的特點，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，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連接和穩(wěn)定，缺點是建筑的縱橫結(jié)構(gòu)連接較為薄弱，在抗強(qiáng)風(fēng)方面相對較弱;而牛腿節(jié)點的方法相對比較傳統(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，但缺點是頂部壓力的傳導(dǎo)機(jī)制較差，從整體上來說，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)勢充分發(fā)揮。

3環(huán)梁節(jié)點施工要點探究

鑒于不同環(huán)梁節(jié)點施工技術(shù)的優(yōu)劣，將二者結(jié)合是最有效的辦法，通過控制圓鋼焊接節(jié)點和牛腿節(jié)點的數(shù)量，來實現(xiàn)一個連接和抗壓能力的平衡，由于環(huán)梁節(jié)點的受力分別來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，通過鋼筋連接和圓鋼連接的共同作用，能夠使整個結(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)點的施工過程中，還不得不面對很多問題:(1)節(jié)點施工操作難度大。環(huán)梁節(jié)點設(shè)計需要大量的鋼筋，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)點施工不得不面對的一大難題，另外如此復(fù)雜施工完成后的混凝土澆筑也是一個不小的麻煩;(2)節(jié)點施工技術(shù)要求高。環(huán)梁節(jié)點設(shè)計中須有用的不同型號的鋼筋，用以不同的功能和作用，每個節(jié)點都需要多種鋼筋進(jìn)行交接施工，對鋼筋的規(guī)格長度要求不盡相同，且使用順序也有變化，這樣就對環(huán)梁鋼筋的現(xiàn)場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)點施工工藝要求高。這個主要體現(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)計所要求的標(biāo)準(zhǔn)，都依賴于最后的澆筑施工。

4結(jié)束語

總而言之，我國的大型建筑過程中，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的并非個例，而且這樣的結(jié)構(gòu)在抗震抗災(zāi)和使用過程中有著明顯的優(yōu)勢，隨著環(huán)梁節(jié)點施工技術(shù)的進(jìn)一步突破，該建筑結(jié)構(gòu)也必然會得到更廣泛的應(yīng)用，在具體的建筑設(shè)計施工中，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，實現(xiàn)不同優(yōu)勢間的互補(bǔ)，在環(huán)梁節(jié)點結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，要充分考量實際條件，把握施工要點，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)計規(guī)范［S］

作者:韓向陽