高層超高層鋼結構施工技術

高層超高層鋼構造施工技術

:口

1、鋼的種類

高層建筑鋼構造用鋼有普通碳素鋼、普

通低合金鋼和熱處理低合金鋼三大類。大量

使用的仍以普通碳素鋼為主。我國目前在建

筑鋼構造中應用最普遍的是Q235鋼。

?高層建筑鋼構造設計與施工規(guī)程?規(guī)

定:

①基于高層鋼構造的重要性，把冷彎試驗、

沖擊韌性、屈服點、抗拉強度和伸長率并列

為鋼材力學性能的五項根本要求，這五項指

標皆合格的鋼材方可采用。

②對于抗震高層鋼構造，鋼材的強屈比應不

低于1.2,對8度以上設防的鋼構造，應不

低于1.5o

③有明顯的屈服臺階，伸長率應不小于20%,

應具有良好的延性和可焊性。對于鋼柱，為

防止厚板層狀撕裂，對硫、磷含量需作進一

步控制，應不大于0.04%.

2、鋼材品種

在現(xiàn)代高層鋼構造中，廣泛采用經(jīng)濟合

理的鋼材截面，見下表。應充分利用構造的

截面特征值，發(fā)揮最大的承載能力。傳統(tǒng)的

工字鋼、槽鋼、角鋼、扁鋼有時仍有使用,

但由于其截面力學性能欠佳，已漸被淘汰。

鋼材的品種及性能

品種性能

歐美國家稱寬翼緣工字%日本稱H蜘,與靜工字的不瓦“油醵加慣懶峨楮

汜衡哈球黃緣板內外M炳平行，庫腳工方便“用肽種姬鼬層鋼翅的機群常

蚓H恤

的丁麗般做第、機加工量很小,而口加用嬲干機械化和自動化在獻力恫的

條件下，H惆緒即仲傳統(tǒng)用舶哈鼬節(jié)牖材20%林

在高躺輔禮用二塊板朝硒的工字形炯易采用H?的假面形人飾設計嶗更

腦工字蒯大版活性,可校瞰計條件赧員經(jīng)濟的蜩尺寸,螭構性能設氟美國文獻認大采川

枇楮工字蛹節(jié)鼾來的醐價聯(lián)奸其額外腦儲費用

執(zhí)扎斕件技柳桐腓擠磁牛汽價格憾酬，M.刖二燦1：容易，外形翹

卜心喇離心酬傍朋心踴法牛.產(chǎn)的驪,其化學成分和機械件能與卷板自相藉銅由同,專

用干睇混潦十輛

我郴材一般用糖,H蜘油腹板中線割開而成,員宿用干桁架1:稱,出雙角解桿節(jié)省

蚓T憫

節(jié)點板，回轉半獻大,桁槊白麒小.蒯也用干支撐綁闞蹲桿件

1Ml厚鋼板在富就結構中采用極廣“核弱國標準,厚鋼板厚度為4?60mm,大干60mm

觸腳板

3、鋼構造構件

高層鋼構造鋼柱的主要截面形式有箱

形斷面、H形斷面和十字形斷面，一般都是

焊接截面，熱軋型鋼用得不多。就構造體系

而言，筒中筒構造、鋼混凝土混合構造和型

鋼混凝土構造多采用H形柱，其他多采用箱

形柱；十字形柱則用于樞架構造底部的型鋼

混凝土樞架局部。

高層鋼構造的梁的用鋼量約占構造總

用鋼量的65%,其中主梁占35%~40%。因此

梁的布置力求合理，連接簡單，規(guī)格少，以

利于簡化施工和節(jié)省鋼材。采用最多的梁是

工字截面，受力小時也可采用槽鋼，受力很

大時則采用箱形截面，但其連接非常復雜。

截面高度一樣時，軋制H型鋼要比焊接

工字截面廉價。對于重荷載或傳遞彎矩，則

采用焊接箱形梁。當凈空高度受到限制時,

也可采用雙槽鋼和鋼板組焊而成的截面，鋼

梁內部必須作防銹處理。

把桁架用于高層鋼構造樓蓋水平構件,

可作到大跨度、小凈空，工程管線安裝方便。

平行弦桁架是用鋼量最小的一種水平構件,

但制造比擬費工費時。樓蓋鋼桁架一般由平

行的上下弦桿和腹桿（斜撐和豎撐或只用斜

撐）組成。弦桿和腹桿可采用角鋼、槽鋼、T

型鋼、H型鋼、矩形和正方形截面鋼管等鋼

材。

4、鋼構造的連接節(jié)點

連接節(jié)點是鋼構造中極其重要的構造

部位，它把梁、柱等構件連接成整體構造系

統(tǒng)，使其獲得空間剛度和穩(wěn)定性，并通過它

把一切荷載傳遞給根底。連接節(jié)點本身應有

足夠的強度、延性和可靠性，應能按照設計

要求工作，制作和安裝應當簡單。

連接節(jié)點按其傳力情況分為錢接、剛接

和介于兩者之間的半剛接。設計中主要采用

前兩者，半剛接采用較少。在實際工程中真

正的錢接和剛接是不容易做到的，只能是接

近于較接或剛接。按連接的構件分主要有鋼

柱柱腳與根底的連接、柱柱連接、柱梁連接、

柱梁支撐連接、梁梁連接（梁與梁對接和主

梁與次梁連接）、梁混凝土筒連接等。

5、鋼構造的加工制造

由于高層建筑鋼構造的精度要求高，因

此，構件的加工制造一般由專門的鋼構造加

工廠在工廠預制完成。

?2高層鋼構造安裝

1、高層鋼構造安裝的特點

①由于構造復雜而使施工復雜化。

②高空作業(yè)受天氣的影響較大。

③高空作業(yè)工作效率低。

④施工平安問題十分突出。

2、高層鋼構造安裝前的準備工作

①安裝機械的選擇

高層鋼構造安裝都用塔式起重機，這就

要求塔式起重機的臂桿足夠長以使其具有

足夠的覆蓋面;要有足夠的起重能力，滿足

不同部位構件起吊要求;鋼絲繩容量要滿足

起吊高度要求;起吊速度要有足夠擋位，滿

足安裝需要;多機作業(yè)時，相互要有足夠的

高差，互不碰撞。

②安裝流水段的劃分

一個立面安裝流水段內的安裝順序

高層鋼構造安裝需按照建筑物平面形

狀、構造形式、安裝機械數(shù)量和位置等劃分

流水段。總原則是:平面流水段劃分應考慮

鋼構造安裝過程中的整體穩(wěn)定性和對稱性,

安裝順序一般由中央向四周擴展，以減少焊

接誤差。立面流水段劃分，一般以一節(jié)鋼柱

高度內所有構件作為一個流水段。

一個立面安裝流水段內的安裝順序如

上圖所示，鋼構造標準單元施工順序如下圖

所示。

鋼構造標準單元施工順序

③鋼構件的運輸和堆放

a.運輸。

b.中轉。

C.配套。

d.現(xiàn)場堆放。

④鋼構件預檢

a.出廠檢驗。

b.計量工具。

c.預檢。

⑤柱基檢查

a.定位軸線檢查。

b.柱間距檢查。

c.單獨柱基中心線檢查。

d.柱基地腳螺栓檢查。

e.基準標高實測。

⑥標高塊設置及柱底灌漿

a.標高塊設置。柱基外表采取設置臨時支承

標高塊的方法來保證鋼柱安裝控制標高，要

根據(jù)荷載大小和標高塊材料強度確定標高

塊的支承面積。

b.柱底灌漿。一般在第一節(jié)鋼框架安裝完成

后即可開場緊固地腳螺栓并進展灌漿。灌漿

前必須對柱基進展清理，立模板，用水沖洗

根底外表，排除積水，螺孔處必須擦干，然

后用自流平砂漿連續(xù)澆灌，一次塊，到時試

壓，作為驗收資料完成流出的砂漿應去除干

凈，加蓋草包養(yǎng)護。砂漿必須做試驗。

3、鋼構造構件的連接

〔1〕焊接連接

現(xiàn)場焊接方法一般用手工焊接和半自

動焊接兩種方法。焊接母材厚度不大于30mm

時采用手工焊,大于30mm時采用半自動焊，

此外尚需根據(jù)工程焊接量的大小和操作條

件等來確定。手工焊的最大優(yōu)點是靈活方便,

機動性大;缺點是焊工技術素質要求高，勞

動強度大，影響焊接質量的因素多。半自動

焊接質量可靠，工效高，但操作條件相應比

手工焊要求高，并且需要同手工焊結合使用。

高層鋼構造構件接頭的施焊順序，比構

件的安裝順序更為重要。焊接順序不合理，

會使構造產(chǎn)生難以挽回的變形，甚至會因內

應力而將焊縫拉裂。焊接時應注意：

a.柱與柱的對接焊，應由兩名焊工在兩相對

面等溫、等速對稱焊接。

b.梁、柱接頭的焊縫，一般先焊H型鋼的下

翼緣板，再焊上翼緣板。梁的兩端先焊端，

待其冷卻至常溫后再焊另一端。

c.柱與柱、梁與柱的焊縫接頭，應試驗測出

焊縫收縮值，反應到鋼構造制作單位，作為

加工的參考。要注意焊縫收縮值隨周圍已安

裝柱、梁的約束程度的不同而變化。

(2)高強度螺栓連接

鋼構造高強度螺栓連接，一般是指摩擦

連接。它借助螺栓緊固產(chǎn)生的強大軸力夾緊

連接板，靠板與板接觸面之間產(chǎn)生的抗剪摩

擦力傳遞同螺栓軸線方向相垂直的應力。因

此，螺栓只受拉不受剪。施工簡便而迅速,

易于掌握，可拆換，受力好，耐疲勞，較平

安，已成為取代鐘接和局部焊接的一種主要

的現(xiàn)場連接手段。

高強度螺栓的類型，除廠大六角頭普通

型外，廣泛采用的是扭剪型高強度螺栓。扭

剪型高強度螺栓是在普通大六角頭高強度

螺栓的根底上開展起來的。區(qū)別僅是外形和

施工方法不同，其力學性能和緊固后的連接

性能完全一樣。

高強度螺栓連接的運輸、裝卸、保管過

程中，號、規(guī)格分類保管。在安裝使用前嚴

禁任意開箱。

高強度螺栓施工包括摩擦面處理、螺栓

穿孔、要防止損壞螺紋。應按包裝箱上注明

的批螺栓緊固等工序。

4、鋼構造構件的安裝工藝

(1)鋼柱安裝

第一節(jié)鋼柱是安裝在柱基臨時標高支

承塊上的，鋼柱安裝前應將登高扶梯和掛籃

等臨時固定好。鋼柱起吊后對準中心軸線就

位，固定地腳螺栓，校正垂直度。其他各節(jié)

鋼柱都安裝在下節(jié)鋼柱的柱頂(采用對接

焊)，鋼柱兩側裝有臨時固定用的連接板，

上節(jié)鋼柱對準下節(jié)鋼柱柱頂中心線后，即用

螺栓固定連接板作臨時固定。

鋼柱起吊有兩種方法，一種是雙機抬吊

法；另一種是單機吊裝法。

(2)框架鋼梁安裝

鋼梁在吊裝前，應于柱子牛腿處檢查標

高和柱子間距。主梁吊裝前，應在梁上裝好

扶手桿和扶手繩，待主梁吊裝就位后，將扶

手繩與鋼柱系牢，以保證施工人員的平安。

鋼梁采用兩點起吊，一般在鋼梁上翼緣

處開孔，作為吊點。吊點位置取決于鋼梁的

跨度。為加快吊裝速度，對質量較小的次梁

和其他小梁，常利用多頭吊索一次吊裝數(shù)根。

水平桁架的安裝根本同框架梁，但吊點

位置選擇應根據(jù)桁架的形狀而定，需保證起

吊后平直，便于安裝連接。安裝連接螺栓時

嚴禁在情況不明的情況下任意擴孔，連接板

必須平整。

(3)墻板安裝

裝配式剪力墻板安裝在鋼柱和樓層框

架梁之間，剪力墻板有鋼制墻板和鋼筋混凝

土墻板兩種。

剪力支撐安裝部位與剪力墻板吻合，安

裝時也應采用剪力墻板的安裝方法，盡量組

合后再進展安裝。

(4)鋼扶梯安裝

鋼扶梯一般以平臺局部為界限分段制

作，構件是空間體，與框架同時進展安裝,

然后再進展位置和標高調整。在安裝施工中

常作為操作人員在樓層之間的工作通道，安

裝工藝簡便，定位固定較復雜。

(5)高層鋼框架的校正

選擇標準柱和基準點，按照校正流程進

展校正，校正時的允許偏差在標準范圍內。

(6)樓面工程及墻面工程

高層鋼構造中，樓面由鋼梁和混凝土樓板

組成。它有傳遞垂直荷載和水平荷載的構造

功能。樓面應當輕質，并有足夠的剛度，易

于施工，為構造安裝提供方便，盡可能快地

為后繼防火、裝修和其他工程創(chuàng)造條件。

高層鋼構造中，樓板種類有壓型鋼板現(xiàn)

澆樓板、鋼筋混凝土疊合樓板、預制樓板和

現(xiàn)澆樓板。

①壓型鋼板現(xiàn)澆樓板。

②鋼筋混凝土疊合樓板。

③預制樓板。

④現(xiàn)澆樓板。

高層鋼框架體系一般采用在鋼框架內

填充與鋼框架有效連接的剪力墻板（亦稱框

架一剪力墻構造）。這種剪力墻板可以是預

制鋼筋混凝土墻板、帶鋼支撐的預制鋼筋混

凝土墻板或鋼板墻板，墻板與鋼構造的連接

用焊接或高強度螺栓固定，也可以是現(xiàn)澆的

鋼筋混凝土剪力墻。

為減輕自重，對非承重構造的隔墻、圍

護墻等，一般廣泛采用各種輕質材料，如加

氣混凝土、石膏板、礦渣棉、塑料、鋁板、

玻璃圍幕等。

(7)平安施工措施

鋼構造高層和超高層建筑施工，平安問

題十分突出，應該采取有力措施以保證平安

施工。

①在柱、梁安裝后而未設置壓型鋼板的樓板

時，為便于人員行走和施工方便，需在鋼梁

上鋪設適當數(shù)量的走道板。

②在鋼構造吊裝期間，為防止人員、物料和

工具墜落或飛出造成平安事故，需鋪設平安

網(wǎng)。平安網(wǎng)分平網(wǎng)和豎網(wǎng)。

③為便于接柱施工，并保證操作工人的平安,

在接柱處要設操作平臺，平臺固定在下節(jié)柱

的頂部。

④鋼構造施工需要許多設備，如電焊機、空

氣壓縮機、氧氣瓶、乙快瓶等，這些設備需

隨著構造安裝而逐漸升高。為此，需在剛安

裝的鋼梁上設置存放施工設備用的平臺。固

定平臺鋼梁的臨時螺栓數(shù)要根據(jù)施工荷載

計算確定，不能只投人少量的臨時螺栓。

⑤為便于施工登高，吊裝鋼柱前要先將登高

鋼梯固定在鋼柱上。為便于進展柱梁節(jié)點緊

固高強度螺栓和焊接，需在柱梁節(jié)點下方安

裝吊籃腳手架。

⑥施工用的電動機械和設備均需接地，絕對

不允許使用破損的電線和電纜，嚴防設備漏

電。施工用電器設備和機械的電纜，需集中

在一起，并隨樓層的施工而逐節(jié)升高。每層

樓面須分別設置配電箱，供每層樓面施工用

fc

電EX3而*sl=素4^：。

⑦高空施工，當風速達10m/s時，有些吊裝

工作要停頓;當風速到達15m/s時，一般應

停頓所有的施工工作。

⑧施工期間應該注意防火，配備必要的滅火

設備和消防人員。

.3鋼構造防火與防腐

1、防火工程

鋼構造高層建筑要特別重視火災的預

防。因為鋼材熱傳導快，比熱小，雖是一種

不燃材料，但極不耐火。當鋼構件暴露于火

災高溫之下時，其溫度很快上升，當其溫度

到達600°C時，鋼的構造發(fā)生變化，其抗拉

強度、屈服點和彈性模量都急劇下降（如屈

服點可下降60%）o另外，鋼柱以及承重鋼梁

會由于撓度的急劇增大而失去穩(wěn)定性，導致

整個建筑物坍垮。

鋼構造防火工程的目的，在于用防火材

料阻斷火災熱流傳給鋼構件的通路，延緩傳

熱速率（延長鋼構件升溫到達臨界溫度的時

間），使鋼構造在某一個特定時間內能夠繼

續(xù)承受荷載。

(1〕耐火極限等級

鋼構造構件的耐火極限等級，是根據(jù)它

在耐火試驗中能繼續(xù)承受荷載作用的最短

時間來分級的。耐火時間大于或等于30min,

則耐火極限等級為F30,每一級都比前一級

長30min,所以耐火時間等級分為F30,F60,

F90,F120,F150,F180等。

鋼構造構件耐火極限等級確實定，依建

筑物的耐火等級和構件種類而定；而建筑物

的耐火等級又是根據(jù)火災荷載確定的。火災

荷載，是指建筑物內如構造部件、裝飾構件、

家具和其他物品等可燃材料燃燒時產(chǎn)生的

熱量。

與一般鋼構造不同，高層建筑鋼構造的

耐火極限又與建筑物的高度相關，因為建筑

物越高，重力荷載也越大。高層鋼構造的耐

火等級分為I、II兩級，其構件的燃燒性能

和耐火極限應不低于下表的規(guī)定。

2.防火材料

鋼構造的防火保護材料，應選擇絕熱性

好，具有一定抗沖擊振動能力，能結實地附

著在鋼構件上，又不腐蝕鋼材的防火涂料或

不燃性板型材。選用的防火材料，應具有國

家檢測機構提供的理化、力學和耐火極限試

驗檢測報告。

防火材料的種類主要有:

①熱絕緣材料；

②能量吸收(燒蝕)材料;

③膨脹涂料。

大多數(shù)最常用的防火材料實際上是前

兩類材料的混合物。采用最廣的具有優(yōu)良性

能的熱絕緣材料有礦物纖維和膨脹骨料(如

蛙石和珍珠巖)；最常用的熱能吸收材料有

石膏和硅酸鹽水泥，它們遇熱釋放出結晶水。

〔2〕防火工程施工方法

h法內容

海作業(yè)乂分濟筑法、抹灰法和噴時法三種方法-

(1)濟筑法即在鋼構件四周濟筑一加厚度的混隘上、料質混除土或加氣混鄢十等，以隔絕

火焰或高溫-為增弼所濟筑的混麟十的整體件和防止其遇火剝落.可埋入細鋼筋|?|或鋼絲網(wǎng)

海作業(yè)(2)抹灰法即在鋼構件四冏包以鋼絲網(wǎng).外面再抹以好石水泥灰漿、珍珠雪水涮灰漿、石

件灰漿等.厚度視耐火極限等級而定.一?般約為35mm.

(3)噴射法即用噴愴將混有膠黏劑的石棉或蚱Q等保護層噴涂在鋼構件表面.形成防火的

外包層法

外包次.噴涂的&面較粗低.懷雷兄行處理

干作業(yè)即用預制的山游十.板、加氣混粉上板、蛭石源口十.板、石棉水源板、陶在纖維板或桿

礦棉氈、陶咨纖維氈等包圍鋼構件形成防火層C板材用化學膠黏劑粘貼,棉氈等柔軟材料則用

干作業(yè)

鋼絲網(wǎng)固定在鋼構件表面.鋼絲M外面沖包.以鋁箱、鋼套等.以防在施匚時程中下雨使棉芮受

潮.同時也起隔離制作用.減輕日后棉嵇等的吸水

即將不做防火外包層的鋼結構構件包藏件耐火材料構成的埼或頂棚內.成川耐火材料將鋼構

件與火焰、高溫隔絕開來.故常常曷較經(jīng)濟的防火方法.國外有些鋼結構高層建筑的外柱即采

川試種方法防火.即花結構設計上，汁外柱在外墻之外.即闊外淄一并叩崗.同時也不聒圻演

屏蔽法子.3文祥一n.發(fā)生火災,火焰就送不到柱子.柱子也就沒必要做防火保護另一種是將防火板

放在村廣后面做防火屏障.防火板每訪凸出柱外一洋的寬度(7-15cm),視耐火極限、型鋼

種類和大小而定.；文樣就侔防止窗口噴出的火焰燒熱柱子.如果外燔嵌在外柱之間.不宜掛靠

近窗f的外柱.只在柱子里面用的火材料做屏蔽即可

即在皇室心截面的鋼柱內充水講行冷卻。如發(fā)生火災，鋼柱內的水被加熱而產(chǎn)生循環(huán).熱水

卜升.冷水門設干頂部的水箱流下.以水的循環(huán)將火災產(chǎn)牛的熱收帶走.以保證鋼結構不喪失

承載能力此法已在柱子中應用，亦可擴大用干水平構件.為了防止鋼結構牛銹.可在水中摻

水冷卻法

鋼構造高層建筑的防火是十分重要的,

它關系到居住人員的生命財產(chǎn)平安和構造

的穩(wěn)定。高層鋼構造防火措施的費用一般占

鋼構造造價的18%~20%,占構造造價的

占整個建筑物造價的5%~6%。鋼構

造構件的防火措施見上表。

2、防腐工程

(1〕鋼構造腐蝕的化學過程與防腐蝕方

法

鋼構造腐蝕的程度和速度，與相對大氣

溫度以及大氣中侵蝕性物質的含量密切有

關。研究說明，當相對大氣濕度小于70%時，

鋼材的腐蝕并不嚴重；只有當相對大氣濕度

超過70%時，才會產(chǎn)生值得重視的腐蝕。在

潮濕環(huán)境中，主要是氧化腐蝕，即氧氣與鋼

材外表的鐵產(chǎn)生化學作用而引起銹蝕。

防止氧化腐蝕的主要措施是把鋼構造

與大氣隔絕。如在鋼構造外表現(xiàn)澆一定厚度

的混凝土覆面層或噴涂水泥砂漿層等，不但

能防火，也能保護鋼材免遭腐蝕。另外，在

鋼構造外表增加一層保護性的金屬鍍層，也

是一種有效的防腐方法。

〔2〕鋼構造的涂裝防護

用涂油漆的方法對鋼構造進展防腐，是

用得最多的一種防腐方法。鋼構造的涂裝防

護施工，包括鋼材外表處理、涂層設計、涂

層施工等。

①鋼材外表處理。進展鋼材外表處理，先要

確定鋼材外表的原始狀態(tài)、除銹質量等級、

除銹方法和外表粗糙度等。

②涂層設計。涂層設計包括涂料品種選擇、

確定涂層構造和涂層厚度。

③涂層施工。

〔3〕金屬鍍層防腐

鋅是保護性鍍層用得最多的金屬。在鋼

構造高層建筑中亦有不少構件是采用鍍鋅

來進展防腐的。鍍鋅防腐多用于較小的構件。

鍍鋅可用熱浸鍍法或噴鍍法。熱浸鍍鋅

在鍍槽中進展，可用來浸鍍大構件，鍍的鋅

層厚度約為80100|imo

噴鍍法可用于車間或工地上，鍍的鋅層

厚度約為80^150umo在噴鍍之前應先將鋼

構件外表適當打毛。

鋼構造防腐的費用，約占建筑總造價的

0.1%^0.2%o一個較好的防腐系統(tǒng)，在正常

氣候條件下的使用壽命可達10^15年。在到

達使用年限的末期，只要重新油漆一遍即可。

高層/超高層鋼筋混凝土一鋼組合構造的施

工技術

鋼筋混凝土一鋼組合構造(Concrete

filledsteeltubular(CFST)structures)

是在鋼構造和混凝土構造的根底上開展起

來的新型構造。該組合構造主要有以下幾種

構造形式：

①鋼一混凝土組合受彎構造；

②鋼骨混凝土〔勁性混凝土〕構造；

③鋼管混凝土構造和外包鋼構造。

.1鋼管混凝土概述

1、鋼管混凝土就是把混凝土灌入鋼管中并

搗實以加大鋼管的強度和剛度而形成的構

件。一般的，我們把混凝土強度等級在C50

以下的鋼管混凝土稱為普通鋼管混凝土；混

凝土強度等級在C50以上的鋼管混凝土稱為

鋼管高強混凝土；混凝土強度等級在C100

以上的鋼管混凝土稱為鋼管超高強混凝土。

2、截面形式

工程中常見的截面形式有：正方形、

矩形和圓形。

4、鋼管混凝土特點

〔1〕構造特點：

眾所周知，混凝土的抗壓強度高。但抗彎

能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力

強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失

穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在構

造上能夠將二者的優(yōu)點結合在一起，可使混

凝土處于側向受壓狀態(tài)，其抗壓強度可成倍

提高.同時由于混凝土的存在，提高了鋼管

的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提

高了承載能力。鋼管混凝土作為一種新興的

組合構造，主要以軸心受壓和作用力偏心較

小的受壓構件為主，被廣泛使用于框架構造

中（如廠房和高層）O

〔2〕鋼管混凝土構造的迅速開展是由于

它具有良好的受力性能和施工性能，具體表

現(xiàn)為以下幾個方面：

①承載力高、延性好，抗震性能優(yōu)越。

鋼管混凝土柱中，鋼管對其內部混凝土

的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提

高了混凝土的抗壓強度；鋼管內部的混凝土

又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲。研究

說明，鋼管混凝土柱的承載力高于相應的鋼

管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和

混凝土之間的相互作用使鋼管內部混凝土

的破壞由脆性破壞轉變?yōu)樗苄云茐模瑯嫾?/p>

延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具

有優(yōu)越的抗震性能。

塑性是指在靜載作用下的塑性變形能

力。鋼管混凝土短柱軸心受壓試臉說明，試

件壓縮到原長的2/3,縱向應變達30%以上

時，試件仍有承載力。剝去鋼管后，內部混

凝土雖已有很大的鼓凸褶皺，但仍保持完整,

并未松散，且仍有約5%的承載力，用錘敲擊

后才粉碎脫落?？拐鹦阅苁侵冈趧雍奢d或地

震作用下，具有良好的延性和吸能性。在這

方面，鋼管混凝土構件要比鋼筋混凝土構件

強得多。在壓彎反復荷載作用下，彎矩曲率

滯回曲線說明，構造的吸能性能特別好，無

剛度退化，且無下降段，和不喪失局部穩(wěn)定

性的鋼柱一樣，但在一些建筑中，鋼柱常常

要采用很厚的鋼板以確保局部穩(wěn)定性。但還

常發(fā)生塑性彎曲后喪失局部穩(wěn)定。因此，鋼

管混凝土柱的抗震性能也優(yōu)于鋼柱。

②施工方便，工期大大縮短。

鋼管混凝土構造施工時，鋼管可以做為

勁性骨架承當施工階段的施工荷載和構造

重量，施工不受混凝土養(yǎng)護時間的影響；由

于鋼管混凝土內部沒有鋼筋，便于混凝土的

澆注和搗實；鋼管混凝土構造施工時，不需

要模板，既節(jié)省了支模、拆模的材料和人工

費用，也節(jié)省了時間。

③有利于鋼管的抗火和防火。

由于鋼管內填有混凝土，能吸收大量的

熱能，因此遭受火災時管柱截面溫度場的分

布很不均勻，增加了柱子的耐火時間，減慢

鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝

土可以承受大局部的軸向荷載，防止構造倒

塌。組合梁的耐火能力也會提高，因為鋼梁

的溫度會從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土

而降低。經(jīng)實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明：到達一級耐

火3小時要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料

1/3—2/3甚至更多，隨著鋼管直徑增大,

節(jié)約涂料也越多。

④耐腐蝕性能優(yōu)于鋼構造。

鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積

減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼構造少得多,

抗腐和防腐所需費用也比鋼構造節(jié)省。鋼管

混凝土構件的截面形式對鋼管混凝土構造

的受力性能、施工難易程度、施工工期和工

程造價都有很大的影響。同鋼管混凝土受壓

構件借助于圓鋼管對其內部混凝土有效的

約束作用，使鋼管內部的混凝土處于三向受

壓狀態(tài)，使混凝土具有更高的抗壓強度。但

是圓鋼管混凝土構造的施工難度大，施工本

錢較高。相比之下，方鋼管混凝土構造的施

工較為方便，但鋼管混凝土受到的約束作用

較小，構造的承載力較低。

⑤施工方便。

鋼管混凝土柱的零件較少，焊縫少，構

造簡單，柱腳常采用在混凝土根底上預留杯

口的插入式柱腳，因而工廠制造比擬簡單，

同時構件自重較小，運輸和吊裝也較易，施

工很簡便，而且鋼管混凝土柱采用板材卷制,

板材厚度都不大，一般在40mm以內，無論

工廠焊接和現(xiàn)場進展對接，都沒有什么困難。

同時，與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱

的外皮鋼管具有鋼筋的功能，兼有縱向鋼筋

和橫向箍筋的作用，所以管內沒鋼筋，省了

鋼筋下料和綁扎鋼筋等一系列工藝，又由于

柱外皮鋼管本身就是耐側壓的模板，同時也

省了支模和拆模等工序。近年來，泵送混凝

土相當普遍，現(xiàn)場澆灌并無困難，我國創(chuàng)造

并廣泛使用的高位拋落不振搗混凝土的施

工方法，更簡化了現(xiàn)場灌混凝土的工序，簡

便了施工。也有在管柱下部開臨時澆灌孔,

用混凝土泵自下而上灌注混凝土的方法，既

快，又保證澆灌質量。而且，在澆筑后，鋼

管內處于相當穩(wěn)定的濕度條件，水分不易蒸

發(fā)，省去澆水養(yǎng)護工序，簡化了混凝土的養(yǎng)

護工藝。

⑥經(jīng)濟效益好。

.2鋼管混凝土的開展

鋼管混凝土是在勁性混凝土及螺旋配

筋混凝土的根底上演變和開展起來的。最早

采用鋼管混凝土的工程之一是1879年英國

的Severn鐵路橋橋墩。前蘇聯(lián)烏拉爾的伊

謝特鐵路橋采用鋼管混凝土構件做拱形桁

架的上弦和上部建筑的柱子，省鋼25%。

1961年比利時建造船塢時，采用鋼管混凝土

構件做桁架的壓桿和立柱，比鋼構造節(jié)省鋼

材40%。法國巴黎居民區(qū)的第一座摩天大樓

采用了鋼管混凝土框架柱，比鋼構造節(jié)省鋼

材40%。前蘇聯(lián)在一些吊車棧械跨度達48m〕

中采用鋼管混凝土構造，比全鋼構造節(jié)省鋼

材12%—28%,降低造價28%,比鋼筋混凝

土構造省鋼9%,降低造價56%。日本、瑞士

等國在輸電跨越塔中采用了鋼管混凝土構

造，也都取得了顯著的經(jīng)濟效益。在20世

紀60年代以前，由于鋼管內澆注混凝土的

施工工藝尚未得到很好的解決，現(xiàn)場的施工

操作顯得繁瑣，鋼管混凝土構造在施工性能

方面的優(yōu)勢沒有得到應有的發(fā)揮。到80年

代后期，由于泵送混凝土工藝的開展，解決

了現(xiàn)場鋼管內部澆灌混凝土的工藝問題，加

上現(xiàn)代高強混凝土需要用鋼管約束來克制

其脆性。因此，鋼管混凝土構造在美國和澳

大利亞等國的高層建筑中得到了廣泛應用,

被認為是高層建造技術的一次重大突破。我

國鋼管混凝土構造技術的開發(fā)和應用已有

近40年的歷史。1966年鋼管混凝土構造應

用于北京地鐵車站工程,70年代又在單層工

業(yè)廠房、重型構架中得到了成功的應用。自

1990年在四川省旺蒼縣建成跨度為115米

的我國第一座鋼管混凝土拱橋以來，在10

來年的時間里，我國已經(jīng)建成了100多座鋼

管混凝土拱橋，其中跨度在100米以上的就

有30多座，尤其是重慶市萬縣長江公路大

橋，跨度到達420米，一跨過江。近10年

來，隨著國家經(jīng)濟的迅猛開展，鋼管混凝土

構造在我國的高層建筑工程、地鐵車站工程

和大跨度橋梁工程中得到了卓有成效地應

用，推動了建造技術的開展。

.3鋼管混凝土施工技術

1、施工方法

鋼管混凝土澆筑方法：可采用泵送頂升

澆筑、立式手工澆筑、高位拋落無振搗法。

立式手工澆筑法：混凝土自鋼管上口灌

入,當管徑大于350mm時，用插入式內部振

搗器振搗密實，每次振搗時間不少于30s,

混凝土一次澆筑高度不超過2m.當管徑小于

350mm時，可采用附著在鋼管外壁的外部振

搗器進展振搗，外部振搗器的位置應隨混凝

土澆灌的進展而加以調整，外部振搗器的工

作范圍，以鋼管橫向振幅不小于為有效，振

幅可用百分表實測，振搗時間不小于1min,

混凝土一次澆灌的高度應不大于振搗器的

有效工作范圍和2~3m柱長。

高位拋落無振搗法：該種方法是以混凝

土下落是產(chǎn)生的動能到達振實混凝土的目

的。它適用于管徑大于350mm、高度不小于

4m的情況。對于拋落高度缺乏4m的區(qū)段，

應用內部振搗器振密，一次拋落量宜在2。

2、考前須知

所采用的混凝土配合比、坍落度應符合

要求，為滿足坍落度要求，應摻加適量減水

劑；為減少混凝土收縮，可摻入適量的混凝

土微膨脹劑。

鋼管內混凝土的澆筑宜連續(xù)進展，必須

間歇時，間歇時間不應超過混凝土的終凝時

間，需要留水平施工縫時，應將柱端管口封

蓋，以防止雜物、雨水等落入鋼管內。

每次澆灌混凝土前，應先澆灌一層

10-20mm厚的與混凝土強度等級一樣的水泥

砂漿，作為接觸砂漿，以做好水平施工縫的

連接處理。

鋼管內混凝土的澆灌質量，可采用敲擊

法進展初步檢查，如有異常，則應用超聲波

進展檢測。對于混凝土澆筑不密實的部位,

可采用局部鉆孔壓漿法進展補強，然后將鉆

孔補焊封固。

圖1加強環(huán)式節(jié)點圖2套筒式節(jié)點

3、施工實例

深圳賽格廣場高355米，地上72層，

是目前世界上最高的鋼管混凝土構造建筑,

也是深圳主體樓層最高的建筑。

廣州國際金融中心一一廣州西塔，成了

名幅其實的廣州最重要的新地標。432米西

塔可抗八級地震。被稱作“通透水晶”的西

塔有如站立在廣州城市新中軸線的窈窕美

女。亮麗的身段是鋼管混凝土巨型斜交網(wǎng)格

外筒，纖纖骨架是鋼筋混凝土內筒，連接內

外筒的是鋼一混凝土組合樓蓋。獨特的筒中

筒構造體系在目前的世界超高層建筑中是

唯一的。

香港“國際金融中心〃大廈420米，88

層國金二期辦公室升降機大堂國際金融中

心二期（國金二期），樓高，是香港第一高樓,

世界第六高樓，完工于2003年，一般說有

地上88層，但事實上建筑構造〔藍圖〕有

90層樓，地下6層，樓面面積18萬5,805

平方米，設有22層交易樓層，有多達62部

電梯。其外型設計與國金一期相似，墻均為

玻璃幕墻，在頂層設計皇冠式和象牙形裝飾,

晚間由投射燈照射。香港金融管理局總部設

于國金二期，是金管局于2001年4月以接

近37億港元向開展商購入，包括頂樓在內

共14層辦公室面積，曾被部份人士批評浪

費公帑o金管局目前持有34萬平方吠樓面，

分別位于55至56樓、77至88樓，部份樓

層出租予香港按揭證券公司及國際結算銀

行等相關金融機構。金融管理局總裁任志剛

的辦公室位于88樓，并可使用私人專用電

梯出入，以加強保安及隱私。

杭州瑞豐國際商務大廈是杭蕭鋼構制

作安裝的國內第一幢采用矩形鋼管混凝土

構造的高層建筑，此構造形式系國家經(jīng)貿(mào)委

與建立部2000年技術創(chuàng)新重點專項方案之

-,此工程的建立被列為杭州市建筑新技

術應用示范工程實施工程。本工程地下2層,

地上裙房6層，東塔樓〔賓館〕為15層，

高，西塔樓〔寫字樓〕為24層，高，柱網(wǎng)

尺寸為7.6mX7.6m,建筑面積為51095

平米，采用矩形鋼管混凝土框架-筒體構造。

柱采用矩形鋼管混凝土組合柱，梁采用焊接

H型鋼-混凝土連續(xù)組合梁,樓蓋采用壓型鋼

板組合樓蓋，