超高层框架柱方案选型及钢管混凝土柱设计要点的分析

陈志强

摘要：在超高层建筑设计中，框架制的方案选择是其工程项目中的重点环节，是保证整体质量水平的基础内容。文章从不同框架类型的选择上展开分析，并对其中钢管混凝土柱的相关设计节点进行讨论，在梁柱节点、混凝土密实度、浇筑方案、防火涂料几个方面进行深入分析，为相关的工程建设提供参考。

关键词：框架柱；方案选型；钢筋混凝土；设计要点

引言：随着社会经济水平的不断发展，建筑行业发展尤为迅猛，其中的超高层建筑由于自身的外形结构与建筑工艺的特殊性，成为了城市的地标性建筑物，是一个城市发展水平的具体象征。所以，对其建筑方法以及框架柱结构进行合理的设计成为了该类工程项目研究的重点工作，必须从不同的选型方案展开分析。

一、超高层框架柱不同类型方案的比较

在超高层建筑的框架柱类型中，主要包括钢管混凝土柱与型钢混凝土柱两种类型，为方案的实施带来了可选择性。但两者在具体参数中有着明显的差异性，力学特性、抗震、防火效果都有着明显的不同。

在具体的应用中，钢管混凝土柱不会受到限制轴压比的控制，抗弯曲的能力较强，同种条件下，与型钢混凝土的方案相比较，在超高层框架柱结构设计中有着更为突出的性能优势，能够尽最大可能的缩小横截面积，以达到减少钢材消耗的效果。同样，这种力学上的优势水平，也延展到了抗震、防火效果上，充分发挥钢材的延展性优势于混凝土的防火抗腐能力，使两者的优势作用达到互补协调的效果，在建筑中发挥更强大的作用。

二、钢管混凝土的关键技术要点

（一）梁柱节点的选择

整体框架结构中，利用钢性连接点将钢管混凝土柱同钢梁有效的组合起来，具体的连接点类型包括外环、内环与穿心节点三种不同类型。

外环连接方法，将负责衔接加劲板环绕在钢管的外部。在应用中，这种连接方式有着传力可靠性的明显特点，同时，由于加劲板的设置在外部，可以方便的进行连接工作，并且具有较强的适应性特点，降低复杂程度为浇筑工作带来极大的便利性。但这一方法的板材尺寸相对较大，在厚度上也有着一定需要，对钢材的质量要求较为严格。

相较于外环连接，内环连接防范是将加劲板置于钢管内部，并相应的设置排气孔，以方便混凝土的建筑工作。在具体应用上，加劲板尺寸较小使其成为最明显的特点，也由于外部不设置加劲板，所以不会对幕墙等建筑外部围护结构造成影响，相对要求也比较低。具体的内环节点的应用，是依据实际工程项目的标准而定的，常在大于等于1m的柱型中应用。

穿心节点是在内环技术的基础上发展出来的，将钢梁翼缘置于钢管内部。这一技术特点保留了减少钢材消耗的优势，使得力量的传递更加准确、直接，通过反负荷的作用，使其在具体的滞回、延性性能上优于内外环技术。在实际的应用中，这一方法，大多被应用在同一直线的连接上。

（二）混凝土密实度与结构控制

混凝土的密实程度，很大程度上影响着钢管混凝土柱的结构特征，是保持整体结构稳定性，完成设计要求的重要内容。在工程项目中，为了更好的发挥出套箍效应保证混凝土与钢管的完美结合，必须重视以下两点对其质量的影响。一个是常温条件下，混凝土收缩所产生的钢管间隙。另一个是由于温度上升混凝土产生的膨胀系数增加所导致的“空脱”现象。

为了有效地控制间隙的产生，应结合水泥掺和、养护、砂率、水灰比、添加剂等硬性技术条件，并在一定温度范围内，通过合理的浇筑技术方法，实现综合统筹的控制效果。为了更好的对密实度进行控制，应选用免振捣的混凝土，并合理的配置骨料与水质。在进行施工前进行合理的足尺试验，以保证方案的可行性和合理性，防止造成塌落。

另外，要在施工的时间上进行控制，避免在冬季进行施工，防止由于外界温度造成的混凝土膨胀现象。在必要的情况下，可以对钢管进行加温操作，通过温度预应力起到收缩、紧箍的效果。

（三）混凝土浇筑方法

钢管混凝土的建筑方式主要有以下两种。第一种是高位抛落法，这种方式利用重力原则，将自密实的混凝土从较高的位置顺着钢管流下，自上而下的实现浇筑的效果，不需要相应的振捣方法进行辅助。另一种是利用泵送机的顶升方法，利用高压泵机的作用，将混凝土自下而上的压人钢管，最终填满为止，也不需要相关的振捣操作。

由于用钢量特点的影响顶升法更加适用于内环连接方式，并且在气孔的作用下，可以使浇筑巩固的混凝土密实度得到保障。另外，即便是在抛落法的操作中也因为气孔的作用，减少产生间隙的几率。

在顶升法的应用中，有着明显的效率优势，可以很好的提升整体浇筑的进度水平，并灵活的在已完成楼板处开展工作，尽可能的减少抛落法在高空作业中带来的风险，使安全l生得到有效保证“。

（四）防火涂料选择

防火安全，是高层建筑中重点的工作内容，必须得到相应的重视。对于钢管混凝土柱的施工操作，更应当强化防火工作，根据相关工程质量标准进行防火喷涂操作。具体的措施方法可以运用砂浆包覆、涂料、防火板能措施。

以涂料为例，在进行选择时要充分分析膨胀性特点，并以具体的钢管混凝土材料的直径对其厚度进行控制。注意，相对直径较大的框架柱防火性能更强，适当的采用防火漆或是膨胀型防火涂料进行操作，可以减少施工完成后的外层装饰，并使整体尺寸相对减少，控制成本消耗。

防火涂料的使用和选择，大大的增加了超高层框架柱的安全性能，保證了整体工程项目的安全指标。另外，通过对梁柱节点、混凝土密实度、混凝土浇筑方式的控制，使得关键的技术点得到了质量的保证，在提高整体建筑质量水平的同时，促进了施工技术的完善，是推动行业发展的重要动力。

（作者单位：北京都林国际工程设计咨询有限公司）