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要求和钢柱相比可节约防火涂料1/ 2~ 2/ 3甚至更多, 随着钢管直径增大, 节约涂料也越多。
2.3.7 可安全可靠地采用高强度混凝土
近几看来, C60混凝土的应用已较为普遍, C70和C80甚至更高标号的混凝土也已能生产投入使用。据有关专家介绍为了防止高强混凝土构件(指C60以上的混凝土) 的脆性破坏, 箍筋率高达20%以上[11], 这样大的箍筋率将造成截面箍筋密布, 构造十分复杂, 增加了施工的难度。用钢管混凝土, 不但构造简捷, 施工方便且能达到防止高强混凝土脆性破坏的目的; 能够真正发挥高强混凝土的作用, 同时并不多费钢材。
2.4 相比其它类型构件
从构成上看, 劲性钢管混凝土组合柱属于钢骨混凝土柱中的一种,它将钢筋混凝土 与钢管混凝土有机地结合起来,与其他类型构件相比,具备了如下一些优点：
2.4.1 与钢筋混凝土柱相比:由于柱中核心钢管混凝土的承载能力远高于相同截面的混
凝土构件, 因而可有效减小构件截面尺寸并减轻自重;而由于钢管混凝土的存在, 构件的延性和抗剪能力得到提高,有利于地震地区的结构抗震。
2.4.2 与钢柱相比：由于钢管埋置于外包混凝土内, 构件的耐久性和防火性能大为提
高；而核心铆管中由于混凝土的存在, 可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈曲, 从而可保证其钢材性能的充分发挥。
2.4.3 与钢管混凝土柱相比：由于其核心钢管尺寸较小, 易于穿过框架节点, 可让横向
构件的横向钢筋直接锚固在钢管上, 使节点处构造处理简单。
2.4.4 与型钢混凝土柱相比：核心钢管对内核混凝土的约束作用使其具有更高的承载力
和更好的变形能力。
2.5 钢管混凝土叠合柱的缺点
尽管钢管混凝土叠合柱的优点很多, 但是由于它自身的特性决定了它尚存在的一 些弊端。
2.5.1 使用范围有限
从现已建成的众多建筑来看, 钢管混凝土叠合柱的使用范围还仅限于柱、桥墩、拱架等。目前还很少有使用钢管混凝土梁叠合结构的先例。这是因为梁一般都做成矩形, 而矩形的钢管混凝土受力比较复杂而且构造要求繁琐, 经济效益不佳。
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2.5.2 从结构构件的连接构造上讲, 钢管混凝土叠合柱也有许多缺点
1) 当钢管混凝土叠合柱与混凝土梁连接时, 就必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果与柱连接的梁较多且不在同一标高时, 就会有许多的牛腿和加强板。如果采用明牛腿可能在美观上会受到影响。如果用暗牛腿, 又会或多或少地给浇灌混凝土带来不便, 影响施工进度。
2) 当钢管混凝土叠合柱与无梁盖连接时, 尤其是采用升板法施工时, 板与柱的连接构造是相当复杂的,会直接影响到施工的进度。
3) 为了能够充分发挥钢管混凝土叠合柱的承载力, 钢管混凝土的连接应尽可能地将连接力可靠地传递到核心混凝土上。常采用柱顶盖板、柱脚底板和层间隔板、穿心板等来实现。当然前提条件必须是应保证管内混凝土的密实, 做到这一点也是不易的。横隔板和上、下柱的连接是比较繁琐的, 尤其是对于小直径管, 特别不便于施工。穿心板的制作也很麻烦,而且还会妨碍管内混凝土的浇注和振捣。一般仅在大直径钢管混凝土中使用。
2.5.3 从钢管构件的制作、安装要求讲也是具有一定难度和繁锁性
1) 钢管混凝土叠合柱用的钢管, 焊接、制作要求较高; 一般应优先采用螺旋焊管, 无螺旋焊接管时, 也可以用滚床自行卷制钢管, 但卷管的方向应与钢板压延方向垂直且对管的内径有一定的要求。焊接时除一般钢结构的制作要求外要严格保证管的平、直不得有翘曲, 表面锈蚀和冲击痕迹。特别是它对钢管内壁的除锈要求, 可能会增加钢管的制作周期。显然在制作难度上也较普通钢结构高。
2) 在构件制作过程中, 钢管的对接是一个难点。结构要求焊后的管肢要平直, 这就需要在焊接时采取相应的措施和特别注意焊接的顺序以及考虑到焊接变形的影响。管肢对接焊接前, 对于小直径钢管应采用点焊定位, 对于大直径钢管应另用附加钢筋焊于钢管外壁作临时固定联焊。在钢管对接焊过程中, 如发现点焊定位处的焊缝出现微裂缝, 则该微裂缝部位必须全部铲除重焊。为了确保联接处的焊缝质量, 在现场拼接时, 在管内接缝处必须设置附加衬管。对于格构式柱要求柱的肢管和各种腹杆的组装连接尺寸和角度必须准确。特别是腹杆与肢管联接处的间隙应采用自动切管机按照相接面管的 直径和角度切割成空间相交曲线的管端。如无自动切割机时应按板金展开图进行放样切割。在高层建筑中常常采用变径的钢管, 变径管的对接就又是一个施工难点, 变径处节点构造较为复杂, 无疑会影响到施工的进度。
2.5.4 从质量检查及施工方法上讲, 这种结构构件形式也是存在弊端的
1) 钢管混凝土叠合柱管内混凝土的浇注属于隐蔽工程, 混凝土的浇灌质量是无法直观检查的。当采用人工浇灌并振捣时, 只能依靠操作人员的责任心和严密的施工组织管理来保证施工质量。如果超声脉冲检测发现有不密实部位, 就得将钢管钻孔压浆补强, 然后再将钻孔补焊封固。所以无论从质量检测还是完善施工质量都是较为费工的。
2) 从混凝土浇灌方面讲。如果采用泵送顶升法, 施工就必须有与之配套的泵及输
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送设备, 而且对粗骨料的粒径、水灰比、坍落度要求比较严格。采用高位抛落法施工, 混凝土的配合比要求亦很严格。必须先进行配合比实验来确定水灰比, 然后才可以正式浇注。因此, 无论采用哪种方式施工, 都必须有严密的施工组织管理。这或许会比普通钢筋砼结构施工更需要管理。
2.6 钢管混凝土叠合柱研究现状文献综述
文献[1] 混凝土和钢材两种材料的不同组合方式,构成了现代高层建筑的主要结构体系。 充分利用混凝土和钢材两种材料性能的特点,将两种材料有效组合,形成一系列新颖、高效的新构件、新体系。 从钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土到今天的钢管高强混凝土组合结构,混凝土和钢的组合更趋完美。
文献[2] 钢管混凝土叠合柱由截面中部钢管混凝土和钢管外侧钢筋混凝土叠合而成,东海商务中心（一期）工程两栋超高层办公楼为叠合柱结构体系,采用钢管贯通、翅片连接、钢管钢筋3种连接方式及RC环梁节点,技术先进,施工快捷,取得了较好社会和经济效益。
文献[3] 回顾了钢管混凝土叠合柱技术的发展和取得的成就。通过一项具体工程的柱子设计, 论述钢管混凝土叠合柱的特点与设计概念, 对成柱过程中不同组成材料采取强化、组合、约束、叠合等手段, 达到截面优化。同时分析讨论叠合柱的技术经济性和优化设计的目标。
文献[4] 综述了钢管混凝土结构理论研究及应用的现状和新进展。 对钢管混凝土的静力性能,长期荷载作用下的力学性能、动力性能及耐火性能等研究成果做了概述,并对其粘结性能研究、钢管高强高性能混凝土研究、火灾后剩余承载力研究等最新研究进展和关键技术进行了介绍。 总结了钢管混凝土结构在拱桥和高层超高层建筑中的应用,并对其需要进一步深入研究的关键技术问题进行了探讨。 对我国钢管混凝土结构技术的发展现状作了简要灌混
文献[5] 简单的介绍了钢管混凝土结构的发展及其在工程实践上的广泛应用。根据国内外对钢管混凝土的研究, 介绍了钢管混凝土结构的发展和特点、钢管与混凝土的共同工作、钢管混凝土构件的受力性能及其有关计算理论; 并从抗震性能、经济效果、构造做法以及施工等方面与钢结构和钢筋混凝土结构进行了详细的比较, 通过分析有关资料及大量的统计数据阐述了钢管混凝土在应用中的优、缺点。
文献[6] 单介绍了钢管混凝土结构的兴起和发展; 列举实例阐述了该种结构形式的广泛用途; 从钢管混凝土短试件承受轴心压力作用的实验结果简单剖析了钢管混凝土柱最基本的受力特性; 并针对该种结构的特点从承载力、抗震性能、经济效果、构造做法以及施工的难易程度等方面与钢结构和钢筋混凝土结构进行了详细的比较, 通过分析有关资料及大量的统计数据阐述了钢管混凝土运用在具体工程中所体现出的优、缺点。
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文献[7]钢管混凝土结构由于具有一系列优点,近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果。介绍了钢管混凝土结构的特点,论述了钢管混凝土在国内外的发展现状,探讨了钢管混凝土结构的发展前景。
文献[8]比较了钢管高强混凝土叠合柱与普通高强混凝土柱的在周期往复荷载作用 下抗震能力和破坏形式； 然后根据试验结果． 分析了叠台柱受水平荷载作用时, 外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之问轴力及水平力的分配关系： 最后讨论了外围混凝土强度等级及名义轴压比等参数对叠台柱抗震性能的影响。
文献[9]研究现有高强混凝土及铜臂混凝土本构关系,运用合成法编制了计算程序·对钢管高强混凝土叠合柱的截面弯矩一曲率关系进行了全过程分析,并讨论丁主要参数对上述关系的影响；经大量回归分析,建立了钢管高强混凝土叠合柱截面弯矩一曲率关系的三折线模型。
文献[10]以深圳卓越皇岗世纪中心项目的塔楼设计为例\介绍了使用有关设计软件对钢管混凝土叠合柱的设计计算方法及钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土梁节点的处理方法。
文献[11]讨论以钢管混凝土为核心支柱,后期叠合浇注外围钢管混凝土的叠合柱的抗震机理和设计方法。
文献[12] 介绍钢管高强砼为核心的钢筋砼叠台柱的工作机理,试验情况和设计应用。
文献[13]在富林广场工程设计的基础上,针对设计中采用的外包钢管混凝土柱在利用现有的结构设计软件进行计算时,遇到软件无法录入柱的参数,而必须进行等效代换。本文对3种代换方式：强度代换、弯曲刚度代换、压缩刚度代换进行比较分析。
3 钢管混凝土叠合柱的施工方法
3.1 钢管混凝土叠合柱柱管制作
3.1.1 工艺流程
详图深化→下料→开坡口→卷管（点焊）→焊接直缝→矫圆→组焊钢管（环缝）→构件及焊缝外观检查→焊缝超声波检测→合格交验。
3.1.2 操作要点
3.1.2.1 柱管制作
采用X-Steel软件进行详图深化与结构分解,包括节点拼装总图、节点拼装顺序图、杆件图、节点图及材料明细表等,并对复杂节点进行计算机拼装模拟,通过数据文件发送
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至数控精密切割设备切割板材, 进行开坡口、卷管与组焊工作,柱管内侧纵缝为自动埋弧焊,内环缝为CO2气体保护焊,外环缝扣槽为埋弧自动焊[15]。
3.1.2.2 连接翅片芯
连接翅片芯是在无缝钢管径向沿全长双面角焊缝焊接4片钢板（图2）[16],用于上下层钢管柱之间的连接,宽度伸出钢管柱管外侧12mm。柱管两端沿轴线切割4处缝槽（宽度大于翅片厚度2 mm）,将翅片芯插入柱管缝槽内并沿连接部位全长焊接,保证其同圆度,消除应力集中,备用。
图2 连接翅片芯示意
3.1.2.3 构件开孔
钢管叠合柱钢结构制孔主要为螺栓及钢筋穿过孔,采用数控机床钻制加工；开设钢管穿筋孔前进行计算机精确放样,并在钢管上设置安装定位线,避免安装误差造成穿筋 困难。
3.2 钢管混凝土叠合柱柱管安装
3.2.1 工艺流程
地脚螺栓预埋→安装首节柱→逐节吊装连接。
3.2.2 操作要点
3.2.2.1 地脚螺栓预埋
拟工程采用端承式柱脚, 于地下室底板预埋连接件； 为保证埋设精度, 安装前先测设标高与平面控制线,预埋采用型钢制作的安装支架固定,确保连接件定位准确；底板
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