时间：2022-12-13 00:50:48
钢管混凝土FRP混凝土（SCFC）组合柱是新近提出的一种新型组合柱形式。提出考虑外钢管与FRP的双重约束效果，采用双剪统一理论分析了SCFC组合柱外钢管、外层混凝土、FRP管以及内层混凝土的应力状态，根据静力平衡条件得到了SCFC组合柱的轴压承载力计算公式，其与试验结果能够较好吻合。分析了含钢率、FRP与钢的相对配置率、FRP径厚比以及FRP管直径对轴压承载力提高系数的影响，结果表明：随着含钢率的增加、FRP与钢的相对配置率的提高以及FRP径厚比的减小，SCFC组合柱轴压承载力提高系数都有一定程度提高；内FRP管直径与外钢管边长之比在0.65～0.75之间时，轴压承载力增益效果较好。
关键词：
组合柱；双剪统一强度理论；承载力；应力
中图分类号：TU398.9
文献标志码：A文章编号：16744764（2017）02004307
Abstract：
The sectional form of steelconcreteFRPconcrete （SCFC） column， as a novel composite column， has a steel tube as the outer layer and a circular FRP tube as the inner layer， and concrete filled between these two layers and within the FRP tube. Considering the confinements from both outer steel and inner FRP layers， the twin shear unified strength theory and force equilibrium condition are utilized to develop an analytical model of bearing capacity of SCFC column. The accuracy of the proposed model is evidenced through being compared with experimental data. The parametrical study is conducted in order to evaluate the confinements affected by the sectional steel proportion， ratio of FRP to steel， ratio of diameter to thickness of FRP and FRP diameter itself. The results indicate that the greater sectional steel proportion， the larger ratio of FRP to steel， and smaller ratio of diameter to thickness of FRP have positive contributions on the confinements of SCFC. The ratio of FRP diameter to steel side length locates between 0.650.75 can lead to a better confinement.
Keywords：
composite column； twin shear unified strength theory； bearing capacity； stress
随着建筑结构高度与跨度的不断增加，普通钢筋混凝土难以达到结构所需的强度和刚度要求，钢、纤维增强复合材料（FRP）与混凝土的组合应用理念应运而生。目前，应用较为广泛的组合柱类型为：钢管约束混凝土柱（CFST）[12]、FRP约束混凝土柱（CFFT）[35]、复合钢管混凝土柱[67]以及钢管FRP混凝土组合柱等。内置FRP约束混凝土的钢管混凝土组合柱（SteelConcreteFRPConcrete Column，简称SCFC Column）是新近提出的一种钢管FRP混凝土组合柱形式，即钢管混凝土柱内填充FRP约束混凝土。李帼昌等[810]、冯鹏等[11]、Cheng等[12]较早地对这一组合柱进行了研究。这些学者设计的组合柱截面形式为：外管选择方钢管，内管选择FRP圆管，两管间及FRP内管填充混凝土。SCFC组合柱的制作方式有两种：一是先制作并布置好内外两管，最后浇筑内外层混凝土；二是先制作内层混凝土柱，再缠绕FRP以施加约束，将约束混凝土柱置于钢管中，最后浇筑夹层混凝土。内外层混凝土宜采用细石混凝土或自密实混凝土，并采用振动棒贴壁和插入振捣，以保证浇筑质量。此外，FRP管表面的凹凸和粗糙可不作处理，以保证FRP与内外层混凝土的粘结性能。传统的方钢管混凝土组合柱通常由于混凝土侧向变形导致钢管发生屈曲变形，从而削弱了方钢管对混凝土的约束作用[13]，SCFC中FRP圆管对核心混凝土提供有效环向约束，降低了核心混凝土的横向变形，由此降低了对方钢管的侧压力，减缓了应力集中现象，从而提高了约束效果，使得构件的承载能力有效提高。文献[8]基于统一理论提出了SCFC的轴压承载力公式，研究了试件的含钢率及CFRP圆管与方钢管的相对配置率对构件轴压承载力的影响。但目前对于SCFC受力机理的研究还比较少，笔者基于双剪统一强度理论，考虑外钢管与内FRP管对混凝土的双重约束作用，对SCFC的轴压承载力进行研究，根据极限平衡原理得出轴压承载力计算公式，并且⒓扑憬峁与实验数据进行对比，验证了轴压承载力计算公式的准确性。
1双剪统一强度理论
俞茂宏在双剪强度理论的基础上，考虑作用于双剪单元体上的两个较大剪切应力及其面上的正应力，建立了一种全新的考虑中主应力影响的适用于各种不同材料的双剪统一强度理论，其数学表达式为
σ2≤σ1+aσ3[]1+a，
F=σ1-a[]1+b（bσ2+σ3）=σt（1a）
σ2≥σ1+aσ3[]1+a，
F′1[]1+b（σ1+bσ2）-aσ3=σt（1b）
式中：σ1、σ2和σ3分别为3个主应力；a=σt/σc为材料的拉压强度比；σt和σc分别为材料的拉伸强度和压缩强度；b为反应中间主应力效应的材料参数，也是反应不同强度理论的参数。
约束混凝土轴压承载力提高的原因在于混凝土在受压时产生侧向变形，随着荷载的不断增加，核心混凝土及夹层混凝土的侧向变形开始增大，而FRP及钢管限制了混凝土的膨胀，由于变形协调而产生了相互作用[8]。李帼昌等[8]及Feng等[11]的试验研究都表明，对于SCFC组合柱而言，当构件进入弹塑性阶段时，混凝土的侧向变形因为微裂缝发展而增大，FRP管处于环拉和径向受压的两向应力状态，外钢管处于轴压、环拉和径向受压的三向应力状态，内外的混凝土处于三向受压的应力状态。FRP环向拉力逐渐增大至FRP断裂强度而退出工作，此时，构件达到极限承载力，在此过程中，FRP有效约束了内层混凝土的变形。此后，钢管与混凝土发生应力重分布，钢管由主要承担竖向力转为承担环向力。同时，由于钢管、混凝土、FRP管之间的相互作用，导致随着含钢率的增加（即钢管厚度的增加），钢管的套箍作用增强，试件的承载力得到明显提升，也证明了内层混凝土的约束作用来自于FRP管及外钢管两部分。因此，对于SCFC而言：夹层混凝土受到外钢管的约束力po，而内层混凝土的约束力由两部分组成：一部分是FRP管对其的约束力pi和外钢管传递过来的约束力p′o。其受力模型如图1所示。
2.3混凝土应力分析
由于钢管和FRP的约束作用使得核心混凝土处于三向受压状态，而此时三向受压混凝土的强度相比于无约束混凝土的强度有明显的提高，因此，受钢管和FRP约束的混凝土的轴压承载力大大高于核心混凝土和钢管以及FRP各自的轴压承载力之和。在SCFC结构中，钢管和FRP的贡献主要体现在对混凝土的约束上，约束后的混凝土强度是影响钢管混凝土轴压承载力的决定性因素。
2.3.1外层混凝土应力分析
方钢管通过面积等效原则简化为圆钢管，其对核心混凝土产生约束作用，使其处于三向受力状态。对于夹层混凝土而言，除了钢管的约束作用，还受到内侧FRP的紧箍作用。假设外层混凝土受到内外均匀的约束力作用，取钢管和FRP约束中的较小值，此时，外层混凝土的应力状态为0>σ1=σ2>σ3，取σ1=po，混凝土处于三向受压状态，应用双剪统一强度理论，并用混凝土凝聚力c和内摩擦角φ表示为
3.2影响因素分析
为了更好地表征SCFC组合柱中钢管与FRP约束对承载力增益效果，定义轴压承载力提高系数η=N/N0，式中N为通过式（18）和（19）计算而得的承载力值，N0为不考虑钢管和FRP约束作用时钢管与混凝土承载力之和。
3.2.1材料配置参数的影响
试验研究表明，影响SCFC组合柱承载力的主要因素为：含钢率As/Ac、FRP与钢管的相对配置率β=Af/As和FRP管的径厚比d/tf。对文献[10]中构件在截面尺寸不变的情况下，变化材料参数，研究各参数变化对于承载力提高系数的影响。
1）含钢率As/Ac，即钢管截面面积与混凝土截面面积之比。在SCFC组合柱截面大小与内部配置的FRP大小一定时，组合柱承载力提高系数随着含钢率的变化如图4所示。随着钢管厚度增大，构件含钢率变大，承载力提高系数变大，说明含钢率越大，钢管对内部混凝土的约束作用越明显，且截面宽度较小时含钢率的变大导致承载力的增益效果更明显，这与文献[1011]的试验结论是一致的。
2）FRP与钢管的相对配置率β=Af/As，FRP截面面积与钢管截面面积比。在含钢率不变的情况下，组合柱承载力提高系数随相对配置率的变化如图5所示，对于含钢率相同的构件，相对配置率越大，FRP所占比重越大，相应的承载力提高越多，这是由于在构件轴心受压时，FRP对核心混凝土的约束作用会随着FRP层数的增加，即Af/As的增加而增加。
3）FRP管的径厚比d/tf，即FRP管直径与厚度的比值。在含钢率不变的情况下，组合柱承载力提高系数随FRP管径厚比的变化如图6所示，随着径厚比的增大，承载力提高系数降低。径厚比的增大可以表现为FRP厚度相同时，其直径增大。由式（5）可知，直径增大将导致约束效果降低，从而导致承载力增益效果下降。
3.2.4内FRP管参数的影响
在含钢率与β不变的情况下，通过变化参数，得到了承载力提高系数与内FRP径厚比、内外管直径边长比d/D的关系，如图7和图8所示。由图7可以看出，含钢率不变的情况下，随着FRP径厚比的变大，承载力提高系数先增加后减小，存在最优值。此外，由图8可知，内FRP直径d为0.65D～0.75D，轴压承载力增益效果较好。
4结论
1）将内置FRP约束混凝土的方钢管混凝土组合柱（SCFC）分为外钢管、外层混凝土、FRP管以及内层混凝土4个部分，考虑外钢管与FRP的双重约束效果，采用双剪统一理论分析了构件的应力状态，得到了轴压承载力计算公式，对比了文献中的试验数据，具有较好的精度。
2）含钢率As/Ac、FRP与钢管的相对配置率β=Af/As和FRP管的径厚比d/tf都对SCFC轴压承载力提高系数的具有一定的影响，随着含钢率的增加、β的提高以及胶癖鹊募跣。SCFC轴压承载力提高系数都有一定程度提高。
3）内FRP直径d为0.65D～0.75D时，轴压承载力增益效果较好。
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关键词：裕达国贸酒店多功能会议中心，箱型柱柱芯浇灌混凝土，顶升施工工艺，顶升压力计算
一、概况：
裕达国贸多功能会议中心工程，地上9层，平面35m*64m,共39根箱型钢柱，截面尺寸为760*760、700*700、800*800三种，箱型柱钢板厚度为36mm。GKZ1~GKZ8、GKZ12、GKZ16、GKZ21、GKZ25、GKZ29~GKZ31柱内全部浇注混凝土，高度为53.47米，其他钢柱内浇注混凝土高度12.57~22.17米不等。柱内最大灌注混凝土量为35m3。
二、施工方法
钢柱在1米标高位置位置开孔直径为Φ150圆孔，并焊接带单向阀的混凝土输送管，利用混凝土泵的压力将混凝土自下而上挤压顶升灌入箱型柱内，直至注满整根箱型柱混凝土柱。每根钢柱都一次顶升至顶。
工艺流程图如下：
三、施工操作要点
1、现场加工制作单向阀。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。单向阀由DN125mm，5mm厚的混凝土输送弯管（R=500mm）及8mm厚的Q345钢板共同加工而成。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。
2、在标高为1米位置，箱型柱开一Φ150mm圆孔，以清除柱内积水、杂物及焊接单向阀。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。
3、 焊接单向阀，单向阀伸进箱型柱内的位置见图中所示。单向阀的盖板与水平方向的夹角宜为600～700，可通过伸出铰链背后的钢板调节固定。
4、用套箍连接截止阀，在截止阀与混凝土泵间布置混凝土输送管。
5、浇筑前，要计算好单根柱混凝土量，待所需混凝土运送到施工现场后方可进行顶升，防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。同时，及时做好混凝土坍落度的检测。
6、混凝土输送管与截止阀连接前，泵送砂浆用以润滑输送管道，并把该部分砂浆清除干净后再进行柱芯混凝土的浇筑。
7、混凝土顶升至设计标高后，应及时停泵，并进行数次回抽，若柱顶混凝土面无明显回落，方可拆除混凝土输送管。
8、完毕30min后，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇柱顶混凝土。
9、混凝土养护7天后，将柱底单向阀外露部分割去，并焊接封口钢板。
四、材料机具设备
1、单向阀的钢材均为8mm厚及20mm厚的Q345钢板。
2、泵送混凝土的配合比设计，应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）和《预拌混凝土生产施工技术规程》（DBJ13-42-2002）的规定。
对混凝土要求：混凝土要具有良好的可泵性，即坍落度大，和易性好、不泌水、不离析、自密性好；初凝时间必须满足每根钢柱混凝土顶升后，混凝土仍具有足够的和易性，本次配合比设计要求初凝时间不小于6小时，终凝时间不小于8小时。混凝土坍落度控制在200mm~220mm之间。
3、机具设备选择：
泵车选择：柱内砼压力：λH=24*53.47=1283KN/m2=1.28Mpa。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。水平管60米，损失压力0.3Mpa。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。垂直高度53.47米，由于水平加劲板的阻隔作用，混凝土在柱内并不是整体上移，而是从柱中心不断上翻，预计其阻力要比在泵管内要大，因此考虑其损失压力0.8 Mpa。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。每个90°弯头降压0.1 Mpa，共计2个弯头，共损失0.2 Mpa。管路截止阀一个，降压0.8 Mpa。附属于泵车的压力损失约3 Mpa。每个水平加劲肋考虑降压0.1 Mpa，共10个，损失1 Mpa。
以上合计：7.38 Mpa，选用HBT80C-1818D地泵,理论最大输出压力为18Mpa，满足需要。
其他施工机具有混凝土搅拌运输车、输送管、单向阀、截止阀、铁锹、试件制作器具、电焊机、对讲机等。
五、劳动组织
各工种人员配备如下：
混凝土输送车司机 ，4人；泵机操作工，2人；接管工，4人；电焊工，2人；混凝土工，4人；试验员，1人；指挥人员，2人；
六、安全措施
1、施工作业人员必须了解和掌握本工艺的技术操作要领，特殊工种（如输送泵操作人员、电焊工等）应持证上岗。
2、混凝土浇筑前，应对单向阀、截止阀、输送管的布管及接头等进行检查，混凝土输送泵进行试运转正常后方可开机工作。
3、在混凝土浇筑过程中，截止阀旁严禁站人。
参考文献：《施工手册（第四版）》
论文关键词：方钢管混凝土柱,长细比,有限元
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
C50
【关键词】钢管混凝土结构;建筑;性能
0.前言
国外最早应用型钢混凝土结构,主要是用混凝土来保护钢结构,使之防火性能及防腐蚀性能得到大大改善,不必要进行经常性的、工作量很大的日常维护。后来在结构中才主要利用混凝土来提高结构刚度,以减小结构的侧移。将型钢混凝土用于高层、超高层及高耸钢结构中,以及用于地震区的建筑中,将使建(构)筑物的侧移大大减小。一般在混凝土中再不配纵向钢筋与钢箍。所用钢管一般为薄壁圆钢管或方钢管。方钢管混凝土结构的研究与应用历史较短,尽管其与圆钢管混凝土相比有一定的优点,钢管的制作,节点的构造较为简单,对某些受力构件,大偏心受压构件比圆钢管受力性能要好,不必一定做成双肢或多肢柱。
1.钢管混凝土结构计算模型假设
对于实心钢管混凝土的研究，国内有学者提出钢管混凝土统一理论，即将钢和混凝土视为一种组合材料来研究其综合力学性能。
钢管混凝土统一理论有如下基本假设：
(1)钢管混凝土可视为一种组合材料。可以由构件的工作曲线来研究其组合力学性能指标，由整个构件的形常数来计算其承载力。
(2)钢管混凝土构件在不同荷载组合作用下的性能变化是连续、统一的。
(3)钢管混凝土构件的性能随几何参数如长细比、含钢率等的变化是连续、统一的。
(4)钢管混凝土构件的性能变化随其截面形状如圆形、多边形、方形的改变是连续、统一的。
根据这些假设，统一理论研究的基本思路是：首先分别确定钢材和核心混凝土的应力－应变关系模型，再将应力—应变关系模型编入数值计算的程序当中，利用数值分析方法计算出构件受轴压（拉）、纯弯、纯扭或纯剪的荷载－变形关系曲线，进而由荷载－变形关系曲线导出钢管混凝土各项综合力学性能指标（如轴压模量及强度指标，抗弯刚度及抗弯模量等）。由于计算时采用的核心混凝土的应力－应变关系模型中考虑了钢材对混凝土的约束作用，所以在综合荷载－变形关系中也就包含了这种作用效应，因而在各项综合力学性能指标中也包含了这种效应，比较符合实际应用。
2.钢管混凝土结构的优点
2.1受力合理
能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。
2.2具有良好的塑性性能
混凝土是脆性材料,混凝土的破坏具有明显的脆性性质,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。而钢管混凝土结构中,由于核心混凝土是处于三向约束状态,约束混凝土与普通混凝土不同,不仅改善了使用阶段的弹性性质,而且在破坏时产生很大的塑性变形,钢管混凝土柱的破坏,完全没有脆性特征,属于塑性破坏。此外,这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。
2.3施工简单,缩短工期
钢管本身就是模板,因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。
2.4显著的经济效果
与钢结构相比,节约了大量钢材。根据多项工程统计,钢管混凝土大约能节省钢材50%,因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用,因此其取得了显著的经济效果。
2.5良好的抗震性能
由于结构自重大大减轻,这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性,这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。
2.6具有美好的造型与最小的受风面积
圆形柱不仅以其美好的造型而且因其无棱角,所以特别适用于公共建筑的门厅、大厅、车站\车库、城市立交桥以及露天塔架等高耸结构。
由于钢管混凝土结构具有一系列的优点,因此被广泛采用于多高层建筑、桥梁结构、地铁车站及各种重型、大跨的工业厂房以及高耸塔架等建筑物。钢管混凝土结构在国外应用已有近百年历史,20世纪初,美国就在一些单层和多层房屋中采用钢管混凝土柱。
3.钢管混凝土结构在多层建筑中的应用
例如1984年在上海建成的基础公司特种基础研究所科研楼,地下2层,地上5层均为双跨钢管混凝土框架结构。边柱与中柱分别为299与35l根钢管混凝土柱,可见柱断面及结构占地面积均比钢筋混凝土框架柱为小。1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层\地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期,并且如果采用钢筋混凝土,柱断面尤其是底下数层柱的断面将会很大,结构占据了很大的使用面积,也给使用带来诸多不便。
4.钢管混凝土结构在公共建筑中的应用
在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。首钢陶楼展览馆,全部柱子也采用了钢管混凝土柱。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。
5.钢管混凝土结构在工业构筑物中的应用
钢管混凝土结构经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种工业构筑物中。
工业构筑物支架柱常为轴心受压或接近轴心受压,塔架等构架的杆件常常以轴力为主,因此用钢管混凝土柱受力合理,尤其对于室外的高度较高的塔架或仓库等,用圆形柱减小了受风面积,对承受风力是理想的断面形式。这些构筑物中比较典型的有江西德兴铜矿矿石贮仓柱。圆筒贮仓高达42m,包括矿石在内总重达16000t,采用了16根钢管混凝土柱支承。荆门热电厂锅炉构架1982年建成,锅炉及附属结构总重为4220t,构架高50m,由六根钢管混凝土平腹杆双肢柱支承。构架跨度22.4m,柱距12m,柱顶标高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的钢管,显得非常轻巧。另外笔者在莱钢2x60万吨水渣微粉项目中，立磨机框架高度52m，框架顶部工艺安置一台50吨行车，框架柱采用了钢管混凝土框架柱结构，较好解决整体框架结构顶部受力过大的问题。
华北电管局的微波塔于1988年建成,塔顶标高117m,塔身由20根令273mmX8mm无缝钢管内注C15混凝土的钢管辊凝土柱构成空心圆柱形结构。华东电力设计院1979年设计的500kV门式变电构架采用钢管混凝土A形柱,构架高27.5m,采用420mmX6mm的钢管,取得较好的经济效果。
6.结论
由于钢管混凝土的合理受力性能,施工简便,可加速工期并取得一定经济效果,因此已广泛用于各种建构筑物及桥梁工程。当然,根据其受力特点,主要用于以轴力为主尤其是以轴压为主的构件更显其优越性。由于工程中各种类型构件均有,受力复杂,因此使用时应根据构件受力特点,可与钢结构/钢筋混凝土结构及其他组合结构结合使用,使各自发挥本身的特长而构成合理受力结构,而不可勉强地一定采用某种单一的结构体系。
【参考文献】
［1］李俊峰.浅谈钢管混凝土结构的应用与优缺点.宝钢科技,2001,9(27).
关键词：工业厂房 钢管混凝土柱 牛腿 节点
中图分类号：TU746.3 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-028-02
1 引言
钢管混凝土结构是将混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，近些年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，钢管混凝土已被越来越广泛的应用在单层或多层工业厂房、各种构架柱、栈桥柱、大跨和空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁结构中。
钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以承受轴向压力和偏心较小的轴向力为主，在单层和多层工业厂房的设计中应用钢管混凝土结构有其突出的优点。
80年代初，在多层工业厂房中开始应用钢管混凝土柱。1982年建成的上海三十一棉纺厂，该多层工业厂房采用钢管混凝土框架柱，与钢筋混凝土柱相比，具有柱子截面小，施工速度快、劳动强度低等优点。在试点工程中可以达到节约水泥50%左右，施工中可节省全部模板，用钢量增加15%左右；与钢结构柱相比，钢材节约十分显著。该工程施工场地狭小吊装困难，采用钢管混凝土柱，工程施工周期提前了二个月，由此获得经济效益近40万元（厂房总投资只有35万元） 。
3 厂房钢管混凝土柱的牛腿和柱脚
对于厂房钢管混凝土组合柱的牛腿构造，目前实际工程中是将钢管开槽，插入肩梁并将其与管壁施焊，最终肩梁与管内混凝土浇成整体（如图2、图3所示）。肩梁可分为单肩梁和双肩梁二种。单肩梁传力直接、施焊方便、节省材料，应尽可能采用单肩梁。由于管壁较薄，肩梁与管壁的焊缝较小，焊缝计算长度又不得大于60倍焊缝高度，因此，吊车反力除靠焊缝传递外，还应靠肩梁与核心混凝土的局部承压传递。为了保证肩梁与管壁的焊缝，在肩梁范围内应把钢管管壁加厚（一般取6mm）。
4 厂房钢管混凝土柱节点
在厂房结构中，节点的设计尤为重要。节点作为传力枢纽，在设计时应注意将水平构件的荷载传递至钢管混凝土柱的整个截面上，尽量避免只传递至钢管管壁。在框架节点中有内加强环和外加强环两种连接方式传递梁端正负弯矩产生的拉力。为了保证牛腿与钢管柱地可靠连接，可将肩梁插板穿过钢管柱与外壁焊接，以承受梁端的全部剪力。工程实践表明，以这种方式设计的节点传力明确，构造简单，施工方便，符合安全可靠的设计要求。
5 工程实例
上海重型机器厂重型粗加工车间东西向总长266m，跨度36m。柱距有9.5m、12m、14.5m、19m。36m跨度内布置双层吊车，上层350t（A6）、250t（A6）桥式起重机各一台，轨顶标高为20m；下层50t（A5）桥式起重机两台和一台32t（A5）桥式起重机，轨顶标高为14m。厂房结构形式为“钢管混凝土格构柱+实腹钢梁”的单层钢框架结构。因车间内布置双层吊车，且大吨位在上层，所以将钢管混凝土柱设计成两阶柱，第一阶柱直接延伸到上层吊车梁下翼缘标高处，用以承受吊车梁传来的吊车竖向荷载。下层吊车吨位相对较小，因此设计成由内柱肢悬挑出牛腿，以承受下层吊车竖向荷载。下柱截面形式采用四肢柱，柱截面高度为2.3m，肢宽为1m，采用直径为402mm，钢管厚度为10mm的螺旋焊接管；上柱采用焊接H型钢450mm00mmmmmm。屋面梁采用焊接H型钢与柱刚接，以减小柱子的侧向位移。屋面围护结构采用高频焊接H型钢檩条加单层彩钢板。钢管混凝土柱肢直接插入基础杯口，因钢管混凝土柱承受的水平荷载较大，插入深度取4倍管径。柱脚留有顶升式浇筑混凝土的法兰连接管，而在肩梁处均留有排气孔。肩梁由上下翼缘、腹板与柱肢剖口焊缝连接。
6 主要技术经济分析
与已建成的厂房高度相近且吊车吨位类似的全钢结构大型工业厂房相比，可以发现采用钢管混凝土结构有很大的优越性。沪东造船厂船体装焊车间排架柱用钢量仅为62.3kg/m2，比采用钢格构柱节省近50%，工程造价减少500多万，而且大大缩短了工期。
7 结论
（1）在单层和多层工业厂房中应用钢管混凝土柱，由于核心混凝土的作用，其比钢管柱的横向刚度和强度提高，柱截面用钢量减少50%，承载力约提高10%。由于钢管为曲面，柱顶及肩梁构造比钢结构柱复杂，施工难度大，用钢量也多；比钢结构柱的柱脚简单，施工方便，用钢量也少。
（2）钢管混凝土柱应用于重型或特重型单层工业厂房，能充分发挥结构承压能力高、刚度大及抗震性能好的特点，承压愈大，经济效果愈明显。此外，使用钢管混凝土柱还可以减少柱的用钢量及自重，减少焊接工作量，节省大量的焊接材料，缩短制造工期。
（3）由于钢管混凝土柱的工作性能完全满足厂房结构设计的要求，有进一步研究和推广应用的价值。
参考文献：
[1] 韩林海.钢管混凝土结构[M].北京：科学出版社，2007：31-32.
[2] 刘香，胡长威，王亚杰.钢管混凝土柱和型钢柱在工业厂房中应用对比[J].山西建筑，2012，38（5）：39-40.
[3] 李先德.钢管混凝土结构在建筑工程中的应用[D].山东：山东大学，2007：16-17.
[4] 沈希明，汤关柞，招炳泉.钢管混凝土工业厂房柱设计[J].建筑结构学报，1982（1）：34-37.
关键词 方钢管混凝土 节点 受力性能 研究现状
在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上，经过长期的演变得到了钢管混凝土这种新型建筑结构形式，按照其截面形式的不同，可以划分为矩形钢管混凝土、方钢管混凝土、圆钢管混凝土及多边形钢管混凝土。关于圆钢管混凝土的力学性能和应用的研究已经非常多，而且我国在这一领域也取得了大量的研究成果。对于方钢管混凝土的研究开始的较晚，20世纪60年代以来，人们才逐渐开始对方钢管混凝土进行研究。以往关于方钢管混凝土的研究，大部分是对方钢管混凝土构件的受力性能进行研究，有关梁柱节点的研究相对较少，而且，大部分研究都是以试验研究为主。
1.国外方钢管混凝土梁柱节点研究现状
国外关于方钢管混凝土梁柱节点的研究比国内的要早，最早对方钢管混凝土梁柱节点进行研究的两个国家是日本和美国。在1970年CIDECF就以表格的形式发表了Neogi等关于钢管混凝土柱的试验结果，并提出了一种新型的节点构造形式，这种节点构造形式通过支托角钢将剪力传递给钢管壁，钢管壁通过与内部混凝土之间的相互摩擦将剪力又传递给混凝土。
1974年P.Ansourian[4]进行了方钢管混凝土柱与工字钢梁焊接刚性节点的承载力试验研究，方钢管混凝土柱柱壁板和工字钢的梁端采用对接焊缝连接。根据荷载传递方式不同，节点形式可以分为两种：一种是靠钢梁翼缘板与柱板壁的对接焊缝来承担梁端弯矩；另一种是梁端弯矩以拉力的形式传递到柱的背面。试验数据表明后一种节点构造形式受力更加合理、承载力大，前一种连接形式破坏时为梁柱连接的对接焊缝破坏；
1985年Mastui根据试验数据提出了内隔板形式及贯通隔板形式的方钢管混凝土柱-宽翼缘钢梁节点的允许强度公式。在试验的试件设计过程中将梁柱设计的相对较强，这样在试验的过程中节点区和隔板将先发生屈服。试验结果表明，按照允许强度公式设计隔板时，节点的受力性能较好。
1987年，E.Dunbcrry等开始进行试验来研究方钢管混凝土梁柱节点的受力性能，通过改变相关参数对混凝土和钢管壁之间的滑移性能进行探讨。
1987年，Kanatani等人提出了一种螺栓连接节点，并对分离式T形连接、贯通式隔板连接和外隔板形式节点（如图l一5）进行了垂直荷载作用下的试验研究，首次对节点的平面外变形能力进行了研究。结果表明，隔板连接的节点的强度要远远小于分离式T形连接节点的强度。另外，还进行了周期性水平荷载作用下端板连接节点（如图6）的试验研究，通过和以上试件的试验进行对比，得到了如下结论：
（1） 分离式T形连接节点通过螺栓将梁中塑性弯矩传递给柱子，这种节点形式具有与隔板式连接节点同样的受力机理。
（2） 当钢管的宽厚比超过42时，最终的破坏形式为柱翼缘的局部屈曲破坏，此时，节点的受力性能与混凝土的强度等级及节点类型无关。
（3） 在分离式T形连接节点形式中，螺栓预应力会有一部分损失，但是对节点的工作性能没有影响。
（4）试验过程中，混凝土在较低的荷载作用下就开裂，但是其承载能力不会因此降低。
（5）对于分离式T形连接节点和端板连接节点而言，其有效节点区的等效高度是不同的。分离式T形连接节点的有效高度即为梁高；端板式连接节点的等效高度为外排螺栓之间的距离。
Oh，Y .S等人在1998年对带有穿过钢管的T形加劲构件的方钢管混凝土柱-钢梁节点进行了拟静力试验研究，试验数据表明，这种节点的水平力与水平位移的滞回曲线饱满、稳定。由此可以说明T形加劲构件的存在使得这种节点具有较好的延性。
2.方钢管混凝土梁柱节点在国内的研究现状
和国外的一些国家相比，国内对方钢管混凝土梁柱节点的研究起步较晚。同济大学对方钢管混凝土柱-钢梁节点进行了一系列探索性试验研究，在试验的过程中取方钢管混凝土柱的柱壁与钢梁一半焊接，模拟钢梁与柱的拉伸受力性能。通过十字形构件的静力拉伸试验，并借助于粘贴在梁翼缘、柱翼缘及内隔板上的应变片，通过应变片的读数分析节点核心域的受力机制。在试验过程中，由于低估了梁-柱连接区域的极限承载力，最终的破坏都是由于钢梁翼缘被拉断造成的。因此，本次试验得到的梁柱节点的极限承载力准确度不高。在屈服线理论的基础上，提出了方钢管混凝土柱-钢梁连接节点的受拉承载力计算公式。但是，由于忽略了轴压力对节点受力性能及节点域核心混凝土对隔板受力机制的影响，因此得到的极限承载力公式不能很好的反映节点的实际受力性能，还有待进行更多的试验研究和理论研究。
3.方钢管混凝土梁柱节点研究有待进一步解决的问题
尽管国内外的专家对方钢管混凝土梁柱节点有了很多研究，但还有需对问题需要进一步的探讨和研究。
（1）节点的整体刚度对节点受力性能的影响。节点对整个结构而言非常重要，整个结构的受力性能很大程度上受制节点的受力性能。节点的承载力和刚度是决定其力学性能很重要的两个指标。只有当这两个指标满足要求，才能满足我们结构设计的要求。节点的整体刚度对于改善结构的刚度和受力性能非常明显。
（2）进行方钢管混凝土梁柱节点的空间受力性能试验研究。以往的研究大部分是针对节点的平面受力性能，对节点的空间受力性能研究几乎还是一片空白，所以很有必要对节点的空间受力性能进行分析及研究。
4.结语
钢管混凝土作为一种组合结构形式，充分挖掘了钢管和混凝土的优点，具有塑性和韧性好、施工方便、承载力高、耐火性能好和经济效果好等特点。随着当今社会的快速发展，越来越多的高层建筑拔地而起，对于组合结构构件的应用也越来越多。但由于缺乏钢管混凝土梁柱节点受力性能的相应研究，大大限制了其应用。良好的节点形式应该受力合理、构造简单、施工方便等特点。但现有的钢管混凝土梁柱节点都存在一定的不足。因此对于钢管混凝土梁柱节点的研究是钢管混凝土研究领域一个非常紧迫的课题。
参考文献
[1] 钟善桐.高层钢管混凝土结构[M]哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1999
关键词：钢管约束型钢混凝土柱；温度；受力性能；有限元分析
中图分类号：TU375.3文献标志码：A文章编号：16744764（2017）03005809
Abstract：The temperature of the structural components without fire protection increases rapidly in fire， and it will result in significant？decline in the strength of steel and concrete. In order to investigate the mechanical performance of circular tubed steel reinforced concrete columns in high temperature， the effect of temperature on material properties and the asymmetry of temperature are analyzed， then the calculation method of bearing capacity of axial loading columns in fire is proposed. This method is verified by ABAQUS and good agreement is achieved. The parameters affecting the ultimate bearing capacity of columns in high temperature are studied using the method. The results show that the crosssection dimension and the strength of concrete and steel have significant effects on the ultimate bearing capacity， whilst the wall thickness of steel tube has little effect. The influences of load ratio， dimensions of specimen， and thickness of steel tube on the fire resistance are investigated by ABAQUS. It is shown that the crosssections dimensions have significant effects on the resistance. However， with increase of load ratio and wall thickness of steel tube， the fire resistance is decreased.
Keywords：steel tube reinforced concrete column； temperature； mechanical performance； finite element analysis
钢管约束混凝土柱（Steel Tube Reinforced Concrete Column）指的是在管内部填充混凝土，钢管主要对核心混凝土起约束作用而不直接承担竖向荷载的一种组合构件[1]。这种形式的构件使得钢材和混凝土的材料特性得到了充分利用，一方面，提高了构件的承载力和延性[2]；另一方面，钢材受拉性能和混凝土的抗压性能得到充分利用，最大限度地发挥了钢管对混凝土的约束作用[3]。另外，钢管本身可以直接作为永久模板，减少施工难度和模板用量，提高施工速度[4]。同时，由于把承受竖向荷载的型钢置于构件的内部，而外部钢管不承担竖向荷载，只利用其对混凝土的约束作用，火灾下型钢强度的强度损失更少，有利于提高构件和结构的抗火性能。
对于型钢混凝土柱的抗火性能，学者们进行了一些研究。Hass[5]利用试验研究和理论分析，研究了型钢混凝土柱的截面尺寸、柱的长度和火灾荷载比等参数对其耐火极限的影响规律。Yu等[6]对火灾下型钢混凝土柱力学性能的相关试验研究进行了报道，并采用有限元对试验进行了模拟，针对试验和参数分析的结果，给出了考虑长细比和荷载偏心率等参数影响的高温承载力简化计算公式。韩林海等[7]针对型钢混凝土构件温度场和耐火极限建立有限元模型，并在考虑不同参数影响的基础上，针对型钢混凝土柱耐火极限提出了简化计算公式。宋天诣等[8]考虑荷载偏心距、截面类型和火灾荷载比等参数的影响，进行了型钢混凝土柱耐火极限的试验研究。对于钢管约束混凝土柱抗火性能的研究，刘发起[9]进行了标准火灾作用下钢管约束钢筋混凝土柱足尺明火试验，对火灾作用下构件截面关键点温度、轴向变形C时间关系曲线以及耐火极限进行了实测，并得到了构件的破坏模式。对荷载比、含钢率、长细比、材料强度、截面尺寸和配筋率等因素对耐火极限的影响规律进行了分析，并提出了ISO834标准火灾作用下钢管约束钢筋混凝土柱承载力的简化计算方法。对于钢管约束型钢混凝土柱抗火性能研究的报道，文献[10]对其火灾下的温度分布进行了分析，而对于高温下受力性能的研究，目前尚未有详细报道，有待进一步研究。
笔者在考虑常温下计算方法的基础上，对火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能进行研究，提出处于ISO834标准火灾环境下的轴心受压钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法，并分析了构件截面尺寸、钢管厚度、混凝土强度和钢材强度对受力性能的影响，同时利用有限元对影响构件耐火极限的因素进行了参数分析。
1温度计算方法
火灾作用下钢管约束型钢混凝土柱中钢管、型钢和混凝土的温度是确定构件承载力的基础。宋柯岩等[10]对钢管约束型钢混凝土柱火灾下的温度分布进行了有限元模拟，研究了钢管厚度、截面尺寸、钢材类型和混凝土强度对构件温度分布的影响，笔者在其研究的基础上，通过数据拟合，提出了钢管约束型钢混凝土柱火灾下型钢温度的计算方法，并对已有的钢管温度和混凝土温度的计算方法进行了有限元验证。
1.1钢管温度
《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50936―2014）[11]给出了ISO834标准火灾作用下钢管的温度计算公式Ts=1 2001-111+t10.337+8.5ts0.996+14ts+20（1）式中：ts为钢管厚度，m；t为升温时间，h。
日本钢管混凝土结构设计与施工指南AIJ[12]建议的ISO834标准火灾作用下钢管温度的计算公式为Ts = 1 080-450e -0.8t-630e-3t + 20（2）采用GB 50936―2014和AIJ给出的钢管温度计算公式计算直径分别为300、500、800 mm的钢管约束型钢混凝土柱的钢管温度，并用ABAQUS有限元软件进行温度分析，分析方法和过程见文献[10]，对比结果如图1。可见，GB 50936―2014和AIJ的预测结果均与有限元结果比较接近，笔者采用GB 50936―2014的公式计算钢管的温度。
1.2型钢温度
由文献[10]参数分析可知，影响型钢温度的主要因素是构件截面尺寸。型钢升温主要由混凝土的热传导引起。有限元分析中发现翼缘边缘温度最高，从翼缘边缘到腹板中心温度逐渐降低，而型钢翼缘边缘温度和其周边混凝土温度的差值与翼缘边缘距混凝土中心的距离成二次函数关系，因此，可以根据翼缘边缘混凝土温度来计算型钢翼缘边缘的温度。文献[12]给出了混凝土内任一点温度的计算公式
式中：Ts为钢管温度，℃；x为该点距混凝土中心的距离，cm；Dc为核心混凝土的直径，cm。
在式（3）的基础上，利用分析得到的型钢上一点和其周边混凝土温度差值与翼缘边缘距混凝土中心距离的二次函数关系，得到型钢翼缘边缘温度的计算式
式中： X为翼缘边缘距混凝土中心的距离，cm，如图2所示。
型钢温度从翼缘边缘到腹板中心线性降低，因此，在计算型钢翼缘边缘温度公式的基础上，增加线性方程即可求得型钢其他部位的温度
式中： Y为计算点沿型钢到翼缘边缘的距离，cm。当计算点位于型钢翼缘时，Y为计算点沿翼缘到翼缘边缘的距离，如图2（a）所示；当测点位于型钢腹板时，Y=Y1+Y2，如图2（b）所示，其中Y1为翼缘宽度的一半，Y2为算点到翼缘和腹板连接处的距离。
1采用有限元软件ABAQUS对式（4）、（5）进行验证，图3为不同直径下翼缘端部温度的结果对比，图4表示直径为300 mm时型钢不同位置处温度结果对比。由结果对比可知，式（4）、（5）可以对型钢的温度进行较好地预测。
1.3混凝土温度
混凝土本身具有导热系数小和热容大的特性，且其内部温度分布不均匀。为了方便实际应用，考虑以等效温度作为标准来衡量整个混凝土截面的温度水平。可以根据高温下混凝土的抗压强度折减系数和混凝土的等效强度反算得到混凝土等效温度。高温下混凝土等效强度定义为：将混凝土截面划分为许多单元，各单元温度取其形心的温度，根据Lie[13]建议的高温下混凝土强度计算公式，计算得到每个单元混凝土在其温度下的强度，又已知每个单元的面积，则可得到整个截面的承载力，将整个截面的承载力除以全截面面积，得到高温下混凝土的等效强度。文献[13]给出了高温下混凝土的抗压强度折减系数与混凝土温度的关系。另一方面，也可以根据高温下混凝土的等效强度与常温下混凝土强度的比值得到该折减系数，将两种方法获得的高温下混凝土的抗压强度折减系数联立求解，即可确定混凝土的等效温度。刘发起[9]提出了火灾作用下钢管约束混凝土柱中混凝土等效温度的计算式
利用有限元软件计算不同受火时间下的钢管混凝土柱承载力，将承载力施加到混凝土温度均匀分布的模型上，按照相同荷载下位移相等的原则求得此时混凝土对应的温度，与式（6）的计算结果进行对比，见图5，可见式（6）与有限元计算结果吻合良好。
2高温下承载力的计算方法
2.2高温承载力计算方法
根据构件的受火时间，通过式（1）、式（5）和式（6）可以得到钢管、型钢的温度以及混凝土的等效温度，根据温度可得到高温下结构钢屈服强度折减系数和高温下混凝土抗压强度折减系数，进而可得到高温下钢管和型钢的屈服强度以及高温下混凝土的等效抗压强度。
高温下结构钢屈服强度折减系数[15]计算式为
2.3有限元模型验证
目前尚未有针对钢管约束型钢混凝土柱抗火性能的试验研究报道，因此，用常温下钢管约束型钢混凝土柱受力性能试验对有限元模型进行验证。利用有限元软件ABAQUS建立分析模型，钢管、型钢和混凝土采用结构化网格划分，钢管和型钢因为厚度较小，采用四边形线性减缩积分壳单元（S4R），混凝土部分采用实体单元（C3D8R）。型钢与混凝土之间通过内置区域（Embed）来考虑其相互作用，通过定义接触（interaction）来考虑钢管对混凝土的约束作用，法向方向钢管与混凝土之间采用硬接触，当界面之间为压力时则完全传递压力，当界面之间出现拉力时则允许两者分离，钢管和混凝土之间切向的粘结滑移采用库伦摩擦模型来模拟。模型分析结果与文献[16]中直径分别为200和240 mm的构件试验结果对比如图6所示，两者吻合良好，说明有限元模型有良好的适用性。
利用上述建模方法建立高温下承载力分析模型，柱直径D为300 mm，钢管壁厚ts为3 mm，型钢采用HM200×150，长度L为900 mm，型钢屈服强度fy为285.4 N/mm2，钢管屈服强度fb为291 N/mm2，混凝土立方体抗压强度fcu为73.2 N/mm2。钢材的高温下应力C应变模型采用EN199312：2005[17]的模型，混凝土采用Lie[13]的混凝土高温应力C应变关系模型。单元划分与文献[10]中单元划分相同，如图7所示，以便于温度场的导入。
采用式（12）～（16）对ISO834标准火灾作用下的轴心受压钢管约束型钢混凝土柱的强度承载力进行计算。公式和有限元结果对比如图8所示。ISO834标准火灾作用下，计算公式结果与有限元结果均吻合很好（ISO834标准火灾作用下的混凝土温度须考虑混凝土温度不均匀系数[9]），说明公式可以较好地预测ISO834标准火灾作用下钢管约束型钢混凝土构件的强度承载力。
3火灾下构件承载力参数分析
由式（11）～（15）可知，影响火灾下钢管约束型钢混凝土柱受力性能的因素包括构件截面尺寸、钢管厚度、混凝土强度和钢材强度，采用笔者提出的计算方法分析上述因素对构件受力性能的影响，具体参数如表1所示。
3.1构件截面尺寸
在保证长径比恒定，含钢率不变的情况下分别取截面直径D为250、300、350、400 mm的构件进行承载力计算。由图9（a）可以看出，随着构件直径的增大，其承载力逐渐增大。在0～0.5 h内，直径越大，其承载力降低速度越大，0.5 h以后，不同直径构件的承载力下降速度基本相同，相比0～0.5 h趋于平缓。这主要是因为钢管在0.5 h内温度可以达到800 ℃以上，其对混凝土的约束作用迅速降低，因而此阶段承载力变化速度最快。
3.2钢管厚度
在混凝土直径和内部型钢尺寸不变的情况下改变钢管的厚度，承载力计算结果如图9（b）所示。可以发现，常温下增加钢管厚度可以提高构件的承载力，但是随着受火时间的增加，钢管厚度对承载力的影响逐渐降低，受火1 h后，不同钢管厚度的柱的承载力相同。原因是常温下随着钢管厚度的增加，其对核心混凝土的约束作用越好，进而提高构件承载力。受火时，随着钢管温度的增加，其对混凝土的约束作用逐步丧失，因而不同钢管厚度的构件其承载力逐渐趋于相同。
3.3混凝土强度
利用公式对采用不同强度混凝土的柱进行火灾下承载力计算，结果如图10（a）所示。由图10（a）可见，提高混凝土强度有利于提高构件的承载力，且不同混凝土强度的柱在火灾下的承载力降低趋势相同，承载力的差值随受火时间的增加而逐渐减小。
3.4钢材强度
将钢管分别采用Q235、Q460、Q690钢材的钢管约束型钢混凝土柱进行火灾下承载力计算，结果如图10（b）。由图10（b）可见，钢材强度越高构件在火灾下承载力越高。随着受火时间的增加，采用不同强度钢材的钢管构件承载力差值逐渐减小。
4耐火极限分析
构件在标准升温火灾条件下失去完整性、稳定性或绝热性所用的时间为建筑结构构件的耐火极限，一般以小时（h）计[15]。对于钢管约束型钢混凝土柱，根据《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》（GB/T 9978.1―2008）规定，当构件轴向变形达到L/100 mm或构件的轴向变形速率达到0003L mm/min（L为柱长，mm），认为其达到耐火极限。可能影响火灾下钢管约束型钢混凝土柱耐火极限的因素包括荷载比、构件截面尺寸、钢管厚度等，考虑上述因素对构件耐火极限的影响，建立有限元软件ABAQUS进行分析，具体参数如表2所示。
4.1荷载比
利用ABAQUS有限元软件对长细比为3，壁厚为3 mm的钢管约束型钢混凝土柱进行耐火极限分析，结果见图11（a）。从图中可见，柱的耐火极限受荷载比的影响较大，其随着荷载比的增大而明显降低，且大直径的柱受荷载比影响更严重。这主要是因为高温下钢管对混凝土的约束作用大大减小，导致混凝土抗压承载力大幅度降低，柱的承载力也远低于室温下，荷载比越大，施加在柱上的力越大，因而耐火极限也越短。
4.2截面尺寸
在保持长细比恒定，含钢率不变的情况下分别取截面直径D为250、300、350、400 mm的构件进行耐火极限分析，结果如图11（b）所示。从图中可见，荷载比较小时，随着截面尺寸的增大，柱的耐火极限逐渐增加，当荷载比较大时，由于柱本身在常温下就处于较高的应力水平，导致耐火极限很小，此时截面尺寸对耐火极限的影响不明显。
4.3钢管壁厚
在保证长细比、型钢含钢率不变的情况下改变构件中钢管的厚度，其对耐火极限的影响如图11（c）所示。在确定荷载比下，随着壁厚的增加，柱的耐火极限逐渐降低。主要原因是，常温下约束混凝土的强度随钢管厚度的增加而增加，而在火灾下，钢管温度迅速升高而强度降低，导致其对混凝土的约束作用大大减弱。钢管越厚，混凝土强度的损失相比常温下越多，而荷载比不变，则耐火极限越短。
5结论
通^理论分析和有限元模拟，对火灾下轴心受压钢管约束型钢混凝土柱的温度分布和极限承载力进行了研究，探究了构件受力性能受截面尺寸、钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等因素的影响，同时采用有限元软件对荷载比、构件截面尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响进行了分析，得出以下结论：
1）提出的火灾下钢管约束型钢混凝土柱型钢的温度计算方法可以准确地进行温度计算。
2）考虑温度对材料力学性能的影响后，常温下钢管约束型钢混凝土柱的极限承载力计算方法可以延伸到高温下使用。
3）火灾下轴心受压钢管约束型钢混凝土柱的承载力随着构件截面尺寸、混凝土强度和钢材强度的增加而逐渐增加，但钢管壁厚的改变对于承载力并无太大影响。
4）钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限受荷载比的影响很大，构件的耐火极限随着荷载比的增加而大幅度下降。当荷载比较小时，耐火极限随着钢管壁厚的增加而减小，随着柱直径的增加而增加；当荷载比较大时，钢管壁厚和构件直径对耐火极限的影响很小。
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课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、工程应用价值
题目:格构式钢管混凝土柱的耐火性能分析
课题来源：
研究人从事炼钢厂房，连铸厂房以及与钢铁行业相关的工艺平台，管道支架等的结构设计。在设计过程中经常遇见采用格构式钢管混凝土柱的工程；而一方面行业内对钢结构组合结构有防火要求，另一方面钢铁厂相比其他工业厂房更容易发生火灾，因此本研究拟以格构式钢管混凝土柱升温与降温受火性能研究为方向，考察破坏形态及其受火极限状态。
选题依据和背景情况：
钢管混凝土作为一种新型的组合结构，是在钢管内部填加混凝土材料而构成一种新型的构件。钢管混凝土一般简写为 CFST（concrete filled steel tubular），其横截面的布置各有不同，按照形状可以分为圆钢管、矩形钢管、和多边形钢管混凝土。 钢管混凝土构件中的两种组成材料在外荷载作用下发生相互作用，其中最主要的作用为钢管内部核心的混凝土受到来自钢管的套箍作用，而处于三向应力状态，使混凝土的强度、塑性等力学性能得到了提高。同时，混凝土的存在，又可避免或延缓钢管容易发生局部屈曲的特性，从而能够发挥钢材的材料强度。钢管混凝土构件具有比钢管和混凝土简单叠加后更高的抗压能力以及良好的塑性、韧性和抗震性能。 此外，钢管混凝土还有延性好，抗压强度高，比钢结构具有更好的抗火性能和更好的抗震性能。在施工中，外套钢管可起到模板的作用，便于直接浇筑混凝土，加快施工进度。综上所述，钢管混凝土构件中钢管和混凝土取长补短，使钢管混凝土构件具有强度高、耐疲劳、抗冲击、延性好、抗震、抗火和便于施工等良好性能
二、文献综述
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三、研究内容
四、研究基础
1．所需工程技术、研究条件
本科硕士阶段所学习的课程：钢结构基本原理与设计、组合结构设计、结构抗火设计、
有限单元法。
关键词：有限元 加强环板式节点 仿真分析 型钢骨架
中图分类号：TP文献标识码： A 文章编号：
本次仿真分析以某车站大型空间框架结构为背景，采用有限元软件MIDAS CIVIL建立空间板梁模型，进行整体分析，进而选取典型节点，采用板单元和实体单元建立有限元模型，进行局部分析。选取节点纵、横梁采用型钢混凝土结构，立柱采用钢管混凝土结构。纵、横梁在立柱节点处梁高3.0m，中部梁高2.5m，采用C60混凝土；立柱节点处直径2.0m，采用C50混凝土。
图1-1 MIDAS空间板梁结构整体模型
1.1有限元仿真
节点细部计算采用大型有限元分析软件ANSYS进行局部分析。建模时混凝土采用SOLID65单元模拟，钢筋采用LINK8单元模拟，纵横梁钢骨架和立柱钢管采用SHELL181单元模拟。纵、横梁混凝土采用C60，立柱混凝土采用C50，普通钢筋采用HRB335，纵、横梁和立柱型钢骨架采用Q345，混凝土材料采用多线性等向强化模型MISO，钢材采用双线性等向强化模型BISO。型钢骨架部分，纵横梁上下翼缘板厚50mm，纵横梁腹板板厚40mm，立柱钢管壁厚50mm，上下加强环板厚50mm，钢管内部环向加劲肋厚40mm，节点纵向加劲肋板厚30mm。建立有限元模型如图1-2所示。
图1-2(a)节点有限元模型 图1-2(b)刚性骨架有限元模型
图1-2(c)节点钢筋有限元模型 图1-2(d)节点内部结构细部图
钢筋混凝土有限元模型采用分离式结构，不考虑钢筋和混凝土之间的相对滑移，通过共有相同节点来实现相互之间的连接；纵、横梁型钢骨架上下翼缘设置剪力钉，来实现型钢骨架和混凝土之间力的传递，模型中通过型钢骨架和混凝用节点来模拟；立柱钢管在节点内部设置加劲板，混凝土受立柱环箍效应，处于三向受压状态，因此，不考虑混凝土和钢管之间的相对滑移；纵横梁纵向受力钢筋焊接在上下环板上，有限元模型通过CP命令，建立耦合方程，实现钢筋和环板之间的连接。
1.2模型分析
由于结构的多线列车活载的特殊性，工程在结构检算时，采用荷载包络设计的思路，简化组合类型。结构检算主要是在主力包络或主+附包络状态下进行。Midas提取荷载组合内力见表1-1所示。
方便施加荷载描述，将荷载工况进行如下定义：
工况一：主力包络最小荷载组合； 工况二：主力包络最大荷载组合；
工况三：主+附包络最小荷载组合；工况四：主+附包络最大荷载组合；
表1-1MIDAS单元内力提取
图1-3 MIDAS单元内力提取标示图1-4 ANSYS有限元模型边界
1.3结论
采用ANSYS对立柱节点在主力包络最小荷载工况、主力包络最大荷载工况和主+附包络最小荷载工况、主+附包络最大荷载工况作用下，进行有限元非线性分析计算，提取工况1、工况2、工况3、工况4作用下纵横梁混凝土轴向压应力、纵横梁钢筋轴向应力、纵横梁型钢Von-Mises应力、立柱混凝土轴向压应力、立柱钢管Von-Mises应力和节点上下加强环板Von-Mises应力。具体各个工况下结构的应力见表1-2所示。
表1-2各个荷载工况组合结构各部分应力提取结果汇总 （单位：MPa）
根据计算分析结果，对结构的安全性做出评价，主要结论如下：
通过分析立柱节点在工况1、工况2、工况3和工况4荷载组合作用下结构的应力，纵横梁混凝土最大压应力为20Mpa；纵横梁型钢骨架最大Von-Mises应力为154Mpa；纵横梁纵向受力钢筋最大轴向应力为114Mpa；立柱混凝土最大轴向压应力为13Mpa；立柱钢管最大Von-Mises应力为179Mpa；节点上下加强环板最大Von-Mises应力为113Mpa，因此，该立柱结构节点安全性可以得到保证；
立柱节点在四个荷载工况作用下的分析表明：结构在工况3和工况4荷载组合作用下，即主+附包络荷载组合作用下，结构的整体应力水平和最大应力水平均比工况1和工况2荷载组合作用下结构的整体应力水平和最大应力水平高，说明立柱节点结构的安全性设计主要由工况3和工况4控制；
在工况4荷载组合作用下，纵梁杆件312257为拉杆，造成纵梁结构在节点根部斜截面出现开裂，横梁杆件305962轴向压力433kN，在弯矩作用下，造成横梁结构在节点根部斜截面出现开裂；混凝土斜截面开裂，使得纵横梁型钢腹板应力增大，在工况4荷载组合作用下，纵梁型钢腹板最大Von-Mises应力为154Mpa。
在工况3和工况4荷载组合作用下，立柱节点根部应力偏大，最大Von-Mises应力达到179Mpa，建议钢管内部环板加密，使钢管应力更加均匀。
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【关键词】钢筋混凝土；立柱；通病
钢筋混凝土柱按配筋方式分为普通钢箍柱、螺旋形钢箍柱和劲性钢筋柱。普通钢箍柱适用于各种截面形状的柱是基本的、主要的类型，普通钢箍用以约束纵向钢筋的横向变位。螺旋形钢箍柱可以提高构件的承载能力，柱载面一般是圆形或多边形。劲性钢筋混凝土柱在柱的内部或外部配置型钢，型钢分担很大一部分荷载，用钢量大，但可减小柱的断面和提高柱的刚度；在未浇灌混凝土前，柱的型钢骨架可以承受施工荷载和减少模板支撑用材。用钢管作外壳，内浇混凝土的钢管混凝土柱，是劲性钢筋柱的另一种形式。
一、常见柱质量通病原因分析
（1）混凝土强度偏低，匀质性差，低于同等级的混凝土梁板，主要原因是随意改变配合比，水灰比大，坍落度大；搅拌不充分均匀；振捣不均匀；过早拆模，养护不到位，早期脱水表面疏松。（2）混凝土柱“软顶”现象，柱顶部砂浆多，石子少，表面疏松、裂缝。其主要原因是：混凝土水灰比大，坍落度大，浇捣速度快，未分层排除水分，到顶层未排除水分并第二次浇捣。（3）混凝土的蜂窝、孔洞。主要原因是配合比不正确；一次下料过多，振捣不密实；位分层浇筑，混凝土离析，模板孔隙位堵好，或模板支撑不牢固，振捣时，模板移位漏浆。（4）混凝土露筋，主要原因是混凝土浇筑振捣时，钢筋的垫块移位，或垫块太少，甚至漏放，钢筋紧贴模板致使拆模后露筋；钢筋混凝土结构截面较小，钢筋偏位过密，大石子卡在钢筋上，水泥浆不能充满钢筋周围，产生露筋；因混凝土配合比不准确，浇筑方法不当，混凝土产生离析；浇捣部位缺浆或模板严重漏浆，造成露筋；本模板湿润不够，混凝土表面失水过多，或拆模时混凝土缺棱掉角，造成露筋。（5）混凝土麻面，缺棱掉角。主要原因是模板表面粗糙或清理不干净；浇筑混凝土前木模板未湿或湿润不够；养护不好；混凝土振捣不密实；过早拆模，受外力撞击或保护不好，棱角被碰掉。
二、可采取的控制措施
（1）混凝土强度偏低，匀质性差的主要控制措施。确保混凝土原材料质量，对进场材料必须按质量标准进行检查验收，并按规定进行抽样复试。严格控制混凝土配合比，保证计量准确，按试验室确定的配合比及调整施工配合比，正确控制加水量及外加剂掺量。加大对施工人员宣传教育力度，强调混凝土柱结构规范操作的重要性，改变其认为柱子混凝土水灰比大，易操作易密实的错误观念。混凝土应拌合充分均匀，混凝土坍落度值可以较梁板混凝土小一些，宜掺减水剂，增加混凝土的和易性，减少用水量。（2）混凝土柱“软顶”的主要控制措施。严格控制混凝土配合比，要求水灰比、坍落度不要太大，以减少泌水现象。掺减水剂，减少用水量，增加混凝土的和易性。合理安排好浇筑混凝土柱的次序，适当放慢混凝土的浇筑速度，混凝土浇筑至柱顶时应二次浇捣并排除其水分和抹面。连续浇筑高度较大的柱时，应分段浇筑，分层减水，尤其是商品混凝土。（3）混凝土柱蜂窝孔洞的主要控制措施。混凝土搅拌时，应严格控制材料的配合比，经常检查，保证材料计量准确。混凝土应拌合充分均匀，宜采用减水剂。模板缝隙拼接严密，柱底模四周缝隙应用双面胶带密封，防止漏浆。浇筑时柱底部应先填100厚左右的同柱混凝土级配一样的水泥沙浆。控制好下料，保证混凝土浇筑时不产生离析，混凝土自由倾落高度不应超过2m。混凝土应分层振捣，在钢筋密集处，可采用人工振捣与机械振捣相结合的办法、严防漏振。防止砂石中混有粘土块等杂物。浇筑时应经常观察模板、支架墙缝等情况，若有异常，应停止浇筑，并应在混凝土凝结前修整完毕。（4）混凝土露筋的主要控制措施。混凝土浇筑前，应检查钢筋和保护层厚度是否准确，发现问题及时修整。混凝土截面较小，钢筋较密集时，应选配适当的石子。为了保证混凝土保护层厚度，必须注意固定好填块，垫块间距不宜过稀。为了防止钢筋移位，严禁振捣棒撞击钢筋，保护层混凝土要振捣密实。混凝土浇筑前，应用清水将模板充分湿润，并认真填好缝隙。混凝土也要充分养护、不宜过早拆除。（5）混凝土麻面缺棱掉角的主要控制措施。模板面清理干净，不得粘有干硬水泥沙浆等杂物。板模在混凝土浇筑前应充分湿润，混凝土浇筑后应认真浇水养护。混凝土必须按操作规程分层均匀振捣密实，严防漏浆。拆除柱模板时，混凝土也具有足够的强度；拆模时不能用力过猛、过急，注意保护棱角。加强成品保护，对于处在人多运料等通道时，混凝土阳角要采取相应的保护措施。
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Abstract: Steel-concrete structure is introduced in recent 20 years. The new type of construction gives full play to the advantages of steel and concrete material. Reinforced concrete is heavy in weight and covers more and more areas, so it is under suspicion of application in super high-rise building and at the same time, high strength steel emerges at the right moment. The theory study and design in super high-rise building with part steel and total steel are advancing in synchronism.
关键词:高层建筑;钢砼;体系;制作
Key words: high rising building;reinforced concrete; system; make
中图分类号:TU37 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)03-0191-01
1高层及超高层结构体系
对于高层及超高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过60m为超高层建筑。
对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系,框架-剪力墙结构体系,框-筒结构体系,筒中筒结构体系,束筒结构体系。
高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构(代号RC)外,还采用型钢混凝土结构(代号SRC),钢管混凝土结构(代号CFS)和全钢结构(代号S或SS)。
2钢管砼的结构特点
钢管砼在高层建筑工程中,主要是作为受压管柱的建筑构件使用,与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。
钢管砼柱因其结构特征,同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。即管柱外部包裹钢管材料,管柱内部充填混凝土材料,因钢管壁对管内混凝土形成的刚性拘束作用,防止了管内混凝土的脆性破坏。实验和理论分析证明,钢管混凝土在轴向压力作用下,钢管的轴向和径向受压而环向受拉,混凝土则三向皆受压,钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高,同时塑性增大,其物理性能上发生了质的变化,由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化,决定了钢管砼的基本性能和特点,并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。
在高层建筑中,钢管砼的特征与优势如下:(1)钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高,相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上;(2)钢管砼柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上,轮廓尺寸也比钢柱小,扩大了建筑物的使用空间和面积;(3)柱子截面减小,自重减小,有利于结构抗震,相当于设防烈度下降一级;(4)钢管砼柱自重减少,减轻了地基承受的荷载,相应降低了地基基础造价;(5)钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接,是施工最为快捷的建筑结构;(6)钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能,其耐火性优于钢柱,从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上;(7)钢管砼具有的核心混凝土三向受压特性,利于刚刚问世的C60～80高强度混凝土安全可靠地推广应用;(8)由于上述各项优点,采用钢管砼柱时可节省大量的建筑材料,且素混凝土无须振捣,施工方便,工期短。根据计算,与钢筋混凝土柱相比,可节约混凝土60%~70%,同时降低造价。若与全钢结构的钢柱相比,则可节约钢材50%,其工程造价也可降低45%。
在高层建筑设计中,钢管砼柱可以仅控制长细比而不必限制轴压比。此外因其整体性能好,还克服了普通钢结构钢柱存在的局部失稳的缺点。因此,与钢筋混凝土柱相比,截面设计可以减少60%以上。
3制作与安装
3.1 钢柱的制作与安装
钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件,在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。
100m高的超高层钢柱一般分为8～12节构件,钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形,所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度,即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换,要求对每节钢柱应编号予以区别,正确安装就位。
矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。
钢柱标高的控制一般有二种方式:(1)按相对标高制作安装。(2)按设计标高制作安装。无论采用何种安装方式,都应在翻样下料制作过程中充分表达出来,并应符合设计要求的总高度。
3.2 框架梁的制作与安装
高层、超高层框架梁一般采用H型钢,框架梁与钢柱宜采用刚性连接,钢柱为贯通型,在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。
框架梁应按设计编号正确就位。为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在工厂制造时,在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿),悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁(短牛腿)连接,上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求,当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时,腹板的连接板可开椭圆孔,椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0(d0为螺栓孔径),并应保证孔边距的要求。
腹板则采用高强度螺栓连接,要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。
关键词：型钢混凝土，质量控制，支模体系
Abstract: combining with engineering example, a steel reinforced concrete column that influence the quality of the column and beam steel reinforced the handover, column mode branch system and steel column construction process, it puts forward some measures for strengthening of the steel reinforced concrete column construction quality control, ensure that the steel reinforced concrete column construction quality.
Key words: a steel reinforced concrete, quality control, a model system
中图分类号：O213.1文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
汉江国际大厦位于江汉区中心商务区，总建筑面积67365.33平方米，地下2层、地上41层，建筑高度为207m。主要结构类型为框架-核芯筒。主楼26层以下及地下二层采用型钢混凝土柱，共52根，尺寸多为1000mm×1000mm。
型钢混凝土柱结构形式
二、施工中质量控制难点及应对措施
混凝土内配置型钢(轧制或焊接成型)和钢筋的结构称为型钢混凝土组合结构。它的特征是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳。作为一项新工艺，往往由于作业人员缺少型钢混凝土柱施工经验，在施工过程中出现了柱身混凝土难以振捣、型钢柱安装定位难、柱面混凝土平整度超标、柱保护层厚度超标等严重影响型钢混凝土柱施工质量的问题。针对这些问题，我们采取了以下措施，较好地解决了施工中的难点问题，确保了型钢柱施工质量。
1、培训作业人员，增强质量意识
考虑本现场诸多工人对型钢混凝土柱缺乏直观的认识，组织技术人员根据图纸型钢柱形式，用细木工板按截面1：1的比例，竖向反映－8.9m、-5.4m、-0.05m标高结点形式的模型。
由技术人员对所有相关施工的工人进行为期二天的技术培训，特别针对钢筋工、木工及混凝土工，根据相关的工作内容，通过模型对工人进行各结点交底工作内容、施工方法及应注意事项，并将施工方案发放给施工人员，作为施工时的指导性文件。
通过专项方案实施以及模型样式的技术交底，使各工种工人施工准备充分，各项工作井然有序的展开，主楼区块的基础底板、地下一层板与顶板均顺利施工完成。通过针对性培训使职工了解了每一步操作对最后质量效果产生的影响，明确了施工方法，施工中工人操作思路明显清晰，质量意识增强，能更加主动配合技术人员加强质量管控。
2、优化支模体系，确保支模系统稳定
首先对常规支模形式进行分析，常规支模形式如下图：
常规穿对拉螺杆支模体系优化后槽钢支模体系
常规采用钢管抱压方木，中间对拉螺杆的支模体系，但由于型钢混凝土柱内置十字型钢，中间无法对拉螺杆，以抱箍钢管间距400mm，内衬方木150mm间距，计算发现：抱压钢管计算抗弯强度达到380N/mm2，远大于钢管设计强度205N/mm2。钢管中间的最大变形达到12mm，大于允许饶度变形1220/150或10mm。只有抱箍间距为200mm时，抱压钢管的计算抗弯强度与饶度变形可满足要求，但可实施性不强。并且在计算时发现内衬方木的计算最大变形与允许饶度变形较接近，对此技术人员结合型钢柱的特点，对柱支模体系进行改进，采用10＃槽钢替代钢管抱压，内衬钢管替代方木的形式，如上图所示。
这样即解决了抱箍钢管抗弯强度的问题，又加强了内衬材料强度，可以满足大截面柱的抱压支撑体系的整体稳定。为保证施工过程中模板支设质量，在模板支设过程中跟踪检查柱模的平整度、垂直度，确保支模体系准确。
通过对柱支模体系的改进，确保了柱抱压支撑体系的稳定，避免了由于钢管、方木超荷造成的起鼓、胀模、变形等问题，52根型钢混凝土柱全部顺利浇捣完成。
3、细化钢筋翻样，解决型钢构件与梁柱主筋位置冲突
首先对型钢混凝土柱的各个结点进行了分析，总结出容易发生型钢构件与梁柱主筋位置冲突的结点：基础结点（－8.9m标高）、地下一层楼板结点（－5.4m标高）、地下室顶板结点（－0.05m标高）。对各结点进行图纸的细化翻样。以基础结点为例：
基础结点主要为地梁主筋与十字型钢的预埋螺杆的冲突，通过细化翻样，与设计联系，调整钢筋排列间距与排数，如DL5，截面550mm×1000mm，上部钢筋6根25＋2根25，
而型钢预埋锚杆（直径35mm），与上排钢筋中的左右第二根钢筋冲突。
技术人员与设计单位联系对DL5上部钢筋进行调整，2根冲突钢筋降为二排筋，改为4根25＋2根25。
施工前技术人员将这些结点细化翻样图发至各班组手中，并对钢筋班进行了专门的技术交底，施工中将各结点细化图张贴至相关部位，供各班组工人参考，并安排质量员、施工员全程跟踪检查、指导，确保各结点准确顺利施工。
通过细化翻样，施工前发现了诸多型钢柱构件、与柱主筋冲突的问题，通过多方协商及时进行了调整，避免了施工中发生冲突造成的混凝土难以浇捣、钢筋贴模、起鼓、孔洞等现象。施工前的交底、施工中的跟踪指导等措施，也使得型钢混凝土柱顺利施工，52根型钢混凝土柱各结点都顺利施工完成。
4、优化型钢柱施工工序，防止各工种冲突
对常规的柱施工、型钢混凝土柱施工工序进行了讨论分析与比较，归结出容易发生工序冲突的施工结点，进行工序调整、统一。例如对基础结点的工序调整：
型钢螺栓预埋工序与地梁钢筋绑扎的工序冲突，主要由于型钢柱脚为由L100×10角钢＋30圆钢锚杆组成的400mm×1040mm的预埋件，如图：
埋件埋设时存在一个矛盾，若地梁主筋、箍筋绑扎好后安装埋件，埋件的L100×10角钢无法深入梁内，而先安装埋件，再绑扎地梁，埋件又无法固定。因此技术人员对工序进行了协调、统一：在排梁主筋时先将L100×10角钢放入地梁内，临时定位固定，梁主筋、箍筋绑扎好后再穿螺杆，与地梁一起整平、定位，并最终固定，这极有利于保证钢柱安装的质量。
同时还对十字型钢柱吊装与柱箍筋绑扎、十字型钢柱柱脚灌浆与柱支模、十字型钢柱整平与框架梁绑扎等工序冲突进行了协调、统一，要求各班组严格按确定后的施工工序施工，并安排质量员、施工员现场跟踪检查、指导，避免由于工序冲突造成的返工、柱梁钢筋贴模、胀模等问题。
通过施工前的施工工序讨论、分析，并对冲突工序的协调、统一，施工中的跟踪检查、指导，各工种都能按工序，按部就班施工，未有因工序冲突而无法安装的情况发生，也很好的控制了返工、柱梁钢筋贴模、胀模等问题。
三、结语
通过对52根型钢混凝土柱施工质量的控制，提高了主楼地下室工程的施工质量，特别是墙柱的混凝土工程质量，保护层厚度均符合规范标准，外观达到了清水混凝土的要求，经业主、设计同意，主楼地下室墙板柱不粉刷，直接批腻子、刷涂料。本工程型钢混凝土柱施工质量得到了很好的控制。
