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1施工過程分析

疊合柱按照施工工藝分為同期施工和不同期施工。同期施工是指管內混凝土和管外混凝土同時澆筑;不同期施工是指先澆管內混凝土，待管內混凝土達到強度后，再澆管外混凝土。同期施工時，芯柱和管外混凝土同時承受豎向荷載，豎向荷載按構件軸向剛度分配。當不同期施工時，芯柱需超前承受部分豎向荷載，后澆筑管外混凝土的荷載再按照軸向剛度分配給芯柱和管外混凝土。因此，對于不同期施工的疊合柱，芯柱的抗壓承載力可以得到極大的利用，進而提高疊合柱的截面承載力。將芯柱超前承受的軸力與總軸力的比值定義為疊合柱的疊合比［9］。采用Midas軟件中施工階段聯合截面分析功能［10］對疊合柱的施工過程進行了數值模擬，分階段激活鋼管、鋼管內混凝土和管外混凝土，確定了合理的施工方法。計算結果表明，對16層及以上的疊合柱采取同期施工且對15層及以下的疊合柱采取不同期施工，可以滿足設計所要求的疊合比。當施工至19層時，開始從底層澆筑管外混凝土。理論上管外混凝土澆筑時間越晚則疊合柱的疊合比越大，因此管外混凝土澆筑速度不宜過快，原則上按照樓層每向上施工1層，管外混凝土向上澆筑2層的速度進行施工。疊合柱施工進度:①施工至19層時，下部疊合柱管外混凝土開始澆筑;②施工至22層時，下部疊合柱管外混凝土澆筑至第6層;③施工至24層時，下部疊合柱管外混凝土澆筑至11層;④施工至26層時，下部疊合柱管外混凝土澆筑至15層。疊合柱施工進度如圖5所示。按照上述施工進度計劃所得到的疊合比能夠保證設計所需的疊合柱性能。底層疊合柱疊合比約為0.3，向上逐漸降低。15層疊合柱疊合比為0.15～0.20。

2鋼管混凝土疊合柱施工技術

2.1鋼管立柱安裝技術工程中疊合柱的鋼結構包括東、西2座塔樓地下4層至地上22層的16根660mm和780mm的圓形鋼管以及南裙房地下2層至地上1層的6根邊長900mm的方形鋼管。鋼管柱安裝具體的工藝流程為:底板預埋柱腳→鋼管立柱定位→吊裝前準備工作(構件中心及標高標識、檢查吊裝設備工具、資料報驗)→鋼管柱安裝→校正→鋼管柱驗收。東、西塔樓的鋼管柱按層分節，最大分節質量為2.8t，采用C6024塔式起重機吊裝，臂長為60m，最大吊重為12t。南裙樓地下2層第1節和第2節鋼管分別重9.8t和8.6t，采用80t汽車式起重機在棧橋上吊裝。1層第3節鋼管疊合柱重15.52t，采用50t汽車式起重機(8m幅度/最大15.6t)就近吊裝，對汽車式起重機行走路線進行加固處理。所有鋼管構件及配件均在專業工廠加工制作，再運輸至現場安裝。鋼柱吊點設置在頂部，采用4根鋼絲繩進行吊裝。吊裝前對焊接結合面進行包裝保護，并對預埋件進行復測。首節鋼柱吊裝完畢后，通過墊鐵組調節鋼柱標高及垂直度，并及時對柱腳進行焊接及二次灌漿，灌漿混凝土為C60無收縮細石混凝土，厚度為50mm，如圖6所示。在首節鋼柱校正焊接完成之后才可繼續向上安裝上節鋼柱。首節鋼柱的頂面標高和軸線偏差、鋼柱扭曲值一定要控制在規范允許值以內，在上節鋼柱吊裝時要考慮進行反向偏移回歸原位的處理，逐節進行糾偏，避免造成累積誤差過大。鋼柱上、下節之間采用臨時連接耳板連接。鋼柱吊裝就位后，先調整軸線、標高，再調整扭轉，最后調整垂直度。鋼柱校正時，需考慮預留鋼柱焊接收縮量。工程中鋼管柱材質為Q345B，壁厚16～46mm，焊接質量等級為C級，焊縫等級為全熔透一級。

2.2鋼管外鋼筋及節點域鋼筋施工技術鋼管立柱安裝好之后綁扎鋼筋。綁扎前在鋼管上定位好箍筋間距，箍筋面與主筋垂直綁扎，并保證箍筋彎鉤在柱上四角相間布置。為防止柱筋在澆筑混凝土時偏位，在柱筋根部以及上、中、下部增設鋼筋定位卡。鋼筋接頭按照50%錯開相應距離，箍筋綁扎開口方向錯開。疊合柱混凝土模板采用槽鋼或鋼管進行加固，本工程柱外圍尺寸最大為1100mm×1360mm，支模高度最大6.05m。柱模板采用18mm厚膠合板，外掛豎楞為50mm×100mm木方，間距200mm，柱箍采用槽鋼或鋼管配合14對拉螺桿，豎向間距為400mm(首步離柱腳200mm)，具體加固方法如圖7所示。本工程中疊合柱節點采用穿筋節點。典型的節點如圖8所示。立柱鋼管在工廠加工時須按圖紙要求留置穿筋孔。施工工藝流程為:梁底筋、面筋從下至上穿鋼管孔、套筒接頭連接→梁箍筋綁扎→穿梁腰筋→綁扎梁底筋、腰筋、面筋→拆梁鋼筋支承架體。梁鋼筋穿過鋼管后不滿足錨固長度要求時，在縱筋與穿孔管壁之間的縫隙應進行手工補焊。節點域鋼筋綁扎好后現場施工如圖9所示。

2.3鋼管內、外及梁板混凝土澆筑技術疊合柱內的高強微膨脹混凝土采用汽車泵或塔式起重機配合澆筑。為了和下部混凝土更好連接，同時也為了避免澆筑混凝土時發生粗骨料彈跳現象，在澆筑前首先灌入約100mm厚的同強度等級水泥砂漿。管內混凝土澆筑時，采用導管下料，振搗棒直接振搗混凝土，每次振搗時間≥30s，確保一次澆筑高度≤2m。每節鋼管內混凝土澆筑至距管口500mm。為防止混凝土在澆筑時因自由落體高度過大導致混凝土出現離析問題，保證混凝土能準確進入所需澆筑的區域，布料桿在其泵管出料口增加1道5m布料軟管，軟管出料口與管內混凝土距離始終保持在1m左右，既方便澆筑過程中對混凝土落點的控制又方便軟管在混凝土連續澆筑的同時進行移動。為了實測混凝土澆筑時的溫度，在鋼管外壁開設鋼筋孔洞，插入8鋼筋，在鋼筋上布置溫度傳感器。溫度傳感器通過布置在鋼筋外側的無線數據發射器將溫度數據傳輸到測溫設備中，實時測出管內混凝土的溫度，如圖10所示。由于疊合柱內混凝土強度等級與框架梁、板混凝土的等級不一樣，因此在澆筑時需設置鋼絲網片將兩側分開。對于同期施工的疊合柱，由于管外柱混凝土需等到管內混凝土、梁、結構樓板混凝土澆筑完成并達到一定強度等級后才能進行施工。對于不同期施工的疊合柱，管外混凝土需要達到設計要求的疊合比時方可澆筑。可見不論是同期施工還是不同期施工的疊合柱，管外混凝土均晚于管內和梁板混凝土的澆筑。因此，施工時預留121mm混凝土澆筑孔，鋼管外混凝土采用預留澆筑孔澆筑，澆筑時利用振搗棒進行插搗，如圖11所示。為確保鋼管外混凝土節點域澆筑密實度，在節點域分別設置注漿孔和排漿孔，采用高壓注漿技術對該部位進行補強。鋼管內混凝土澆筑后，采用覆蓋上部外露部分并澆水養護。管外混凝土澆筑后，采用覆蓋塑料薄膜養護，柱腳用廢舊模板進行保護。在冬期澆筑鋼管內混凝土時，入管混凝土的溫度應高于15℃。當室外氣溫低于5℃高于－10℃時，澆筑混凝土前應加熱鋼管并包裹覆蓋。

3結語

鋼管混凝土疊合柱具有承載力高、抗震性能好和施工較方便等優點，在我國高層及超高層建筑結構中具有廣泛的應用前景。本文對鋼管混凝土疊合柱研究現狀及國內工程應用進行歸納，并結合某實際工程，采用Midas對施工過程進行了模擬，確定了滿足設計疊合比的疊合柱施工進度。通過工程實踐可得出如下結論。1)與型鋼混凝土相比，疊合柱結構避免了大量框架梁縱筋穿越與焊接工作，可大大縮短工期。2)應合理利用疊合柱的疊合比，施工前應對施工過程進行分析以得到滿足疊合比要求的疊合柱施工進度。3)通過對疊合柱鋼管焊接、鋼筋施工和混凝土澆筑等進行嚴格控制，鋼管柱的安裝整體偏差滿足規范要求，疊合柱管內混凝土密實飽滿，節點域和管外混凝土無質量缺陷，本文所述的疊合柱施工工藝和施工技術可為同類工程提供借鑒。

作者：雷克王展張其林白潔李曉雷孫鑫單位：中國建筑第八工程局有限公司 同濟大學土木工程學院