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        混凝土柱大截面环梁节点施工技术

        摘要:随着我国城市建设的发展,城市建筑工程也越来越复杂,尤其是大型高型建筑,对建筑工艺的要求极为复杂,钢管混凝土柱设计相比于钢筋混凝土具有明显的优势,它能够充分发挥混凝土的高强度以及钢材的弹塑特性,实现优势互补,从而使建筑柱子更为牢固不易弯曲,可以实现对房屋整体结构的有效支撑,在高层建筑的建造中应用尤为常见,而环梁节点施工技术,正是实现钢管和混凝土柱有效连接,充分发挥这项工艺价值的有效技术手段,本文将对该技术的原理、工艺和价值做简要探讨。

        关键词:钢管混凝土柱;环梁节点;建筑;施工

        1钢管混凝土结构的特点和优势

        1.1钢管混凝土的特点

        在高层建筑中,底部的梁柱结构往往承担着整个建筑的重量,混凝土工艺的硬度无法硬抗,传统的应对方法多为增加梁柱结构中的钢筋数量和强度,而且对高层建筑底部的柱子进行扩大化处理,增加柱子的直径,使其比正常的柱子更为粗大,从而获得更好的承压能力,这种很影响建筑美观不说,真正起到作用也是微乎其微,对建筑在常态下实现稳定是有益的,但一旦发生地震,就很容易崩塌,造成严重的后果,即便是高强钢筋混凝土结构也不能从根本上改变这一点。钢管混凝土结构的主要特点体现在抗压性上,除此在施工上也具有一定优势,我们知道,混凝土结构优势在于抗压强度大,但过刚易折,在超过它的承载极限时就必然折断,给建筑带来无法挽回的结果,用钢管取代钢筋的钢管混凝土结构相比之下就有着对高层建筑更好的适应性,具备更强的承载能力,钢管对混凝土的约束力更强,两者的配合使得柱子整体性能更加优越,具备更强的抗压和防震能力。

        1.2钢管混凝土的优势

        第一,高抗震性。在钢管混凝土结构中,混凝土的受力分别来源于建筑及其自身重量、钢管内部受力压力,钢管外部的支撑压力,从而使自身的抗压强度极限值在此提升,能够抵抗更大的压力,而钢管本身相比混凝土就具有比较好的延伸性,钢管内部的混凝土又提供了很好的支撑力强化了钢管的的硬度,如此一来,钢管和混凝土就不是简单的相互组合,而是一种相互支撑的有机结合,弥补彼此特性不足的同时又将各自的特性发挥到了极限,从而使柱子的综合性能更强,对建筑支撑也更有力,在面对自然灾害时,也能更好的保证整栋建筑结构的稳定性,有效的提升了抗震性能。第二,抗腐蚀强。钢管混凝土结构能够有效减少钢材的外露面积,钢管内外与混凝土的结合也使得内部处于几乎真空的状态,因而抗腐蚀性能极为优越,尤其相比于钢结构建筑来说优势更加明显,抗腐蚀性的加强就使得钢管混凝土结构的使用寿命大大延长,也保持了良好的使用效果,继续发挥其高延展性和高强度的这两项抗压所必备的特性,这种相对稳定的结构对高层建筑实现了有效且持久的支撑,保证建筑的其他功能得以很好的实现,对钢材和混凝土实现了充分的应用,使其整体性能发挥到了最佳,即便是在恶劣的酸性条件下,也能保障建筑的屹立不倒。第三,耐高温性。一般情况下,钢材料受热其硬度降低产生弯曲,达到一定程度后甚至融化,而混凝土热容量相对大一些,在面临火灾的强热环境时,钢管结构由于内部混凝土的非匀态吸热过程,从而使钢管耐热性能持续更加长久,不至于第一时间发生弯曲,相比于钢筋结构更有优势,对一栋建筑来说,达到一定的防火要求也十分重要,在大火过程中,表层混凝土结构很容易高温爆裂,这时候整个柱梁结构的稳定性就面临考验,将会承受更多的压力,在钢管混凝土结构中,由于钢材料和混凝土材料的有效结合,使其相互承担在延展性和抗压性方面的优势,在极端环境条件下能够更好的保持原有性能,为防火救灾创造时间,也使得建筑的安全性的到更好的保障。第四,易施工。在传统的钢筋混凝土柱施工过程中,受混凝土浇筑和养护的局限性,往往需要花费更多的时间,而在钢管混凝土结构中,钢管发挥的作用不仅仅是提升结构的延展性,其本身也具有一定的硬度和抗压性,钢管相比于钢筋完全可以承担施工期间的结构承载压力,因而减少了必要的辅助施工条件,也省去了不少流程和环节,大大节省了工期,也减少了部分开支和预算,在这种施工过程中,施工安全也可以得到更相对有效的保障,因此钢管混凝土结构具备易施工的特性,在我国城市化建设快速发展的今天,这种技术特性和效果的组合具有明显的优势,能够更好的实现现代化城市建设的需求。

        2钢管混凝土截面环梁节点结构

        2.1环梁节点结构原理

        钢管混凝土柱在延展性和抗压性方面有着很好的优势,也符合高抗震性的建筑标准要求,而且施工也极为便捷,作为建筑施工局部方案有着很好的优势,但从整体的角度看也有其弊端,而这个弊端就是钢管混凝土柱与屋顶混凝土梁截面的连接,钢管不能像钢筋那样直接弯曲交织实现建筑纵向设计和横向设计的有效连接,要通过环梁节点实现这一功能,相比于原有工艺讲,这个过程要相对复杂,设计和施工难度较高。

        2.2环梁节点结构的现状

        目前技术条件下,环梁节点结构是钢管混凝土结构建筑所必须采用的技术手段,但不管是从设计上还是实践上,都没有统一的强制性标准,采用钢管混凝土结构的建筑工程师们大多因地制宜根据自身建筑特点采取了不同的方法,目前主要的技术手段有两种:一种是在钢筋混凝土结构内的钢管上焊接圆钢,用以抵抗横梁的压力;另一种是利用钢筋也就是牛腿节点实现混凝土柱的钢管与横梁的有效连接。这两种技术各有利弊,圆钢焊接的技术相对具有施工简便、承压性能更好的特点,更好的利用了力学传递原理,将顶部压力传递分散至钢管混凝土柱上,从而实现结构的连接和稳定,缺点是建筑的纵横结构连接较为薄弱,在抗强风方面相对较弱;而牛腿节点的方法相对比较传统,施工工艺虽然复杂但也极为成熟,能够实现有效的纵横连接,但缺点是顶部压力的传导机制较差,从整体上来说,使得建筑的抗压性和强度偏弱,不能将钢管混凝土结构的优势充分发挥。

        3环梁节点施工要点探究

        鉴于不同环梁节点施工技术的优劣,将二者结合是最有效的办法,通过控制圆钢焊接节点和牛腿节点的数量,来实现一个连接和抗压能力的平衡,由于环梁节点的受力分别来自于顶部向下的压力、钢管混凝土住的承压力以及二者相互作用产生的拉力,通过钢筋连接和圆钢连接的共同作用,能够使整个结构变得更加稳定,从技术角度具有可行性,在环梁节点的施工过程中,还不得不面对很多问题:(1)节点施工操作难度大。环梁节点设计需要大量的钢筋,而且都使用在同一钢管混凝土支柱上,节点密布,如何确定施工的顺序、如何定位不同钢筋的作用,是一件比较麻烦的事情,也是环梁节点施工不得不面对的一大难题,另外如此复杂施工完成后的混凝土浇筑也是一个不小的麻烦;(2)节点施工技术要求高。环梁节点设计中须有用的不同型号的钢筋,用以不同的功能和作用,每个节点都需要多种钢筋进行交接施工,对钢筋的规格长度要求不尽相同,且使用顺序也有变化,这样就对环梁钢筋的现场加工能力提出了更高要求,要达到不同用途的使用标准,增加了施工的技术难度;(3)节点施工工艺要求高。这个主要体现在环形钢筋的连接和混凝土浇筑的施工上,无论采取怎样的技术手段,钢筋连接的最终形态呈现一种弧型结构,这就使得混凝土浇筑的模板制作和加固面临一定的难度,环梁能否最终成型,是否达到建筑设计所要求的标准,都依赖于最后的浇筑施工。

        4结束语

        总而言之,我国的大型建筑过程中,采用钢管混凝土结构的并非个例,而且这样的结构在抗震抗灾和使用过程中有着明显的优势,随着环梁节点施工技术的进一步突破,该建筑结构也必然会得到更广泛的应用,在具体的建筑设计施工中,应从建筑整体的稳定性可靠性角度出发去,充分发挥不同结构的优势,实现不同优势间的互补,在环梁节点结构的设计中,要充分考量实际条件,把握施工要点,确保工程建设效果。

        参考文献

        [1]张浩,杨玮,常一琳,等.广州东塔超大截面钢柱柱脚灌浆施工技术[J].施工技术,2014(9):1-4.

        [2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]

        作者:韩向阳

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