型钢柱在中国铁建.国际城A座商务楼主体结构中的应用
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摘要：随着高层建筑施工的快速发展，高大空间建筑结构体系越来越常见。为加强建筑物下部结构的强度、刚度和延性，保证楼层平面整体性，减小传统框架柱截面尺寸，增加建筑使用面积与层高，中国铁建・国际城公建项目A座商务楼主体工程施工中，引进了型钢柱施工技术。本文分别从本工程中该技术的可行性、结构安全性、经济性、施工方法与注意事项等方面做一阐述与分析。
关键词：型钢柱；混凝土；主体；结构
中图分类号：TV331文献标识码： A
1．型钢柱施工技术
型钢混凝土结构 (Steel Reinforced Concrete Composite Structures,简称SRC)是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立结构型式，房屋建筑中，选用该结构形式的柱体即为型钢混凝土柱（简称型钢柱）。
型钢有其固有的强度和延性，所以将型钢、钢筋、混凝土三者结合而成的型钢柱具备了比传统的钢混柱承载力强、刚度大、抗震性能好的优点；还可以减小墙柱截面、增加使用空间、节省模板和支撑；此外，型钢柱还具有防火性能好、柱体局部和整体稳定性强、节省钢材等优点。采用型钢柱施工工艺，具有显著的技术经济效益和社会效益。
2．A座商务楼工程概况
中国铁建・国际城A座商务楼位于济南市解放东路以北，奥体西路以东，总建筑面积63236.53O，主体为框架--抗震墙结构，地下二层，地上二十六层，高度136m，是一座集地下车库、办公、商务活动为一体的综合性办公楼。
该商务楼主体结构中，地下二层至地上五层3、4轴线上各设了五棵十字形型钢柱。见如下平面布置图（图2-1）：
图2-1 型钢柱平面布置图（位于3、4轴线上）
A座商务楼主体总计28层，建筑物在抗震性、消防安全等方面设计要求非常高。所以，主体结构中，引进型钢柱施工技术，是保证建筑结构安全性的必然要求。另外结合工程实际，该技术对于现场各类作业条件无特别要求，具体可行性分析如下：
3.1 从施工技术可行性方面进行分析
3.1.1 型钢柱施工所需环境条件
型钢柱施工作业场地安排，需包括型钢柱材料存放区、吊车作业停放区与吊装作业空间三个区域。规划A座商务楼东南侧钢筋存放区用以存放型钢柱材料、东侧钢筋加工场地与施工便道位置用以停放起重吊车，吊装作业高度30m≥H≥3m、吊装半径60m≥R≥5m范围内无永久物，施工环境满足覆盖各楼层型钢柱的吊装作业需求。
因此，从作业环境方面分析，该施工技术在A座商务楼主体结构中投入使用完全可行。
3.1.2 型钢柱对施工作业设备要求
型钢柱吊装作业中起重设备选用，根据A座商务楼主体结构中楼层层高较高，单节型钢柱长度较长、重量较大，塔吊吊重不能满足单节型钢的重量，需采用吊车，吊车操作位置距所安装型钢柱位置水平距离为42m，施工中采用400T吊车。(如下图3-1、3-2所示)
图3-1 型钢柱吊装作业 图3-2 型钢柱连接示意图
施工吊车设备能根据作业要求得以选用，型钢柱技术可以投入使用。
3.2 从结构安全性方面进行分析
3.2.1 型钢柱抗震优越性
型钢以其固有的刚度大、延性强等优点，使得型钢柱的强度、刚度、抗剪、抗拉、抗震更为优越，型钢混凝土的型钢可不受含钢率的限制，其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上，型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，因此在大地震中此种结构呈现出优良的抗震性能，建筑结构抗震安全性能更强。
3.1.2 型钢柱耐火性优点
实验研究表明，同截面尺寸的型钢柱与传统的钢混柱比较，火灾后型钢柱截面边缘附近最高温度一定的情况下，柱体由外而内温度梯度变化大，虽然表面混凝土强度损失多；但型钢柱中心区域最高温度更为低，几乎无温度变化，混凝土残余强度更大。因此，过火后，型钢柱比普通钢混柱的支撑强度更强，能有效保持建筑结构整体性。因此，型钢柱较普通钢混柱在耐久性、耐火度等方面均胜一筹。
综合以上对抗震性与耐火性的分析，型钢柱技术的引进，是对A座商务楼主体结构安全性的积极保障，更能满足该建筑质量的可靠度要求。
3.3 从工程经济性方面进行分析
3.3.1 节约的工期效益：
相比普通钢混柱工艺，型钢柱施工操作比较简单，地下二层至地上五层主体施工中，平均每层作业时间减少3天，共计缩短了工期21天，仅仅项目部层面就减少日常管理费等各类开支约16000元/天×21天=336000元。
3.3.2 人工费用的缩减：
型钢柱施工技术引进以后，型钢柱钢筋绑扎与模板安装两道工序变得更为容易简单，该工序所需时间也相应缩短，分项工程中工人作业量减少，在现有劳动效率水平下，所需人工减少，节省了人工费开支，平均每节型钢柱减少72工时，折合人工费20元/工时 ×72工时=1440元，合计人工费1440元/节×70节=100800元。
3.3.3 节约的工程材料造价：
因抗震要求，型钢柱在减小柱断面尺寸而不增大墙柱竖向结构的前提下，加大了楼层空间，因此该施工工艺比传统的增大墙柱竖向结构的钢混柱施工工艺节约了混凝土、模板与钢筋材料，平均每层节约各型号混凝土5.492m3，折合混凝土材料费600元/m3×5.492m3=3295.2元；节约模板27.46m2,折合模板材料费34元/m2 ×27.46m2=933.64元；节约钢筋材料1.194吨，折合钢材造价3300元/吨 ×1.194吨=3940.2元，合计节省材料费8169.04元×7层=57183.28元。
综上所述，从该工程实践中，工期缩短21天，直观上减少项目管理费、人工费与原材费用总计493983.28元，降低工程成本，经济效益显著。
3.4 型钢柱施工方法与注意事项
3.4.1 型钢柱的施工方法
最初的型钢柱施工方法为：1）、型钢柱吊装焊接；2）、超声波检测；3）、绑扎墙柱钢筋；4）、支设墙柱模板；5）、浇筑墙柱混凝土；6）、支设顶梁板模板；7）、绑扎顶梁板钢筋；8）、浇筑顶梁板混凝土。
后来为了优化施工工序，紧凑工序间的衔接，减少施工中无端浪费的时间，将该工艺优化如下图所示（图3-3）：
图3-3 型钢柱施工工序图
即：在支设顶梁板模板与绑扎顶梁板钢筋的同时进行型钢柱的吊装、焊接、检测，型钢柱的施工穿行（不占工期）；下层的墙柱钢筋与本层的顶梁板钢筋同时绑扎,本层的墙柱与顶梁板混凝土一起浇筑。
A座商务楼主体结构型钢柱施工中选用的是优化工序，有效地缩短了工期。
3.4.2 型钢柱的施工注意事项
要做好型钢混凝土柱施工过程中的质量控制，必须注意以下几点：
（1）、对于运进施工现场的型钢柱外形尺寸要进行严格验收；
（2）、根据吊装能力和楼层高度合理确定型钢分节高度；
（3）、根据梁、柱钢筋配置情况以及钢筋与锚钉之间最小保护层要求，准确确定锚钉长度以及梁、柱接头处的锚钉标高；
（4）、合理确定型钢柱现场焊接工艺，采用从中间向四周扩展，采用结构对称、节点对称的焊接顺序（如图3-2）；
（5）、焊接过程中测量监控到位，保证型钢柱焊接后的平面位置与垂直度；
（6）、优化梁、柱节点设计，合理配置钢筋，事先确定钢筋安装与混凝土浇筑方法。
图4-1 焊缝超声波无损检查
结语：
型钢柱在A座商务楼主体工程中,得到了成功应用。型钢柱制作、安装质量达到设计要求，所有焊缝经超声波探伤100%合格(如上图4-1)；C60高强度混凝土按照GBT50107-2010《混凝土强度检验评定标准》评定符合要求，主体结构通过山东同圆设计集团有限公司和济南市质监站的联合验收，综合评定为优良。
结合市民对于奥体新区高大建筑物的关注度较高，A座商务楼主体工程展示面优越，型钢柱技术在该工程中的应用效果影响力意义更大，对于企业形象的塑造与建筑市场的开拓占领，有着非常长远的社会影响力，取得了良好的社会效益。
参考文献：
〔１〕中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010―2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2011；
〔２〕中华人民共和国建设部.JGJ138―2001型钢混凝土组合结构设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002；
〔３〕郑山锁,张亮,李磊等.型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2012,33(5):124-132；
〔4 〕李宝红，潘保生.型钢混凝土柱在高层施工中的应用.河南:建筑行业优秀论文集,2013.08。