2．高層建筑工程

    在高層次建筑結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土柱具有很強(qiáng)的相容性，它既可在混凝土結(jié)構(gòu)體系中因時(shí)因地制宜地取代部分鋼筋混凝土柱，以解決高層建筑底部的“胖柱”問(wèn)題和鋼筋高強(qiáng)混凝土柱的脆性破壞問(wèn)題；也可在鋼結(jié)構(gòu)體系中取代鋼柱，以減少鋼材用量和減輕風(fēng)致振動(dòng)等。

    我國(guó)是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的大國(guó)，絕大部分高層建筑都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。隨著高度超過(guò)100m的超高層建筑大量興建，在高強(qiáng)混凝土還不普及的80年代后期，人們開(kāi)始應(yīng)用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問(wèn)題的探索，在北京建造了四川大廈的地下車庫(kù)^[15]，在福建建造了泉州郵電大廈（15層）、廈門(mén)金源大廈（28層）和阜康大廈（25層）^[16]。進(jìn)入90年代以后，C60級(jí)高強(qiáng)混凝土柱大量應(yīng)用，“胖柱”問(wèn)題有所緩解，但高強(qiáng)混凝土柱的脆性破壞問(wèn)題復(fù)又突出。在此情況下，鋼管高強(qiáng)混凝土柱應(yīng)運(yùn)而生，它既解決了高強(qiáng)混凝土柱的脆性破壞問(wèn)題，又進(jìn)一步減小了柱的橫截面尺寸。廣州好世界廣場(chǎng)大廈（33層?┞氏扔?/FONT>1993年采用了C60級(jí)的鋼管高強(qiáng)混凝土柱并獲得成功。鋼管高強(qiáng)混凝土柱在“減肥”方面的有效性，逐漸得到 結(jié)構(gòu)工程界的認(rèn)同。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，短短數(shù)年間，在廣州、天津、深圳、重慶、北京、昆明、福州和南京等城市采用鋼管高強(qiáng)混凝土柱的超高層建筑已有20多座（表1）。

表1 采用鋼管高強(qiáng)混凝土柱的高層建筑匯總

其中深圳賽格廣場(chǎng)大廈（25層）還是我國(guó)自行設(shè)計(jì)和施工的屬于鋼結(jié)構(gòu)體系的超高層建筑，它為我國(guó)剛剛起步的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，提出了一條可供參考和選擇的技術(shù)路線。

實(shí)踐表明，在高層建中采用鋼管混凝土柱以后，除梁/柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造變動(dòng)較大外，在施工程序上，與原不的結(jié)構(gòu)體系幾乎無(wú)甚差異例如混凝土結(jié)構(gòu)體系仍然是按樓層分段施工，柱子為每1～3層樓安裝一次鋼管和從管的上口澆灌混凝土。只是鋼管兼具鋼筋和模板的功能，在工廠預(yù)制后于現(xiàn)場(chǎng)一次吊裝就位，現(xiàn)場(chǎng)工序更為簡(jiǎn)化。至于鋼結(jié)構(gòu)體系，仍然保持著工廠化程度高、施工速度快等特點(diǎn)。盡管增加了在鋼管柱內(nèi)灌注混凝土的工序，但因鋼管柱具有足夠的剛度和強(qiáng)度，管內(nèi)混凝土可選擇在任何時(shí)候進(jìn)行澆灌，甚至可3～4層樓澆灌一次（泵灌頂升），并不占用整個(gè)建筑的主導(dǎo)工期。在采用鋼管混凝土柱以后，建筑的地下部分和基礎(chǔ)開(kāi)挖可實(shí)行逆作法施工。這樣，高層建筑地下和地上結(jié)構(gòu)歌曲時(shí)并行施工，從而節(jié)省大約半年的基礎(chǔ)開(kāi)挖和地下室施工時(shí)間，并可相應(yīng)解決在大城市繁華地段因施工場(chǎng)地狹窄所帶來(lái)的交通、安全、噪聲、環(huán)境污染等一系列困擾問(wèn)題。

實(shí)踐還表明，鋼管高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)并不比鋼筋混凝土高，而與鋼筋混凝土柱的造價(jià)持平。

與普通鋼混凝土術(shù)玎比較，鋼管混凝土柱具有更為優(yōu)越的抗震性能。因鋼管既是縱向鋼筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在30以下，這相當(dāng)于配筋率至少都有在4.6%以上,遠(yuǎn)超過(guò)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土所要求的最小配筋率限值.至于軸壓比問(wèn)題,由于鋼管混凝土的抗壓強(qiáng)度和變形能力特佳,即使在高軸壓條件下,仍可形成在受壓區(qū)發(fā)展塑性變形的“壓鉸”,不存在受壓區(qū)先破壞的問(wèn)題,也不存在像鋼柱那樣的受壓翼緣屈曲推移 的問(wèn)題.因此,從保證控制截面的轉(zhuǎn)動(dòng)能力而言,無(wú)需限定軸壓比值.就這個(gè)意義講,鋼管混凝土的抗震性能比鋼柱和鋼筋混凝土柱都有強(qiáng).

據(jù)陳肇元教授報(bào)導(dǎo)^[17],清華大學(xué)曾對(duì)鋼管混凝土柱鋼骨混凝土柱和鋼筋混凝土柱抗震延性作過(guò)一些比較^[18],在相同的試驗(yàn)條件(試件尺寸、加載裝置、加載制度、軸壓比)下,得出的三者的極限位移角R_u為(1)當(dāng)軸壓比n=0.4,并且在每級(jí)荷載或水平位移下的,則含鋼量5.9%～11.8%、混凝土強(qiáng)度80～97Mpa的鋼管混凝土試件R_u=1/26～1/35,而含鋼量較低或大體相當(dāng)(7.4%～10.3%)、混凝土強(qiáng)度也較低(62～71Mpa)的鋼骨混凝土術(shù)琪 延性(R_u=1/47～1/50)反而不如鋼管柱;至于鋼筋混凝土柱(混凝土強(qiáng)度為60Mpa),在進(jìn)入屈服階段后,很難在每級(jí)水平位移下只反復(fù)循環(huán)1次,其極限位移角仍然較小,其延長(zhǎng)性根本不能與前二種組合術(shù)玎比.(2)當(dāng)軸壓比n=0.6,含鋼量11.8%的鋼管混凝土柱的R_u=1/43,而含鋼量約10%的鋼骨混凝土柱則為1/66,作為極限位移角的延性性能要比鋼管混凝土低50%,至于鋼筋混凝土柱在0.6高軸壓比下的脆性就更加突出.

鋼管混凝土柱的連接構(gòu)造,關(guān)系結(jié)構(gòu)安全,至為重要.它包括鋼管混凝土柱與樓蓋結(jié)構(gòu)的連接、鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土術(shù)珠連接、鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土基礎(chǔ)的連接、鋼管混凝土柱自身的接長(zhǎng)、鋼管與核心混凝土界面的抗剪連接等.我國(guó)在連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn).例如鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土樓蓋體系連接,其剪力傳遞的構(gòu)造,就有穿心的鋼牛腿和不穿心的環(huán)形鋼牛腿及鋼筋環(huán)兩大類;彎矩傳遞的構(gòu)造,也有鋼筋穿心和鋼筋不穿心兩大類,后者則有平行雙梁、變寬度梁和環(huán)梁等形式.為驗(yàn)證這些連接構(gòu)造成的可靠性,有關(guān)單位還進(jìn)行了專門(mén)的試驗(yàn)研究^[19～23].

以下是幾個(gè)典型工程實(shí)例.

2.1廣州好世界廣場(chǎng)大廈(圖1)^{[18、19]}

該大廈位于廣州市花園酒店西側(cè),環(huán)市東路與建設(shè)六馬路交匯處的繁華地段,地上33層,地下3層,地上總高度為116.3m地下層為設(shè)備房及人防面積,-1、-2層及地下1、2為商場(chǎng),3～8層為停車場(chǎng),9層以上為寫(xiě)字樓,占地面積3522?,建筑面積57000?,是國(guó)內(nèi)第一座采用C60級(jí)鋼管高強(qiáng)混凝土柱的超高層建筑.按7度地震設(shè)計(jì).

結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻,柱網(wǎng)為8.2×7.9m～6m(圖2).裙樓柱最大軸國(guó)秋13000Kn,主樓柱最大軸力為39000kN.如采用C40級(jí)鋼筋混凝土柱,截面尺寸將為1.8m×1.8m,這樣大的柱截面,嚴(yán)懲影響建筑使用.經(jīng)反復(fù)研究,決定在地上2層以下,采用C60級(jí)的鋼管高強(qiáng)混凝土柱,以縮小柱的截面積.最后,裙樓柱縮小為直徑700?,主樓柱縮小為直徑1100～1200?的鋼管高強(qiáng)混凝土柱,鋼管壁厚分別為10?和20?,管材為Q235鋼,直縫焊接管,從而經(jīng)濟(jì)有效地解決了“胖柱”問(wèn)題.

 

鋼管內(nèi)的混凝土澆灌采用自鋼管上口泵送拋落方式,除在柱的頂部稍作振插處,其余部位不作振搗.經(jīng)模擬試驗(yàn),證明澆灌質(zhì)量良好.

鋼管高強(qiáng)混凝土柱為本工程地下部分的逆作法施工和并行開(kāi)展地下部分的施工創(chuàng)造了安全可靠的條件,使工期縮短了6個(gè)月.

該工程于1994年1月動(dòng)工,主體于1995年8月封頂.

鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接,其剪力傳遞采有箜乞討工字形鋼牛腿(承重銷),梁端彎矩傳遞則視建筑布置的具體情況,或采用雙梁接頭,鋼筋從鋼管兩側(cè)通過(guò),或采用單梁接頭,鋼筋直接與穿心牛腿的上下翼緣板焊牢.

                                 2.2天津今晚報(bào)大廈(圖3)^[24]

該大廈位于天津市南京路與南開(kāi)三馬路交匯處東北側(cè),占地面積1.6萬(wàn)?,總建筑面積8.2萬(wàn)?.地下兩層,地下38層,總高度為137m.集辦公、寫(xiě)字樓和公寓于一體,其中地下室為停車場(chǎng)和設(shè)備用房,裙房為娛樂(lè)中心和市場(chǎng),標(biāo)準(zhǔn)層共30層,12層以下為辦公用房,13層至25層為出租寫(xiě)字間,25層以上為公寓,在頂部設(shè)有升機(jī)停機(jī)坪.繼廣州好世界廣場(chǎng)大廈之后,今晚報(bào)大廈是采用C60級(jí)鋼管高強(qiáng)混凝土柱的第二座超高層建設(shè).按7度地震設(shè)計(jì).

     主樓結(jié)構(gòu)體系為內(nèi)筒稀柱現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(圖4).樓蓋為井式雙向密肋板,其結(jié)構(gòu)厚度為430?.柱網(wǎng)為8.4m×8.4m.柱最大軸力為35000kN,若采有C60級(jí)鋼筋高強(qiáng)混凝土柱,截面尺寸需要1.4m×1.4m,這樣一來(lái),8.4m術(shù)現(xiàn)金帳的術(shù)璋凈距只有7m,每術(shù)璋停三輛車已不可能.而采用C60級(jí)鋼管高強(qiáng)混凝土柱,柱徑僅1020?,柱凈空為7.38m,可停三輛車,顯著提高了地下停車場(chǎng)的使用效能.根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn),柱子從底至頂,全部采用鋼管混凝土柱..鋼管為3號(hào)鋼螺旋縫焊接管.柱子從底到頂分5段逐漸減小，管徑從1020?減至630?，每段縮小100?，管壁厚度從14?逐段減至8?，混凝土從C60逐段降至C35。

柱與板連接，采用不穿心的環(huán)形鋼牛腿傳遞剪力。環(huán)形牛腿由16條豎向腹板與上下加強(qiáng)環(huán)焊接而成。腹板與鋼管柱、上下加強(qiáng)環(huán)板之間的連接為雙面滿焊，上下加強(qiáng)環(huán)與鋼管柱的連接采用間斷焊，間斷率為50%。彎矩傳遞，與雙梁類似，鋼筋從鋼管兩側(cè)通過(guò)，不穿過(guò)鋼管。

該工程于1994年動(dòng)工，1995年封頂。

2.3深圳賽格廣場(chǎng)大廈（圖5）^{[25 26]}

該大廈位于深圳市南中路與華強(qiáng)北路交匯處東北角的商業(yè)繁華地段,占地9655?,總建筑面積超過(guò)16萬(wàn)?,地上72層(含裙房10層),地下4層,總高度291.6m,是一座以電子高科技為主,兼匯展、辦公、商貿(mào)、信息、證券、娛樂(lè)為一體的多功能綜合型樓宇.按7度地震設(shè)計(jì).這是我國(guó)第一座采用鋼管高強(qiáng)混凝土柱的鋼結(jié)構(gòu)體系超高層建筑,也是目前世界最市制一座鋼管混凝土高層建筑