鋼管混凝土柱論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇鋼管混凝土柱論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

一.抗震設計思路發展歷程

隨著建筑結構抗震相關理論研究的不斷發展，結構抗震設計思路也經歷了一系列的變化。

最初，在未考慮結構彈性動力特征，也無詳細的地震作用記錄統計資料的條件下，經驗性的取一個地震水平作用（0.1倍自重）用于結構設計。到了60年代，隨著地面運動記錄的不斷豐富，人們通過單自由度體系的彈性反應譜，第一次從宏觀上看到地震對彈性結構引起的反應隨結構周期和阻尼比變化的總體趨勢，揭示了結構在地震地面運動的隨機激勵下的強迫振動動力特征。但同時也發現一個無法解釋的矛盾，當時規范所取的設計用地面運動加速度明顯小于按彈性反應譜得出的作用于結構上的地面運動加速度，這些結構大多數卻并未出現嚴重損壞和倒塌。后來隨著對結構非線性性能的不斷研究，人們發現設計結構時取的地震作用只是賦予結構一個基本屈服承載力，當發生更大地震時，結構將在一系列控制部位進入屈服后非彈性變形狀態，并靠其屈服后的非彈性變形能力來經受地震作用。由此，也逐漸形成了使結構在一定水平的地震作用下進入屈服，并達到足夠的屈服后非彈性變形狀態來耗散能量的現代抗震設計理論。

由以上可以看出，結構抗震設計思路經歷了從彈性到非線性，從基于經驗到基于非線性理論，從單純保證結構承載能力的“抗”到允許結構屈服，并賦予結構一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉變。

二.現代抗震設計思路及關系

在當前抗震理論下形成的現代抗震設計思路，其主要內容是：

1.合理選擇確定結構屈服水準的地震作用。一般先以一具有統計意義的地面峰值加速度作為該地區地震強弱標志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系數）得到不同的設計用地面運動加速度（即小震的）來進行結構的強度設計，從而確定了結構的屈服水準。

2.制定有效的抗震措施使結構確實具備設計時采用的R所對應的延性能力。其中主要包括內力調整措施（強柱弱梁、強剪弱彎）和抗震構造措施。

現代抗震設計理念是基于對結構非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是關系，關系主要指在不同滯回規律和地面運動特征下，結構的屈服水準與自振周期以及最大非彈性動力反應間的關系。其中R為彈塑性反應地震力降低系數，簡稱地震力降低系數；而為最大非彈性反應位移與屈服位移之比，稱為位移延性系數；T則為按彈性剛度求得的結構自振周期。

60年代開始，研究者在滯回曲線為理想彈塑性及彈性剛度始終不變的前提下，通過對不同周期，不同屈服水準的非彈性單自由度體系做動力分析，得到了有關彈塑性反應下最大位移的規律：對T大于1.0秒的體系適用“等位移法則”即非彈性反應下的最大位移總等于同一地面運動輸入下的彈性反應最大位移。對于T在0.12－0.5秒之間的結構，適用“等能量法則”即非彈性反應下的彈塑性變形能等于同一地震地面運動輸入下的彈性變形能。當“等能量原則”適用時，隨著R的增大，位移延性需求的增長速度比“等位移原則”下按與R相同的比例增長更快。由以上規律我們可以看出，如果以結構彈性反應為準，把結構用來做承載能力設計的地震作用取的越低，即R越大，則結構在與彈性反應時相同的地震作用下達到的非彈性位移就越大，位移延性需求就越高。這意味著結構必須具有更高的塑性變形能力。規律初步揭示出不同彈性周期的結構，當其彈塑性屈服水準取值大小不同時，在同一地面運動輸入下屈服水準與所達到的最大非彈性位移之間的關系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準不高的結構在較大地震引起的非彈性動力反應中不致發生嚴重損壞和倒塌的主要原因。讓人們認識到延性在抗震設計中的重要性。

之所以存在上訴的規律，我們應該注意到鋼筋混凝土結構的一些相關特性。首先，通過人為措施可以使結構具有一定的延性，即結構在外部作用下，可以發生足夠的非線性變形，而又維持承載力的屬性。這樣就可以保證結構在進入較大非線性變形時，不會出現因強度急劇下降而導致的嚴重破壞和倒塌，從而使結構在非線性變形狀態下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結構，在一定的外力作用下，結構將從彈性進入非彈性狀態。在非彈性變形過程中，外力做功全部變為熱能，并傳入空氣中耗散掉。我們可以進一步以單質點體系的無阻尼振動來分析，在彈性范圍振動時，慣性力與彈性恢復力總處于動態平衡狀態，體系能量在動能、勢能間不停轉換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體系進入屈服后狀態，則體系在平衡位置的動能將在最大位移處轉化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復作用下，結構在振動過程中，如果進入屈服后狀態，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結構的累積能量，從而減小地震反應。同時，實際結構存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應。此外，結構進入非彈性狀態后，其側向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導致結構瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。

隨著對規律認識的深入，這一規律已被各國規范所接受。在抗震設計時，對在同一烈度區的同一類結構，可以根據情況取用不同的R，也就是不同的用于強度設計的地震作用。當R取值較大，即用于設計的地震作用較小時，對結構的延性要求就越嚴；反之，當R取值較小，即用于設計的地震作用較大時，對結構的延性要求就可放松。

目前，國際上逐步形成了一套“多層次，多水準性態控制目標”的抗震理念。這一理念主要含義為：工程師應該選擇合適的形態水準和地震荷載進行結構設計。建筑物的性態是由結構的性態，非結構構件和體系的性態以及建筑物內容物性態的組合。目前性態水準一般分為：損傷出現（damageonset）、正常運作（operational）、能繼續居住（countinuedoccupancy）、可修復的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。性態目標指建筑物在一定程度的地震作用下對所期望的性態水準的表述。對建筑抗震設計應采用多重性態目標，比如美國的“面向2000基于性態工程的框架方案”曾對一般結構、必要結構、對安全起控制作用的結構分別建議了相應的性態目標――基本目標（常遇地震下完全正常運作，少遇地震下正常運作，罕遇地震下保證生命安全，極罕遇地震下接近倒塌）、必要目標（少于地震下完全正常運作，罕遇地震下正常運作，極罕遇地震下保證生命安全）、對安全其控制作用的目標（罕遇地震下完全正常運作，極罕遇地震下正常運作）。對重要性不同的建筑，如協助進行災害恢復行動的醫院等建筑，應該按較高的性態目標設計，此外，也可以針對甲方對建筑提出的不同抗震要求，選擇不同的性態目標。

三.保證結構延性能力的抗震措施

合理選擇了結構的屈服水準和延性要求后，就需要通過抗震措施來保證結構確實具有所需的延性能力，從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標。系統的抗震措施包括以下幾個方面內容：

1.“強柱弱梁”：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現較早，在達到最大非線性位移時塑性轉動較大；而柱端塑性鉸出現較晚，在達到最大非線性位移時塑性轉動較小，甚至根本不出現塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。

2.“強剪弱彎”：剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發生剪切破壞，該部位就將徹底退出結構抗震能力，對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值，使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪切破壞。

3.抗震構造措施：通過抗震構造措施來保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時保證結構的整體性。

這一系統的抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機構卻出現了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優先引導梁端出塑性鉸為前提。

新西蘭的抗震研究者認為耗能機構宜采用符合塑性力學中的“理想梁鉸機構”，即梁端全部形成塑性鉸，同時底層柱底也都形成塑性鉸的“全結構塑性機構”。其具體做法是通過結構分析得到各構件組合內力值后，對梁端截面就按組合彎矩進行截面設計；而對除底層柱底以外的柱截面，則用人為增大了以后的組合彎矩和組合軸力進行設計；對底層柱底截面則用增大幅度較小的組合彎矩和組合軸力進行截面設計。通過這一做法實現在大震下的較大塑性變形中，梁端塑性鉸形成的較為普遍，底層柱底塑性鉸出現遲于梁端塑性鉸，而其余所有的柱截面不出現塑性鉸，最終形成“理想梁鉸機構”。為此，這種方法就必須取足夠大的柱端彎矩增強系數。

美國抗震界則認為新西蘭取的柱彎矩增強系數過大，根據經驗取了較小的柱彎矩增強系數，這一做法使結構在大震引起的非彈性變形過程中，梁端塑性鉸形成較早，柱端塑性鉸形成的相對較遲，梁端塑性鉸形成的較普遍，柱端塑性鉸形成的相對少一些，從而形成“梁柱塑性鉸機構”。

新西蘭抗震措施的好處在于“理想梁鉸機構”完全利用了延性和塑性耗能能力較好的梁端塑性鉸來實現框架延性和耗散地震能量，同時因為除底層柱底外的其它柱端不出現塑性鉸，也就不必再對這些柱端加更多的箍筋。但是這種思路過于受塑性力學形成理想機構概念的制約，總認為底層柱底應該形成塑性鉸，這樣就對底層柱底提出了較嚴格的軸壓比要求，同時還要用足夠多的箍筋來使柱底截面具有所需的延性，此外，底層柱底如果延性不夠發生破壞很容易導致結構整體倒塌。這些不利因素使該方法喪失了很大的優勢。

因此很多研究者認為不需要被塑性力學的機構概念所限制，只要能在大震下實現以下的塑性耗能機構，就能保證抗震設計的基本要求：

1.以梁端塑性鉸耗能為主；

2.不限制柱端塑性鉸出現（包括底層柱底），但是通過適當增強柱端抗彎能力的方法使它在大震下的塑性轉動離其塑性轉動能力有足夠裕量；

3.同層各柱上下端不同時處于塑性變形狀態。

我國的抗震措施中對耗能機構的考慮也基本遵循了這一思路，采用了“梁柱塑性鉸機構”模式，而放棄了新西蘭的基于塑性力學的“理想梁鉸機構”模式。

抗震設計中我們為了避免沒有延性的剪切破壞的發生，采取了“強剪弱彎”的措施來處理構件受彎能力與受剪能力的關系問題。值得注意的是，與非抗震抗剪破壞相比，地震作用下的剪切破壞是不同的。以梁構件為例，在較大地震作用下，梁端形成交叉斜裂縫區，該區混凝土受斜裂縫分割，形成若干個菱形塊體，而且破碎會隨著延性增長而加劇。由于交叉斜裂縫與塑性鉸區基本重合，垂直和斜裂縫寬度都會隨延性而增大。抗震下根據梁端的受力特征，正剪力總是大于負剪力，正剪力作用下的剪壓區一般位于梁下部，但由于地震的往復作用，梁底的混凝土保護層可能已經剝落，從而削弱了混凝土剪壓區的抗剪能力；交叉斜裂縫寬度比非抗震情況大，以及斜裂縫反復開閉，混凝土破碎更嚴重，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應退化；混凝土保護層剝落和裂縫的加寬又會使縱筋的銷栓作用有一定退化。可見，地震作用下，混凝土抗剪能力嚴重退化，但是試驗發現箍筋的抗剪能力仍可以維持。當地震作用越來越小時，梁端可能不出現雙向斜裂縫，而出現單向斜裂縫，裂縫寬度發育也從大于非抗震情況到接近非抗震情況，抗剪環境越來越有利。此外，抗震抗剪要求結構構件應在大震下預計達到的非彈性變形狀態之前不發生剪切破壞。因為框架剪切破壞總是發生在梁端塑性鉸區，這就不僅要求在梁端形成塑性鉸前不發生剪切破壞，而且抗剪能力還要維持到塑性鉸的塑性轉動達到大震所要求的程度，這就需要更多的箍筋。同時，在梁端塑性變形過程中作用剪力并沒有明顯增大，也進一步說明這里增加的箍筋不是用來增大抗剪強度，而是為了提高構件在發生剪切破壞時所達的延性。

綜上所述，與非抗震抗剪相比，抗震抗剪性能是不同的，其性能與剪力作用環境，塑性區延性要求大小有關。我們可以采取以下公式來考慮抗震抗剪的強度公式：

其中為混凝土抗剪能力，為箍筋抗剪能力，為由于地震作用導致的混凝土抗剪能力下降的折減系數，且隨著剪力作用環境、延性要求而改變。我國的抗震抗剪強度公式也以上面公式為基礎的，但是為設計方便，不同的烈度區取用了相同的公式，均取為0.6，與上面提到的混凝土抗剪能力隨地震作用變化而不同的規律不一致，較為粗略。

延性對抗震來說是極其重要的一個性質，我們要想通過抗震措施來保證結構的延性，那么就必須清楚影響延性的因素。對于梁柱等構件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點：混凝土極限壓應變，破壞時的受壓區高度。影響延性的其他因素實質都是這兩個根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大，混凝土受壓區高度就越大，延性越差；受壓鋼筋越多，混凝土受壓區高度越小，延性越好；混凝土強度越高，受壓區高度越低，延性越好（但如果混凝土強度過高可能會減小混凝土極限壓應變從而降低延性）；對柱子這類偏壓構件，軸壓力的存在會增大混凝土受壓區高度，減小延性；箍筋可以提高混凝土極限壓應變，從而提高延性，但對于高強度混凝土，受壓時，其橫向變形系數較一般混凝土明顯偏小，箍筋的約束作用不能充分發揮，所以對于高強度混凝土，不適于用加箍筋的方法來改善其延性。此外，箍筋還有約束縱向鋼筋，避免其發生局部壓屈失穩，提高構件抗剪能力的作用，因此箍筋對提高結構抗震性能具有相當重要的作用。根據以上規律，在抗震設計中為保證結構的延性，常常采用以下措施：控制受拉鋼筋配筋率，保證一定數量受壓鋼筋，通過加箍筋保證縱筋不局部壓屈失穩以及約束受壓混凝土，對柱子限制軸壓比等。

四.我國抗震設計思路中的部分不足

我國在學習借鑒世界其他國家抗震研究成果的基礎上，逐漸形成了自己的一套較為先進的抗震設計思路。其中大部分內容都符合現代抗震設計理念，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。

其中，最值得我們注意的是，與國外規范相比，我國抗震規范在對關系的認識上還存在一定的差距。歐洲和新西蘭規范按地震作用降低系數（“中震”的地面運動加速度與“小震”的地面運動加速度之比）來劃分延性等級，“小震”取值越高，延性要求越低，“小震”取值越低，延性要求越高。美國UBC規范按同樣原則來劃分延性等級，但在高烈度區推薦使用高延性等級，在低烈度區推薦使用低延性等級。這幾種抗震思路都是符合規律的。而目前我國將地震作用降低系數統一取為2.86，而且還把用于結構截面承載能力設計和變形驗算的小震賦予一個固定的統計意義。對延性要求則并未按關系來取對應的，而是按抗震等級來劃分，抗震等級實質又主要是由烈度分區來決定的。這就導致同一個R對應了不同的，從而制定了不同的抗震措施，這與關系是不一致的。這種思路造成低烈度區的結構延性要求可能偏低的結果。

另外，我國規定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準抗震設防目標也存在一定的問題。該設防目標對甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來說，并不都是恰當的。這種籠統的設防目標也不符合當今國際上的“多層次，多水準性態控制目標”思想，這種多性態目標思想提倡在建筑抗震設計中應靈活采用多重性態目標。甲類建筑指重大建筑工程和地震時可能發生嚴重此生災害的建筑，乙類建筑指地震時使用不能中斷或需要盡快修復的建筑，由于不同類別建筑的不同重要性，不宜再籠統的使用以上同一個性態目標（設防目標），此外，還應該考慮建筑所有者的不同要求，選擇不同的設防目標，從而做到在性態目標的選擇上更加靈活。

五.常用抗震分析方法

伴隨著抗震理論的發展，各種抗震分析方法也不斷出現在研究和設計領域。

篇2

0 引言：

隨著建筑行業的發展，翼墻加固方法也引用到了建筑結構中，翼墻能夠很好提高構件的抗側移能力，放置在柱子的兩側或者一側和柱子形成一個新的整體，共同承擔荷載，增加了柱子的抗震性能[1]。在地震的作用下翼墻先于框架柱破壞，起到了很好的保護框架柱的作用，增大了整體結構的延性和耗能能力。

翼墻加固法具有加固效果非常的顯著、施工方便、造價低等優點，本文在上述實驗的基礎上進一步考慮了影響鋼管混凝土翼墻加固柱受力性能的幾個參數。利用有限元軟件ABAQUS通過對比分析法，得出參數對加固柱受力性能的影響。

1試件設計和材料力學性能

1.1試件設計

本文模擬中選取如下模型作為研究對象：混凝土柱尺寸為500×500mm，柱高為1.8m，縱向鋼筋為12B16，箍筋為B8@ 200mm，底端加密箍筋為B8@100mm，兩側的翼墻為鋼管混凝土，用鋼套箍將鋼管混凝土翼墻端部與鋼筋混凝土柱固結在一起，其它部位無連接，鋼套箍為高度為300mm，厚度為5mm。其中一個構件的截面如圖5.1所示。

構件組的尺寸如表1所示。其中L（mm）表示鋼筋混凝土柱的長，B（mm）表示鋼筋混凝土柱的寬；l（mm）表示鋼管混凝土翼墻的長度，b（mm）表示鋼管混凝土翼墻的厚度；n表示軸壓比；t表示鋼管的厚度。

1.2材料力學性能

本文混凝土采用 C30，縱向受力鋼筋和箍筋均采用HRB335級鋼材，鋼管采用Q345的鋼材。

2利用ABAQUS對加固柱進行模擬分析

2.1模型建立

在本模擬中，混凝土翼墻和混凝土柱以及鋼管三個部件均用8節點線性減縮積分式單元（C3D8R），縱向鋼筋和水平箍筋采用兩節點線性減縮積分式三維桁架單元（T3D2）[3]。

2.2定義相互作用

為了能夠很好的擬鋼管和混凝土之間的相互作用，本文認為鋼管和混凝土之間滿足下面幾個條件[4-5]：（1）鋼管和混凝土不可相互侵入；（2）接觸力的法向分量只能是壓力；（3）接觸面的切向存在摩擦。鋼管單元為主面，混凝土單元為從面，鋼管和混凝土之間允許小滑移，摩擦系數為0.6，法向設定為硬接觸，允許主、從面分離。

2.3施加邊界條件與荷載

結合工程實際我們取框架柱中反彎點到固定端的部分作為研究對象，所以本文模擬中模型一端為自由端，另一端為固定端。

3管混凝土翼墻加固柱模擬結果分析

本文利用ABAQUS軟件對三組構件，共6個有限元模型分別進行低周反復荷載作用下的模擬，這三組構件分別采用了軸壓比不同其余變量相同和翼緣長度不同其余變量相同的原則進行對比分析，現選出其中幾組進行分析。

3.1軸壓比對構件的影響

通過對構件進行模擬分析，分別提取了加固柱的滯回曲線和骨架曲線，鋼管混凝土翼墻中鋼管厚度為7mm時，軸壓比分別為0.3、0.5的加固構件的滯回曲線、骨架曲線圖所示。

如圖可知滯回曲線的形狀比較飽滿，當n=0.3時，構件受到的最大荷載值Fmax=723KN；n=0.5時，Fmax=881KN；n=0.7時，Fmax=987KN；在加載后期，骨架曲線出現下降趨勢；隨著軸壓比的增大，曲線的下降斜率也越大；

本文利用有限元軟件ABAQUS對建立的6個加固模型進行了模擬分析，并提取了它們的滯回曲線和骨架曲線。對其曲線進行了整理和分析得到以下結論：

（1）利用有限元軟件ABAQUS軸壓比、為參數建立的6個鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱模型進行分析，從滯回曲線和骨架曲線上可知，鋼管混凝土翼墻加固柱均具有較好的耗能能力及抗震性能。

（2）通過對軸壓比不同的幾組加固構件的有限元模擬分析結果看出，隨著軸壓比的增加，加固柱的極限承載力增大。加載過程中隨著加載位移的增大，鋼管混凝土翼墻加固柱水平承載力有所下降，說明軸壓比越大加固柱的延性越低。

參考文獻

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作者簡介：

篇3

題目:格構式鋼管混凝土柱的耐火性能分析

課題來源：

研究人從事煉鋼廠房，連鑄廠房以及與鋼鐵行業相關的工藝平臺，管道支架等的結構設計。在設計過程中經常遇見采用格構式鋼管混凝土柱的工程；而一方面行業內對鋼結構組合結構有防火要求，另一方面鋼鐵廠相比其他工業廠房更容易發生火災，因此本研究擬以格構式鋼管混凝土柱升溫與降溫受火性能研究為方向，考察破壞形態及其受火極限狀態。

選題依據和背景情況：

鋼管混凝土作為一種新型的組合結構，是在鋼管內部填加混凝土材料而構成一種新型的構件。鋼管混凝土一般簡寫為 CFST（concrete filled steel tubular），其橫截面的布置各有不同，按照形狀可以分為圓鋼管、矩形鋼管、和多邊形鋼管混凝土。 鋼管混凝土構件中的兩種組成材料在外荷載作用下發生相互作用，其中最主要的作用為鋼管內部核心的混凝土受到來自外圍鋼管的套箍作用，而處于三向應力狀態，使混凝土的強度、塑性等力學性能得到了提高。同時，混凝土的存在，又可避免或延緩鋼管容易發生局部屈曲的特性，從而能夠發揮鋼材的材料強度。鋼管混凝土構件具有比鋼管和混凝土簡單疊加后更高的抗壓能力以及良好的塑性、韌性和抗震性能。 此外，鋼管混凝土還有延性好，抗壓強度高，比鋼結構具有更好的抗火性能和更好的抗震性能。在施工中，外套鋼管可起到模板的作用，便于直接澆筑混凝土，加快施工進度。綜上所述，鋼管混凝土構件中鋼管和混凝土取長補短，使鋼管混凝土構件具有強度高、耐疲勞、抗沖擊、延性好、抗震、抗火和便于施工等良好性能

二、文獻綜述

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三、研究內容

四、研究基礎

1．所需工程技術、研究條件

本科碩士階段所學習的課程：鋼結構基本原理與設計、組合結構設計、結構抗火設計、

篇4

鋼管混凝土柱在工程中的應用日益廣泛,其耐火性能和防火措施問題受到了人們的關注。在火災作用下,鋼管混凝土柱構件截面會形成不均勻的溫度場,同時材料性能在高溫下會不斷惡化,其溫度效應和結構效應是同時存在的。因此熱力耦合分析是比較接近實際的方法,但是處理難度較大。在一般情況下,結構構件的溫度分布主要受到外界火焰溫度、材料熱工性能、構件形狀和尺寸等的影響,而結構內力狀態和變形等的影響非常小[1],因此可以先求出構件溫度場,然后將溫度場結果用于受力性能的計算,這在以往的理論研究中采用較多,例如韓林海[2]、Lie和Denham[3]、鄭永乾[4]、王衛華[5]等。

纖維模型法、分段積分法和有限元法在常溫下鋼管混凝土構件的分析中已得到較為廣泛的應用,通過考慮熱工參數和力-熱本構關系等,可以將上述方法用于高溫分析中。作者通過在以往福州大學組合結構課題組中的學習研究以及現在的探索,對上述分析方法及其特點進行了介紹,并對鋼管混凝土柱的防火措施進行了探討,以期為有關理論研究和工程實踐提供參考。

1溫度場分析方法

1.1 自編截面溫度場有限元程序

鋼管混凝土構件在四面受火時可近似地認為溫度沿著構件長度方向不變化,因此可簡化為沿截面的二維溫度場問題。根據孔祥謙[6]描述的方法編制了分析鋼管混凝土構件在高溫下截面溫度場的非線性有限元程序。材料熱工參數暫取用Lie和Denham[3]建議的鋼材和混凝土熱工參數表達式,并考慮了混凝土中水分的影響,對混凝土熱工參數進行了修正[7]。在受火面同時存在著對流和輻射兩種換熱,采用第三類邊界條件求解,對流傳熱系數取25W/m2K;綜合輻射系數取0.5[8]。計算時暫不考慮鋼材與混凝土之間的接觸熱阻,假設完全傳熱,截面劃分采用三角形單元。采用上述方法編制了計算火災下構件截面溫度場的MATLAB程序,該程序適用性強,計算速度快,改變截面等重要參數亦能迅速得到溫度結果,程序計算結果可在后文纖維模型法和分段積分法計算耐火極限中采用。

1.2 有限元軟件ABAQUS分析

圖1溫度-時間關系計算結果與實驗結果對比

采用有限元軟件ABAQUS在進行結構分析時必須調節各節點溫度,因此建立的三維溫度場分析模型和結構分析模型一致。混凝土和剛性墊塊采用八節點三維實體單元DCC3D8D,鋼管采用四節點殼單元DS4。鋼管內壁與混凝土采用束縛(Tie)約束。

為驗證程序的正確性,本文對方鋼管混凝土柱截面溫度實驗曲線[9]進行計算,如圖1所示,可見,采用MATLAB和ABAQUS的計算結果與實驗結果吻合良好。其中,構件截面尺寸為B×ts=203×6.35mm,B為方鋼管外邊長,ts為鋼管壁厚,d為測點距鋼管面的距離。實驗按照加拿大設計規程CAN4-S101規定的升溫曲線進行。

2火災下受力性能分析方法

2.1 纖維模型法

鋼材在溫度和應力共同作用下的總應變(s)由三部分組成,即應力作用產生的應變(s)、自由膨脹應變(sth)和高溫瞬時蠕變(scr)。混凝土在溫度和應力共同作用下的總應變(c)由四部分組成[7],即應力作用產生的應變(c)、自由膨脹應變(cth)、高溫徐變(ccr)和瞬態熱應變(tr)。鋼材和混凝土的自由膨脹應變、高溫下鋼材的應力-應變關系均采用Lie和Denham[3]給出的表達式,高溫下受壓區混凝土的應力-應變關系采用韓林海[2]提供的約束混凝土模型,受拉區混凝土采用Rots等[10]提出的模型,具體表達式參考Cai等[11]。

計算時采用如下基本假設:(1)構件在變形過程中始終保持為平截面;(2)鋼材和混凝土之間無相對滑移;(3)忽略剪力對構件變形的影響;(4)構件兩端為鉸接,撓曲線為正弦半波曲線。由于對稱性,取一半截面計算,單元劃分如圖2所示。

根據截面上任一點的應變i,可確定對應的鋼管應力si和混凝土應力ci,則可得截面內彎矩Min和內軸力Nin為

(1)

(2)

其中,Asi和Aci分別為鋼管單元面積和混凝土單元面積,yi為計算單元形心坐標。

火災下,具有初始缺陷uo和荷載偏心距eo鋼管混凝土柱的荷載-變形關系及耐火極限的計算步驟如下:①計算截面參數,進行截面單元劃分,確定鋼管混凝土橫截面的溫度場分布;②給定中截面撓度um,計算中截面曲率,并假設截面形心處應變o;③計算單元形心處的應變i,計算鋼管應力si和混凝土應力ci;④計算內彎矩Min和內軸力Nin;⑤判斷是否滿足Min/Nin=eo+uo+um的條件,如果不滿足,則調整截面形心處的應變o并重復步驟③～④,直至滿足;⑥判斷是否滿足作用在構件上荷載=Nmax(t)的條件,Nmax(t)為t時刻溫度場情況下,鋼管混凝土柱荷載-變形關系曲線上峰值點對應的軸力,如果不滿足,則給定下一時刻的截面溫度場,并重復步驟③～⑤,直至滿足,則此時刻t即為構件的耐火極限。

采用纖維模型法對火災下鋼管混凝土構件的荷載-變形關系和耐火極限進行計算,概念明確,計算方便,但是纖維模型法是一種簡化的數值分析方法,在進行力學性能分析時,不能準確分析高溫作用下鋼與混凝土的應力狀態、應變發展和相互作用等,同時,采用纖維模型法時難以獲得構件在整個受火過程中的變形,而且計算時只能取計算長度。

2.2 分段積分法

高溫下材料應力-應變關系與纖維模型法相同,鋼材的高溫蠕變較為明顯,可采用AIJ[12]給出的表達式及系數。混凝土瞬態熱應變數值較大,在高溫分析中應合理考慮,本文選取Anderberg和Thelandersson提出的模型[13]。對于混凝土的高溫徐變,可選擇應用較多的Anderberg和Thelandersson模型[13]。

分析時采用的基本假設去掉纖維模型法基本假設中的(4),其余相同。為了反映材料在構件長度和截面兩個方向上性能的變化,在對鋼管混凝土柱進行單元劃分時,考慮兩個層次的劃分。在構件長度方向上劃分若干個梁-柱單元,將構件視為通過結點相連的梁-柱單元的集合。截面采用切線剛度法,類似于纖維模型法中的直接迭代法。將截面分割為若干微單元,確定微單元形心的幾何特性和相應的材料切線模量,然后利用合成法求得的材料切線模量和相應的單元幾何特性確定各個單元的貢獻,最后將各單元的貢獻疊加,從而獲得截面切線剛度距陣。由于對稱性取半個截面進行計算。鋼管混凝土構件截面單元劃分與纖維模型法截面劃分一致,沿長度方向單元劃分如圖3所示,其中N為作用在構件上的荷載,e為荷載偏心距。

本文采用近似的UL表述(即AUL表述),利用虛功原理可得AUL表述的局部坐標系下非線性梁-柱單元增量平衡方程為[14]:

(3)

其中,代表單元在直線位形的體積;和分別為應力和應力增量;eL和eNL分別為軸向應變的線性分量和非線性分量;d1va1679nfe為單元的結點位移增量向量;{r}和{r}分別為單元結點力向量和結點力增量向量;結點力和位移向量定義詳見鄭永乾[4]。

參考Jetteur等[14]可得局部坐標系下改進的AUL表述的單元增量平衡方程為:

(4)

式中,為梁-柱單元的切線剛度矩陣,可分為兩部分:,其中,為材料非線性的小位移剛度矩陣,為反映大位移效應的幾何剛度矩陣;{f}為梁-柱單元的結點力向量,具體表達式詳見鄭永乾[14]。

在進行程序編制中,采用了兩個級別的積分策略。在截面上采用合成法,即在截面上劃分足夠數目的微單元,將每個單元的貢獻采用直接迭加的辦法來實現積分的運算;在長度上采用六點Gauss積分法。溫度流動路徑可參考過鎮海和時旭東[1]推導確定。

采用分段積分法能夠獲得受火全過程的變形曲線及其耐火極限,能夠考慮鋼材高溫蠕變、混凝土瞬態熱應變和高溫徐變,能夠直接利用桿長和邊界條件計算。與纖維模型法一樣,分段積分法也難以準確分析高溫下鋼與混凝土相互作用等受力特性。

2.3 有限元軟件ABAQUS

以往不少學者已采用有限元軟件ABAQUS對鋼管混凝土柱在常溫下的受力性能進行了系統的分析[2],但對于高溫下的ABAQUS分析比較少,王衛華[5]對圓鋼管混凝土柱的耐火性能進行計算分析,計算結果與實驗結果比較總體偏于安全,計算時未考慮鋼材高溫蠕變和混凝土瞬態熱應變。

有限元模型中,鋼材采用ABAQUS軟件中提供的等向彈塑性模型,滿足Von Mises屈服準則。高溫下鋼管的應力-應變關系、蠕變表達式同分段積分法。混凝土采用ABAQUS軟件中提供的塑性損傷模型,模型中基本參數取值根據HKS[15]確定。高溫下受壓區混凝土的應力-應變關系采用韓林海[2]ABAQUS分析的常溫表達式,并參考韓林海[2]的高溫模型進行了修正。受拉區混凝土模型、瞬態熱應變關系同分段積分法,參考Li和Purkiss[13]將混凝土瞬態熱應變考慮到應力-總應變關系曲線中。需要說明的是,采用塑性損傷模型較難考慮混凝土高溫徐變,ABAQUS分析中暫不考慮其影響。

以Lie和Chabot [16]中構件C21為例,截面尺寸B×ts=273.1×5.56mm,鋼材屈服強度350MPa,混凝土圓柱體強度29MPa,硅質骨料,構件兩端固結,作用在構件上的荷載525kN。圖4所示為1/4構件的有限元分析模型,其中,鋼管采用四節點減縮積分格式的殼單元S4R,混凝土采用八節點減縮積分格式的三維實體單元C3D8R。端部設置剛性很大的墊塊施加軸向荷載,墊塊采用三維實體單元C3D8R模擬。剛性墊塊與鋼管采用Shell to Solid Coupling進行約束,與混凝土之間采用法向硬接觸約束。根據構件實際受力情況,設置兩個分析步驟,首先在構件加載位置施加荷載N,保持外荷載不變,調用溫度場分析結果計算。初始彎曲取1/1000桿長。

圖4有限元模型

利用上述方法,可以得到該鋼管混凝土柱的計算軸線變形()-受火時間(t)關系曲線,如圖5所示,其中向上軸向變形為正,構件壓縮為負。可見,計算結果與實驗結果總體趨勢接近,計算的耐火極限偏于安全。在軸壓比不大的情況下,升溫初期,由于鋼管溫度較高,熱膨脹也比核心混凝土大的多,構件膨脹大于外荷載引起的軸向壓縮,變形曲線上升,荷載主要由鋼管承擔,隨著鋼管溫度的提高,鋼材強度和彈性模量將大大退化,軸向變形曲線下降。當變形值下降到一定程度,核心混凝土繼續承受外荷載,隨著高溫下混凝土材料屬性的降低,軸向變形曲線逐漸下降直至構件破壞[17]。在軸壓比較大的情況下,前期上升的軸向變形則不明顯或不出現。

圖5軸線變形-時間關系曲線

圖6給出構件的破壞形態以及最終的應力狀態,其中變形放大了10倍。可見,構件跨中有較大的彎曲變形,左側與右上受火部位的鋼管與混凝土之間明顯脫開。跨中左側鋼管溫度達到931℃,Mises應力19.44MPa。端部未受火,承受較大外荷載,Mises應力最大為52.33MPa。混凝土縱向壓應力最大為14.69MPa,在頂部,對于跨中和離頂部約1/6桿長位置,混凝土縱向應力也較大,約達到13.85MPa。

(a) 破壞形態 (b) 鋼管Mises應力 (c) 混凝土縱向應力

圖6破壞時形態及應力分布

圖7所示為不同時間下構件跨中截面混凝土縱向應力的分布情況,為便于分析,在圖5中定出A~E點。可見,在常溫加載后,即0min時,跨中截面混凝土應力基本呈現帶狀分布,混凝土全截面受壓,由于初始彎曲,在外荷載作用下一側壓應力較高,如圖7(a)所示。升溫初期,荷載主要由外部鋼管承擔,截面混凝土溫度外高內低,高溫區的熱膨脹變形受到低溫區的約束,因此高溫區混凝土為壓應力,內部低溫區混凝土為拉應力,截面應力分布云圖與溫度分布類似,如圖7(b)所示。隨著截面內外溫差的減小,混凝土壓應力和內部拉應力有所減小,在C點位置,核心混凝土又開始承受外荷載,如圖7(c)所示。混凝土在溫度和外荷載作用下,壓應力增加,在D點位置,混凝土中心點壓應力6.96MPa,右邊緣點壓應力6.07MPa,如圖7(d)所示。隨著混凝土溫度的進一步升高,材料屬性惡化較為嚴重,跨中撓度增加較快,破壞時壓應力最大區域在截面中心偏下,即偏向構件彎曲內側,壓應力為13.85MPa,此時整個截面混凝土為受壓狀態,如圖7(e)所示。

(a) A點(0min) (b) B點(23min) (c) C點(33min)

(d) D點(68min) (e) E點(100min)

圖7不同時間下跨中截面混凝土縱向應力

采用ABAQUS軟件結果后處理形象直觀,能夠進行火災全過程的應力、應變、相互作用等受力特性分析。采用ABAQUS的建模、參數分析及計算的速度不如前面兩種,目前ABAQUS研究鋼管混凝土耐火性能尚不完善,例如適合于ABAQUS分析的混凝土高溫本構模型、混凝土高溫徐變、接觸熱阻取值、高溫下鋼與混凝土的粘結滑移等還需要進一步研究。

3防火措施

(1)根據韓林海[2]的研究結果,火災荷載比、截面尺寸、長細比和防火保護層厚度是影響鋼管混凝土柱耐火極限的主要因素。因此,為提高耐火極限,可在設計中降低荷載比、增大截面尺寸、改變長細比或采取防火保護措施。在鋼管混凝土外部采用防火保護是非常有效的方法,在不少工程中應用,例如深圳賽格廣場大廈、杭州瑞豐國際商務大廈、武漢國際證券大廈等[2]。防火保護可采用厚涂型鋼結構防火涂料、金屬網抹水泥砂漿、外包混凝土和采用防火板。

厚涂型鋼結構防火涂料效果明顯,在工程中應用較多。噴涂前,首先應將鋼管表面處理干凈,然后打底,底層材料由干料(圖8(a))、專用膠黏劑和水按一定比例攪拌均勻,如圖8(b)所示。接著利用空壓機(圖8(c))和噴槍在鋼管表面打底,一次攪拌的混合料宜在2小時內用完,圖8(d)所示為打底后的情況。待底層材料完全凝固硬化后可開始采用手工涂抹。取袋裝干料和水按一定比例攪拌均勻,在鋼管表面分層涂抹,如圖8(e)和(f)所示。

(2)配鋼筋。以往已有一些學者對鋼管配筋混凝土柱的耐火性能進行研究,取得了部分研究成果[2]。本文作者采用分段積分法計算了火災下鋼管配筋混凝土柱的變形和耐火極限,結果表明,對于專門考慮抗火作用鋼筋的構件,配筋率1～5%可比鋼管素混凝土柱耐火極限提高約10%～60%,配筋率每增加1%約增加11%。隨著鋼筋屈服強度的增加,構件的耐火極限稍有增加。對于火災荷載比包含鋼筋受力作用的構件,配筋率和鋼筋屈服強度對耐火極限的影響很小,該內容將另文發表。

(3)為保證火災時核心混凝土中水蒸氣能夠及時散發,確保結構安全工作,需在鋼管混凝土柱上設置排氣孔,直徑一般為20mm[2]。

(a)袋裝干料 (b) 攪拌均勻 (c) 空壓機

(d) 噴底層材料后 (e) 圓鋼管混凝土涂抹 (f) 方鋼管混凝土涂抹

圖8防火涂料施工

4結語

4.1 采用自編有限元程序和有限元軟件ABAQUS計算鋼管混凝土柱在火災下的溫度場,均可以取得較好的結果,同時為火災下構件受力性能的計算分析提供基礎。

4.2 纖維模型法、分段積分法和有限元法是火災下鋼管混凝土柱受力性能分析的常用方法。纖維模型法概念明確,計算方便,但它是一種簡化的數值分析方法,難以準確考慮鋼材的高溫蠕變、混凝土的瞬態熱應變和高溫徐變。分段積分法將構件沿著長度方向分為若干單元,將數值積分點處的截面分為若干面積單元,在單元分析中采用改進的AUL 表述推導得到梁柱單元剛度矩陣方程,程序中可合理考慮鋼材高溫蠕變、混凝土瞬態熱應變和高溫徐變。采用纖維模型法和分段積分法均難以準確分析高溫作用下鋼與混凝土的應力狀態、應變發展和相互作用等受力特性,采用有限元法可以很好地解決這些問題,但是有限元方法建模和計算速度較慢,適合有限元軟件分析的材料高溫本構、參數取值等研究尚不完善。

4.3 為提高鋼管混凝土柱的耐火極限,可在采用厚涂型鋼結構防火涂料、金屬網抹水泥砂漿、外包混凝土、防火板或配置專門考慮防火的鋼筋,其中在鋼管混凝土表面涂抹防火涂料是非常有效的保護措施。

隨著科學技術的發展,新型鋼管混凝土結構逐漸得到人們的重視,例如帶肋薄壁鋼管混凝土、中空夾層鋼管混凝土、鋼管高性能混凝土等,他們的耐火性能及其抗火設計、施工等問題還需要進一步探討。

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篇5

0 引言

現澆鋼筋混凝土柱是房屋結構中重要的承重構件之一。隨著房屋抗震要求的提高和墻體新材料的推廣使用，傳統的住宅磚混結構已逐漸被框架結構所替代，豎向承重構件混凝土柱對房屋結構來說就顯得尤為重要了。在對現場質量檢查時發現，目前混凝土柱質量狀況較混凝土梁板要差得多，一些混凝土質量通病在混凝土柱子上反映也比較集中。究其原因，柱模板的缺陷首當其沖。本文將在分析鋼筋混凝土柱模板缺陷的基礎上，探討防治措施。

1 產生鋼筋混凝土柱模板缺陷的原因

1.1 柱模板設置的夾箍間距過大或固定不牢，或者木模板的釘子被混凝土側壓力拔出，從而出現炸現象或柱身偏斜。

1.2 測量施工放樣不認真，出現較大的誤差，正式施工又未仔細校核，梁柱接頭處未按大樣圖安裝組合，結果會出現柱身偏斜和柱身扭曲等質量。

1.3 成排柱子在支模時，不進行統一拉線、不跟線、不找方，鋼筋發生偏斜不糾正就支模板。

1.4 柱子模板未進行很好保護，支模前就已發生歪扭，未進行修整又用一新的工程，不僅形狀不規矩，而且板縫不嚴密。

1.5 在柱模板安裝固定時，兩側模板固定的松緊程度不同，或者在進行模板設計時，對柱的夾箍和穿螺栓設計不重視。

1.6 模板上有舊的混凝土殘渣，在支模時未進行很好的清理，或拆模時間還早。

2 鋼筋混凝土柱模板缺陷的防治措施

2.1 在成排柱子支模式前，首先應按照設計圖紙進行測量放線，主要應放出排柱的縱向軸線、排柱的兩縱向邊線、各根柱子的橫向軸線、各根柱子的橫向邊線，并將柱子進行找方。放線應當確保準確，不得出現超出規范的誤差。

2.2 在柱子支模前，要對各根柱子的鋼筋進行仔細校正，檢查鋼筋和鋼箍的品種、直徑、數量、形容、位置、間距、保護層、垂直度、標高、牢固度等，是否符合施工規范的要求，對于不符合者應進行糾正。

2.3 柱子底部應做成小方盤式的模板，或以鋼筋、角鋼焊成柱斷面的外包框，以保證底部位置準確和牢固。

2.4 在成排柱模進行支模時，應先立兩面三刀端的柱模，待校核垂直度與復核無誤后，在柱模板的頂部拉通長直線，再立中間各根柱模。當柱子的間距不大時，柱間應用剪力撐及水平撐搭牢，當柱子的間距較大時，各根柱單獨采用四面斜撐，以保證柱子位置準確。

2.5 當采用鋼模板時，應當由下向上依次安裝，模板之間用楔形插銷插緊，在轉角位置用連接角模將兩模板連接，以保證角度的準確。

2.6 調節柱子模板每邊的拉桿或頂桿上的花籃螺栓，校正模板的垂直度，拉桿或頂桿的支承點(鋼筋環)要牢固可靠的與地面成不大于45夾角方向預埋在樓板混凝土內。

2.7 根據柱子的斷面大小及高度，柱子模板外面每隔500~800mm應加設牢固的柱箍，必要時再增加對拉螺栓，防止出現燒模。

2.8 在模板組裝前應將模板上的殘渣剔除干凈，模板的拼縫應符合規范規定，側面模板要切實支撐牢靠。

2.9 柱子模板如用木料制作，拼縫處應刨光拼嚴，門子板應根據柱寬采用適當厚度，確保混凝土澆筑過程中不漏漿、不炸模、不產生局部外鼓。

2.10 對于高度較大的柱子，應在模板的中部一側留設臨時澆搗口，以便澆筑和振搗混凝土，當混凝土澆筑到臨時澆搗口時，應將其封閉牢固。

2.11 如果采用的周轉性模板，模板上的混凝土殘渣應清理干凈，在進行柱子模板拆除時，混凝土的強度應能保證其表面及棱角不受損傷。根據工程經驗，在常溫下應再濕養護14天后才可拆除模板。

2.12 為保證混凝土柱的表面質量和強度要注，不出現蜂窩麻面，要搞好混凝土的配合比設計，要滿足混凝土拌合物的流動性，在澆筑后一定要加強振搗，在立模前應對模板涂刷隔離劑。

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篇6

中圖分類號： TU37 文獻標識碼： A 文章編號：

1.引言

鋼筋混凝土是在19世紀中葉開始得到應用的，由于水泥和混凝土剛剛問世，同時設計計算理論尚未建立,所以發展比較緩慢。19世紀末,隨著生產的發展,以及試驗工作的開展、計算理論的研究、材料及施工技術的改進，鋼筋混凝土在以后的兩百年得到了飛速發展，各種形式的約束混凝土結構隨之出現。人們對約束混凝土的研究始于20世紀30年代，并逐漸形成了鋼管混凝土、碳纖維約束混凝土、鋼筋約束混凝土三大體系。其中，鋼筋約束混凝土的應用和研究最為廣泛。曹新明教授提出了區域約束的概念[1]，以往的研究均是將構件截面作為整體進行約束，而且強調橫向箍筋對混凝土的約束作用，其實約束混凝土中縱向鋼筋與橫向箍筋有著同等重要的作用；再者，盡管約束可以提高混凝土的強度和延性，但是構件在受力時并非所有的地方都需要有強約束，有效而經濟的做法應該是在需要的地方施加有效約束。區域約束混凝土概念的提出，突破了傳統思維模式，以一個全新的視角考察鋼筋混凝土結構中各個組成成分的功能，通過調整縱向鋼筋及橫向箍筋的布置方式，改變了混凝土、縱向鋼筋及箍筋的受力機理，并將區域約束與整體約束有機地結合，使鋼筋與混凝土的結合更為緊密，充分發揮了各個組成部分的性能。

2.關于約束混凝土

（1）約束混凝土結構約束機理[1]

對于約束混凝土構件，在混凝土受壓時,由于側向壓力的約束，限制內部微裂縫的發展，能極大地提高混凝土的抗壓強度。工程上運用這一現象，把以受軸心壓力為主的柱子做成鋼管混凝土柱（鋼板焊接成為筒狀或直接用大直徑鋼管，內澆注混凝土）、側向密排配置螺旋形或者環形箍筋柱。在混凝土構件受到軸心壓力過程中，混凝土發生與軸壓力相互垂直的橫向變形，內部產生裂縫，此時的鋼管或者密排環狀箍筋就發生作用，向混凝土提供徑向反作用力，緊緊地約束了混凝土的橫向變形，從而限制內部微裂縫的發展，以達到提高混凝土的抗壓強度和延性（發揮混凝土的塑性性能，得到良好的變形效果），我們通常稱鋼筋對混凝土的這種約束效果為有效約束：如矩形截面柱，普通配筋情況下的鋼筋對混凝土的約束機理如圖1所示。把箍筋與縱筋的連接點視為不動點，則虛線范圍內為有效約束區域（拱作用）

圖1矩形截面柱約束機理示意圖

縱筋則可視為同時受軸向壓力及彎矩的連續梁，共同為核心混凝土提供約束。當鋼筋（縱筋及箍筋）配置達到一定水平后，可以有效提高核芯混凝土的強度及延性。

（2）區域約束混凝土結構特點

傳統約束與區域約束：

傳統矩形截面鋼筋約束混凝土柱的箍筋形式主要有螺旋箍、井字箍、復合箍（圖2）等，它們都是將整個截面進行約束，并在截面中心形成約束最強的約束核心。其縱筋主要分布在柱截面四邊，當然這對柱體抗彎是很有效的。

圖2 傳統箍筋形式

區域約束混凝土旨在在最需要的地方設置約束鋼筋。將約束鋼筋集中布置在受壓或剪壓區，以便更有效提高該區域混凝土的強度及延性；并且以合理的方式布置約束鋼筋。有效的約束是由混凝土、縱向鋼筋及橫向箍筋共同實現的，縱向鋼筋的配置、橫向箍筋的形態及配箍率、鋼筋的強度與混凝土強度的比值都影響到約束的效果，因此，需要有合理的配置（圖3）。

圖3 區域約束箍筋形式

區域約束混凝土受力特點：

a.區域約束混凝土結構承載能力、強度比普通混凝土均有所提高，提高的幅度根據約束程度而定（圖4）；

b.同等強度下，可以減小構件截面尺寸，減輕結構自重，從而獲得更多的使用空間；由于截面減小，結構耗能略有降低，但是延性性能大幅度提高，更有利于結構抗震；

圖4混凝土抗壓強度與應變關系圖

c.隨著軸壓比的提高，區域約束混凝土試件的剛度的提高略低于普通約束混凝土試件，這就使得區域約束混凝土構件在地震中耗能有所降低，安全儲備相應提高；

d.在工程設計中，區域約束軸壓比限值在滿足配箍率的前提下，對于矩形截面柱可以比規范取值提高1.1倍，對于圓形截面柱可以比規范取值提高1.2倍[2] [3]。

3.區域約束混凝土結構的應用

區域約束混凝土定性描述了混凝土結構中各個組成成分的工作性能，箍筋的強度、混凝土的延性都得到了充分發揮，鋼筋與混凝土的粘滯性及混凝土間的咬合力得到了實質改善，提高結構的承載力的同時不降低安全度。區域約束混凝土有了很強的耗能能力，可以大幅度地提高結構的抗震性能。因此當它用作多層及高層建筑中的柱子時，不僅可以減小柱子的截面尺寸，還可以擴大建筑的使用空間。并且在建筑上一改“肥梁、肥柱”的舊結構形式，使建筑更加美觀，由于柱子截面的減小，必然會增加建筑的使用空間，減輕柱子自重，減少混凝土用量。這樣將帶來很大的經濟效益與綜合效益。此外，區域約束混凝土結構構造簡單、施工方便，與傳統混凝土結構相比，區域約束混凝土有著同樣簡單的構造形式，采用同樣的施工方法，因此極易為施工單位所接受，便于推廣使用。

當前建筑業已成為國民經濟的支柱產業，約束混凝土結構在我國的發展十分迅速。合理地利用約束混凝土結構，可明顯提高混凝土的承載能力，充分發揮材料的使用效率，在技術和經濟上都具有很大的優越性。基于上述優勢，區域約束混凝土構件可以應用于橋梁工程、高層與超高層建筑，工程中應用于受拉、受壓、受彎、受扭等梁柱構件，以及一些大體積鋼筋混凝土構件，如大壩、橋墩、承臺等，可以充分減輕結構自重，增加使用空間。

約束混凝土結構是現代建筑最重要的結構形式之一，具有節約材料和勞動力，提高施工工效，加快施工進度，提高建筑工程的產品質量等優勢。從環保和節能的角度講，應用區域約束混凝土技術，可以減少環境污染，取得較大的經濟效益。在當前狠抓工程質量，加強設計施工管理的情況下，應用區域約束混凝土技術，不僅改善了構件的受力性能，降低結構的總體造價，能夠滿足現代工程施工質量和效率的要求。相信在本世紀的初，我國工程建設必將出現嶄新的氣象。

4.結語

區域約束混凝土結構是針對工程結構設計高層、超高層鋼筋混凝土以及大跨結構中遇到的軸壓比超限問題，在約束混凝土基礎上發展起來的，能有效實現滿足建筑、結構、經濟、安全之間合理協調的新型結構。

鋼筋混凝土抗震設計中，經濟而有效的方法是提高結構及構件吸收地震能量的能力，利用結構或構件的變形能力來耗散地震能量。對區域約束混凝土結構抗震性能和設計方法的研究還有待于進一步深入。

參考文獻

【1】曹新明，楊力列，陳宗強，曹鵬程，朱國良.約束混凝土與區域約束混凝土[D].2005-09

【2】龐新賓，區域約束混凝土柱往復荷載作用下軸壓比限值研究[D]. 碩士學位論文, 2011-06

篇7

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隨著我們進入21世紀以來，鋼管混凝土已被大家熟知。這種具有良好性能的新技術頗受廣大學者以及工程師們的喜愛。

1 鋼管混凝土柱的優點：

⑴承載能力高鋼管混凝土柱軸心受壓時，混凝土外層鋼管對其產生緊箍效應，其內部核心混凝土的強度有很大提高，鋼管也發揮了自身的強度作用，所以柱的抗壓承載力高。

⑵良好的塑性及韌性如采用單一的混凝土柱進行受壓，常屬于脆性破壞，而鋼管混凝土的管內混凝土受鋼管的約束作用，使混凝土的彈性工作段增大，且破壞時有很大的塑性變形，而且這種構件在水平荷載的反復作用下顯示出良好的延性。

⑶工程耐腐蝕性優于純鋼結構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結構少得多，抗腐和防腐所需費用也比鋼結構節省。

⑷工程造價降低，建筑物的使用面積增大由于鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，同時用于防腐的費用減少，因此相應降低地基基礎、 主體等多項分部的工程造價。除此之外,因為鋼管砼柱截面比鋼筋混凝土柱要減少 60 %以上，截面尺寸也比鋼柱小，所以擴大了建筑物的使用空間和面積。

2抗火研究內容

在我國從20世紀80年代后期，鋼管混凝土的應用就進入了高層領域，在實際的應用中更是發現了上述的優點，所以發展十分迅速。高層建筑中采用鋼管混凝土結構已為廣大工程技術界所重視，越來越顯示出它在高層和超高層建筑中的優勢。由于高層結構的抗火問題一直是受到關注的，所以高層建筑鋼管混凝土的抗火問題就值得研究。以下介紹抗火研究的內容。

2.1材料特性的研究

鋼管混凝土所用材料無非是鋼與混凝土這兩類材料，與抗火有關的材料特性主要包括彈性模量、強度（屈服強度、極限強度）、應力—應變本構關系及熱傳導系數、熱膨脹系數、密度和比熱等熱工參數。因此確定鋼和混凝土的高溫性能（物理特性和力學性能）是解決火災下鋼結構的結構性能問題的必要條件。

2.2單個構件抗火性能研究

由于鋼結構抗火較混凝土結構差，所以主要對鋼結構抗火性能進行理論和試驗研究，早期主要是以單個構件為研究對象。鋼柱分析主要基于常溫下的受力、變形性能分析，采用高溫下的結構材料特性進行，研究對象包括鋼梁、鋼柱、節點等。目前國內外研究者基本都采用數值模擬分析鋼構件在火災中的反應，結果表明：熱膨脹是影響鋼構件抗火性能的一個重要因素之一，其影響的大小與構件兩端的約束條件有關系，對應鋼梁，梁端鉸接的梁耐火時間最長。

2.3結構整體抗火性能研究

鋼結構的材料性能隨火災升溫發生非線性變化，另外在溫度內力，材料幾何非線性，應力非線性等的影響下，使得火災下整體鋼結構的全過程分析很困難。但是要進行整體結構的抗火設計，就必須進行結構整體火災反應分析，近期主要利用成熟的商業有限元軟件包（ANSYS、ABAQUS等）進行數值模擬。

3結構抗火設計的方法

目前通常采用的結構抗火設計方法主要有三種：

3.1 基于試驗的結構抗火設計方法

這種方法以試驗為設計依據，通過進行不同類型構件在標準升溫條件和規定荷載分布下的耐火試驗，確定在采取不同的防火措施后構件的耐火極限。建筑物的耐火等級大小、構件在建筑物中所處的位置以及構件的重要性決定了構件所需的耐火極限大小。最后設計構件的截面尺寸，根據試驗所確定的構件實際耐火極限大小來校核，若不滿足耐火極限要求，則需重新設計構件，直至滿足耐火極限要求。我國現行的《高層民用建筑設計防火規范》和《建筑設計防火規范》采用的就是這種設計方法。這種抗火設計方法的優點是簡單直觀，便于應用。但試驗費用昂貴，且缺乏理論性和合理性，不能從根本上考慮材料性能隨溫度的劣化過程，不能模擬結構的端部約束情況和各種荷載形式。

3.2 基于計算的結構抗火設計方法

隨著理論基礎和計算機技術的高速發展，己有可能實現結構抗火的數值計算。采用數值計算方法進行結構抗火研究可以更真實地模擬實際情況中結構的火災力學性能。從20世紀70年代，國際上開始研究基于計算的結構抗火設計方法，這些方法可以考慮結構的真實受力和約束情況。目前，很多學者都開始采用基于計算的構件抗火設計方法，主要是經典算法和有限元計算方法。考慮構件的截面尺寸、受力形式與受力大小、構件的約束形式對構件抗火能力的影響，利用熱傳導理論和結構理論通過分析確定構件的抗火能力，更符合客觀實際，是對傳統方法中結構抗火能力確定進行的改進方法。

3.3 性能化結構抗火設計方法

由于性能化方法以結構抗火需求為目標，最大程度地模擬結構的實際抗火能力，因此是一種科學先進的抗火設計方法。對結構抗火需求進行改進，根據具體結構對象，直接以人員安全和火災經濟損失最小為目標，確定結構抗火需求；同時考慮實際火災升溫及結構整體性能對結構抗火能力的影響。

以上3種方法中基于試驗的抗火設計方法基本上已不再使用，現在的試驗一般用來檢驗理論研究的結果。基于計算的結構抗火設計

方法是以高溫下鋼結構整體反應為目標的設計方法，是目前抗火設計的整體發展趨勢。性能化結構抗火設計方法考慮火災隨機性，目前研究和工程實踐還很少，是新的研究課題。

4國外鋼—混凝土結構抗火設計的新方法

國外抗火設計的一種趨勢是以設計火災的溫度－時間曲線為基礎的抗火設計。這種方法的關鍵是找出導致結構破壞的火災效應的極限值，對于給定的受外荷載作用的構件，其火災效應隨不同火災密度而變化。

國際標準化組織(ISO-834)建議的建筑構件抗火試驗曲線，表達式如下：

式中：t為時間(min)； Tg為t時刻的溫度；Tg（0）為初始溫度。

加拿大國家標準曲線CAN4-S101如下：

式中t以小時計。

美國和加拿大采用的為ASTM-E119標準升溫曲線，可近似地用下式表示：

歐洲規范采用的建筑室內火災標準升溫曲線為ISO-834標準升溫曲線，同時歐洲規范對烴類可燃物火災另建議了一條升溫曲線為：

式中t以秒計。

下圖為ISO-834、CAN4-S101、烴類可燃物火災、ASTM-E119火災升溫曲線的對比示意圖。

圖一 四種標準升溫曲線

5結語

該文簡要介紹了一些鋼管混凝土抗火研究所遇到的一些問題，希望以此可以為后來作進一步的抗火研究奠定一些基礎。管內核心混凝土相對鋼材具有較大的熱容量, 能吸收大量的熱量。所以在遭受火災時, 外部鋼管雖然升溫較快, 但內部混凝土升溫滯后, 仍具有一定的承載力, 因而增加了鋼管的耐火時間,相對傳統鋼結構可以大量節約防火涂料。所以說由于組成鋼管混凝土的鋼管和其核心混凝土之間相互貢獻、協同互補、共同工作的優勢，使這種結構還是具有較好的耐火性能。

參考文獻

[1] 韓林海.鋼管混凝土結構.北京:科學出版社,2000

[2] 趙鴻鐵.鋼與混凝土組合結構.北京: 科學出版社,2001

[3] 鐘善桐.鋼管混凝土結構.清華大學出版社,2003

[4] 過鎮海、李衛.混凝土耐熱力學性能的試驗研究總結.清華大學土木工程系，1991

[5] 鐘善桐.高層鋼管混凝土結構.黑龍江科學技術出版社,1999

[6] 李國強、蔣首超.鋼結構抗火計算與設計.中國建筑工業出版社，1999

篇8

論文摘要：本文是結合作者多年的工作經驗以及具體工作實例，主要介紹了清水混凝土的質量標準、常見的質量缺陷及其監控對策．并重點闡述從模板體系的設計、制作、安裝到混凝土原材料選用、配合比設計、混凝土的澆筑、養護和表面缺陷修補全過程所采取的措施等相關問題作出了相應的闡述和分析。僅供參考。

所謂清水混凝土系一次成型混凝土，通常在橋梁工程中的應用比較廣泛，但直接應用于房屋民用建筑工程的比較少。

清水混凝土結構有著諸多優點，如：省去了裝飾階段的二次抹灰工序，避免了大面積抹灰空鼓、天棚脫落(經常有這樣相關報道)等通病，材料節約、經濟環保．施工質量效果好，符合提倡建立資源節約型社會理念，成為建筑節能市場上的亮點。

1　工程實例概況

某大廈為兩座現代化高層辦公建筑，總建筑面積42276.2m2，地下2層，地上19層，總高度79.8m，主體為框架一剪力墻結構，筏板基礎。

整體質量達到優質工程標準。要求所有結構成型為清水混凝土，對模板設計和混凝土施工要求高。

2　清水混凝土質量標準

目前國內尚無統一的清水混凝土質量驗收規范，在普通結構混凝土驗收標準的基礎上，形成如下質量標準：

軸線通直、尺寸準確；棱角方正、線條順直；表面平整、清潔、色澤一致；表面無明顯氣泡，無砂帶和黑斑；表面無蜂窩、麻面、裂紋和露筋現象；模板接縫、對拉螺栓和施工縫留設有規律性；模板接縫與施工縫處無掛漿、漏漿。

3　混凝土常見質量缺陷

為做好施工預控工作，必須認真分析清水混凝土面層可能出現的質量缺陷和產生的原因．從而采取有效措施避免發生上述缺陷。

清水混凝土表面缺陷主要為表面平整度、軸線位置不滿設計要求、表面蜂窩、麻面、有氣泡密集區，表面缺損，非受力鋼筋露筋。小孔洞、單個氣泡等；混凝土內部缺陷主要指混凝土澆筑過程中，混凝土振搗質量差，造成混凝土內部架空和孔隙率偏大的缺陷，內部缺陷應在混凝土澆筑過程中及時發現，及時清除。

4　模板工程控制

4.1方案審查要點

(1)清水混凝土施工用的模板必須具有足夠的剛度。在混凝土側壓力作用下不允許有一點變形，以保證結構物的幾何尺寸均勻、斷面的一致，防止漿體流失；

(2)選用的模板材料要有很高要求，表面平整光潔，強度高、耐腐蝕，并具有一定的吸水性；

(3)對模板的接縫和固定模板的螺栓等，則要求接縫嚴密，不允許漏漿；

(4)模板設計要充分考慮在拼裝和拆除方面的方便性．支撐的牢固性和簡便性，并保持較好的強度、剛度、穩定性及整體拼裝后的平整度；

(5)根據構件的規格和形狀，建議配制定型模板，以便周轉施工所需；

(6)模板制作時應保證幾何尺寸精確，拼縫嚴密，材質一致，模板面板拼縫高差、寬度應≤1mm，模板間接縫高差、寬度≤2mm；模板接縫處理要嚴密，建議模板內板縫用油膏批嵌外側用硅膠或發泡劑封閉，以防漏漿，模板脫模劑應采用吸水率適中的無色的輕機油；

(7)嚴格控制模板周轉次數，周轉3次后應進行全面檢修并拋光打磨。

4.2模板工程方案選擇

為實現清水混凝土的目標，初步模板體系確定為鋼木組合大模板。

根據本工程的特點及公司的施工經驗，地下室及裙房選擇竹膠板木楞骨模板體系，采用12mm厚1220mm×2440mm竹膠板作為面板，50mm×100mm方木及48mm鋼管為楞骨，48mm鋼管、自制蝴蝶夾、14mm對拉螺栓作為加固系統；標準層剪力墻、柱采用鋼木組合大模板(12mm厚竹膠板作為面板、6號槽鋼為輔龍骨、10號槽鋼為主背料)，剪力墻采用16的高強全絲螺桿為加固系統。

梁、板模板同地下室，以48mm鋼管搭設的整體扣件式滿堂腳手架作為墻柱的水平支撐及梁、板的垂直支撐系統。

4.3柱模板支設要點對±0.00以下混凝土柱模通用性、互換性較差。

采用12mm厚高強度覆膜竹膠板作面板，50mm×100mm方木作楞木兼拼口木，以48mm鋼管作為柱箍，柱截面尺寸≥700mm時，增加對拉螺栓拉結加固。±0.00以上混凝土柱模通用性、互換性較好，采用定制可調截面鋼大模支設。 　①截面尺寸≤650mm的柱采用雙管柱箍中間加設坡口木楔緊固，柱高3m以下范圍內柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內柱箍的間距≤500mm。

②截面尺寸≥700m的柱，采用腳手管作柱箍緊固，柱高3m以下范圍內柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內柱箍的間距≤500mm，在枝中加設＋14mm(外套＋25mmPVC管)對拉螺栓，柱外側四角雙向均加設保險扣件，對拉螺栓布置間距同柱箍。

5　混凝土施工全過程控制

5.1原材料、配合比控制要點

新拌混凝土必須具有極好的工作性和黏聚性，絕對不允許出現分層離析的現象；原材料產地必須統一，砂、石的色澤和顆粒級配均勻。

在材料和澆筑方法允許的條件下，應采用盡可能低的坍落度和水灰比，本工程采用泵送商品混凝土，控制坍落度為(150±10)mm，盡量減少泌水的可能性。

同時控制混凝土含氣量不超過1.7％，初凝時間不超過6h-8h。

重點審核商品混凝土廠家制定清水混凝土原材料、配合比生產方案，生產過程中檢查嚴格按試驗確定的配合比投料，不得帶任何隨意性，并嚴格控制水灰比和攪拌時間，隨氣候變化隨時抽驗砂子、碎石的含水率，及時調整用水量。

5.2清水混凝土澆筑控制要點

檢查落實施工技術保證措施、現場組織措施，嚴格執行有關規定；合理調度攪拌輸送車送料時間。逐車測量混凝土的坍落度；嚴格控制每次下料的高度和厚度，保證分層厚度不30cm；振搗方法要求正確，不得漏振和過振；可采用二次振搗法，以減少表面氣泡，即第一次在混凝土澆筑時振搗，第二次待混凝土靜置一段時間再振搗，而頂層一般在0.5h后進行第二次振搗；嚴格控制振搗時間和振搗棒插入下一層混凝土的深度，保證深度在5cm-10em，振搗時間以混凝土翻漿不再下沉和表面無氣泡泛起為止，一般為5min-10min左右。

5.3清水混凝土養護控制要點

為避免形成清水混凝土表面色差，減少表面因失水而出現微裂縫，影響外觀質量和耐久性，抓好混凝土早期硬化期間的養護十分重要。

現場要求清水混凝土構筑物的側模在48h后拆除，模板拆除后其表面養護的遮蓋物不得直接用草墊或草包鋪蓋。以免造成永久性黃顏色污染，應采用塑料薄膜嚴密覆蓋養護，養護時間不得少于14d。

6　結語

此大廈清水混凝土主體工程，經過細致周密的方案設計，全過程施工質量控制，清水混凝土結構施工一次成型，陰陽角方正、順直，棱角挺拔，分格縫寬窄深淺一致、邊線順直，裝飾圖規整，墻體表面平整光滑，色澤均勻一致，主體工程被評為優質結構，為今后類似的清水混凝土結構施工積累了較成熟的經驗。

綜上所述，清水混凝土結構施工技術在民用建筑工程中得到了很好的應用，并得到了使用方的認可。

篇9

 

所謂清水混凝土系一次成型混凝土，通常在橋梁工程中的應用比較廣泛，但直接應用于房屋民用建筑工程的比較少。 

清水混凝土結構有著諸多優點，如：省去了裝飾階段的二次抹灰工序，避免了大面積抹灰空鼓、天棚脫落(經常有這樣相關報道)等通病，材料節約、經濟環保．施工質量效果好，符合提倡建立資源節約型社會理念，成為建筑節能市場上的亮點。 

 

1　工程實例概況 

 

某大廈為兩座現代化高層辦公建筑，總建筑面積42276.2m2，地下2層，地上19層，總高度79.8m，主體為框架一剪力墻結構，筏板基礎。 

整體質量達到優質工程標準。要求所有結構成型為清水混凝土，對模板設計和混凝土施工要求高。 

 

2　清水混凝土質量標準 

 

目前國內尚無統一的清水混凝土質量驗收規范，在普通結構混凝土驗收標準的基礎上，形成如下質量標準： 

軸線通直、尺寸準確；棱角方正、線條順直；表面平整、清潔、色澤一致；表面無明顯氣泡，無砂帶和黑斑；表面無蜂窩、麻面、裂紋和露筋現象；模板接縫、對拉螺栓和施工縫留設有規律性；模板接縫與施工縫處無掛漿、漏漿。 

 

3　混凝土常見質量缺陷 

 

為做好施工預控工作，必須認真分析清水混凝土面層可能出現的質量缺陷和產生的原因．從而采取有效措施避免發生上述缺陷。 

清水混凝土表面缺陷主要為表面平整度、軸線位置不滿設計要求、表面蜂窩、麻面、有氣泡密集區，表面缺損，非受力鋼筋露筋。小孔洞、單個氣泡等；混凝土內部缺陷主要指混凝土澆筑過程中，混凝土振搗質量差，造成混凝土內部架空和孔隙率偏大的缺陷，內部缺陷應在混凝土澆筑過程中及時發現，及時清除。 

 

4　模板工程控制 

 

4.1方案審查要點 

(1)清水混凝土施工用的模板必須具有足夠的剛度。在混凝土側壓力作用下不允許有一點變形，以保證結構物的幾何尺寸均勻、斷面的一致，防止漿體流失； 

(2)選用的模板材料要有很高要求，表面平整光潔，強度高、耐腐蝕，并具有一定的吸水性； 

(3)對模板的接縫和固定模板的螺栓等，則要求接縫嚴密，不允許漏漿； 

(4)模板設計要充分考慮在拼裝和拆除方面的方便性．支撐的牢固性和簡便性，并保持較好的強度、剛度、穩定性及整體拼裝后的平整度； 

(5)根據構件的規格和形狀，建議配制定型模板，以便周轉施工所需； 

(6)模板制作時應保證幾何尺寸精確，拼縫嚴密，材質一致，模板面板拼縫高差、寬度應≤1mm，模板間接縫高差、寬度≤2mm；模板接縫處理要嚴密，建議模板內板縫用油膏批嵌外側用硅膠或發泡劑封閉，以防漏漿，模板脫模劑應采用吸水率適中的無色的輕機油； 

(7)嚴格控制模板周轉次數，周轉3次后應進行全面檢修并拋光打磨。 

4.2模板工程方案選擇 

為實現清水混凝土的目標，初步模板體系確定為鋼木組合大模板。 

根據本工程的特點及公司的施工經驗，地下室及裙房選擇竹膠板木楞骨模板體系，采用12mm厚1220mm×2440mm竹膠板作為面板，50mm×100mm方木及48mm鋼管為楞骨，48mm鋼管、自制蝴蝶夾、14mm對拉螺栓作為加固系統；標準層剪力墻、柱采用鋼木組合大模板(12mm厚竹膠板作為面板、6號槽鋼為輔龍骨、10號槽鋼為主背料)，剪力墻采用16的高強全絲螺桿為加固系統。 

梁、板模板同地下室，以48mm鋼管搭設的整體扣件式滿堂腳手架作為墻柱的水平支撐及梁、板的垂直支撐系統。 

4.3柱模板支設要點對±0.00以下混凝土柱模通用性、互換性較差。 

采用12mm厚高強度覆膜竹膠板作面板，50mm×100mm方木作楞木兼拼口木，以48mm鋼管作為柱箍，柱截面尺寸≥700mm時，增加對拉螺栓拉結加固。±0.00以上混凝土柱模通用性、互換性較好，采用定制可調截面鋼大模支設。 

   　①截面尺寸≤650mm的柱采用雙管柱箍中間加設坡口木楔緊固，柱高3m以下范圍內柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內柱箍的間距≤500mm。 

②截面尺寸≥700m的柱，采用腳手管作柱箍緊固，柱高3m以下范圍內柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內柱箍的間距≤500mm，在枝中加設＋14mm(外套＋25mmpvc管)對拉螺栓，柱外側四角雙向均加設保險扣件，對拉螺栓布置間距同柱箍。 

5　混凝土施工全過程控制 

 

5.1原材料、配合比控制要點 

新拌混凝土必須具有極好的工作性和黏聚性，絕對不允許出現分層離析的現象；原材料產地必須統一，砂、石的色澤和顆粒級配均勻。 

在材料和澆筑方法允許的條件下，應采用盡可能低的坍落度和水灰比，本工程采用泵送商品混凝土，控制坍落度為(150±10)mm，盡量減少泌水的可能性。 

同時控制混凝土含氣量不超過1.7％，初凝時間不超過6h-8h。 

重點審核商品混凝土廠家制定清水混凝土原材料、配合比生產方案，生產過程中檢查嚴格按試驗確定的配合比投料，不得帶任何隨意性，并嚴格控制水灰比和攪拌時間，隨氣候變化隨時抽驗砂子、碎石的含水率，及時調整用水量。 

5.2清水混凝土澆筑控制要點 

檢查落實施工技術保證措施、現場組織措施，嚴格執行有關規定；合理調度攪拌輸送車送料時間。逐車測量混凝土的坍落度；嚴格控制每次下料的高度和厚度，保證分層厚度不30cm；振搗方法要求正確，不得漏振和過振；可采用二次振搗法，以減少表面氣泡，即第一次在混凝土澆筑時振搗，第二次待混凝土靜置一段時間再振搗，而頂層一般在0.5h后進行第二次振搗；嚴格控制振搗時間和振搗棒插入下一層混凝土的深度，保證深度在5cm-10em，振搗時間以混凝土翻漿不再下沉和表面無氣泡泛起為止，一般為5min-10min左右。 

5.3清水混凝土養護控制要點 

為避免形成清水混凝土表面色差，減少表面因失水而出現微裂縫，影響外觀質量和耐久性，抓好混凝土早期硬化期間的養護十分重要。 

現場要求清水混凝土構筑物的側模在48h后拆除，模板拆除后其表面養護的遮蓋物不得直接用草墊或草包鋪蓋。以免造成永久性黃顏色污染，應采用塑料薄膜嚴密覆蓋養護，養護時間不得少于14d。 

 

6　結語 

 

此大廈清水混凝土主體工程，經過細致周密的方案設計，全過程施工質量控制，清水混凝土結構施工一次成型，陰陽角方正、順直，棱角挺拔，分格縫寬窄深淺一致、邊線順直，裝飾圖規整，墻體表面平整光滑，色澤均勻一致，主體工程被評為優質結構，為今后類似的清水混凝土結構施工積累了較成熟的經驗。 

綜上所述，清水混凝土結構施工技術在民用建筑工程中得到了很好的應用，并得到了使用方的認可。 

 

篇10

 

前言

鋼結構住宅是以工廠化生產的H型鋼梁、鋼柱(包括H型鋼柱、鋼管柱、箱形柱、鋼骨混凝土柱或圓、方或矩形鋼管混凝土柱)為承重骨架，同時配以新型輕質的保溫、隔熱、高強的墻體材料作為圍護結構，并與功能配套的水暖電衛設備和部品優化集成的節能和環保型住宅。同傳統的磚混和混凝土結構住宅相比，鋼結構住宅是一種更符合“綠色生態建筑”特征的結構形式。它具有自重輕、地基費用省、占用面積小、工業化程度高、外形美觀、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環境污染少等優勢，具有較好的綜合經濟效益。

一、輕鋼結構住宅的特點及技術經濟性能

1、重量輕、抗震性能好

鋼結構住宅是以工廠化生產的鋼梁、鋼柱為骨架,同時配以輕質墻板等新型材料作為維護結構和內隔墻建造而成。它與同面積的建筑樓層相比，鋼結構住宅樓的重量可減輕近30%。由于輕鋼結構住宅自重輕,一般情況下不需要做樁基,可減少地基處理的費用,且抗震性能好。因屬于柔性結構、自重輕,因而能有效地降低地震響應及災害影響程度,有利于抗震。我國是一個多地震區國家,在地震區建筑中應推廣應用鋼結構住宅,可以大大減少地震災害和人員傷亡。，綠色生態建筑發展趨勢。。同時,由于鋼材具有較強的延展性,能較好地消除地震波力,放震性能好,尤其適用于高層建筑。

2、占地面積小,具有良好的空間感，凈使用面積大

鋼結構住宅布局靈活,凈使用面積大。利用型鋼優良的承載性能,可以靈活布置大開間、大柱距的建筑平面；非承重輕質墻體的設計為設計師和住戶提供了根據不同用途靈活布置室內空間的可能；型鋼構件接點構造簡潔,在垂直方向可方便地布置躍層和錯層體系,結構構件截面較小,相對于傳統結構方案,其凈使用面積提高5%～8%,得房率高。

3、工業化程度高,設計制造安裝周期短

現代輕鋼建筑的設計、制造和安裝借助網絡計算機技術和工業化生產手段,可實現設計、生產、施工安裝一體化,具有極高的效率和精確度,項目建設周期短可縮短工期1/2～1/3。這樣將極大地減少投資融資成本,使業主或建筑開發商在享受回報上具備很大的優勢。

4、符合產業化和可持續發展的要求

鋼結構配件制作工業預制化和機械化程度高,商品化程度高,減少了施工現場的加工量,現場主要為于作業,能減少施工用水、噪聲、垃圾污染,施工速度快,施工周期可大大縮短。鋼結構在超出正常使用期限后的處理過程,無論是鋼材還是與之相配套的建筑物品,都具有可重復利用性和可降解性,適應現代環保要求。，綠色生態建筑發展趨勢。。

二、鋼結構住宅的結構體系和主要構件

1、結構體系

應用于多層鋼結構住宅的體系可分為:冷彎薄壁型鋼體系、純鋼框架體系、框架--支撐體系、鋼框架--混凝土剪力墻體系、周圍抗側力體系等。

①冷彎薄壁型鋼體系。構件采用薄鋼板冷彎成C形、Z形構件,可單獨使用,也可組合使用,桿件間連接采用自攻螺絲。這種體系節點剛性不易保證,抗側能力較差,一般只用于1～2層住宅或別墅。

②純鋼框架體系。目前,這種體系在多層鋼結構住宅中應用最廣,純框架體系常用于4～8層住宅。縱橫向都設成鋼框架,門窗設置靈活,可提供較大的開間,便于用戶二次設計,滿足各種生活需求。

③框架—支撐體系。該體系主要由焊接工字型梁柱組成,多數情況下,這種體系為橫向承重,梁柱節點在橫向上為剛接,縱向為鉸接。因此,結構在縱向相當于排架,抗側移剛度很低,需設置側向支撐抵抗水平荷載,限制結構的水平變形。

④框架—混凝土剪力墻體系。用鋼筋混凝土剪力墻部分或全部代替鋼支撐,就形成了框架—鋼筋混凝土剪力墻(筒)體系。它適用于小高層住宅,一般將樓梯或電梯間設計成鋼筋混凝土墻(筒),這樣既有效地加強了建筑物的側向剛度,又解決了樓梯間的防火問題。

2、主要構件

鋼結構住宅是以鋼結構作為承重骨架,以輕質體材料作為內外墻,與功能配套的水暖電衛設備和部品優化集成的節能、環保型住宅鋼結構住宅,可采用工業化生產方式,易于實現產業化,符合可持續發展原則。

①梁、柱。，綠色生態建筑發展趨勢。。鋼結構住宅結構一般設計為強柱弱梁形式,梁柱均取等截面形式。梁主要選用高頻焊接和熱軋H鋼,它是工字鋼的升級換代產品,具有抗彎性能好,翼緣寬,側向剛度大,翼緣表面相互平行,構造方便等優點。我國目前采用的H 鋼梁大多為Q235和Q345鋼,翼緣寬度為60～180mm,截面高度為100～800mm。

鋼結構住宅一般為大開間,框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩,同時應該考慮強柱弱梁的要求,目前廣泛使用焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面。對于軸壓比較大、雙向彎矩接近、梁截面較高的框架柱,采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱。

②樓板。樓板結構的選擇至關重要,它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外,更主要的作用是保證與抗側力結構的空間協調作用。所以,樓板必須有足夠的承載力、剛度,并且與鋼框架實現可靠連接,確保結構體系的整體剛度和穩定性。，綠色生態建筑發展趨勢。。另外從抗震角度來看,還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。，綠色生態建筑發展趨勢。。同時樓板還要應該滿足住宅功能的要求,如防顫動、隔音、隔熱等。我國鋼結構住宅的樓板,一般采用鋼筋混凝土結構和鋼結構體系的傳統做法。常用的樓蓋結構有:壓型鋼板-現澆混凝上組合樓板,現澆鋼筋混凝土板以及鋼-混凝土疊合板,而以第一種最為常用。

③支撐體系。支撐分軸交支撐和近年發展起來的偏交支撐兩種,前者耐震能力較差,后者在強震作用下具有良好的吸能耗能性能,而且為門窗洞的布置提供了有利條件,目前國內用得還很少,建議在高烈度區首選偏交支撐。

④墻體圍護結構。鋼結構住宅的墻體圍護結構,應采用具有自承重和抗沖擊能力,并能保溫、隔熱、隔音、防火、防滲漏等多種功能輕質的墻體材料。目前,墻體主要分為自承重式和非自承重式兩種。自承重墻體主要包括用于外圍護結構的加氣混凝土塊、太空板、輕鋼龍骨加強板等,以及用于內墻的輕混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。，綠色生態建筑發展趨勢。。外掛的非自承重式的墻體材料主要有彩色壓型鋼板、彩色壓型鋼夾芯板、玻璃纖維增強外墻板等。采用非自承重式的墻體材料,需設置墻梁用以懸掛外圍護結構。門窗洞口上下要布置墻梁,多采用C或Z型冷彎薄壁型鋼,尺寸取決于跨度(剛架間距)和墻距(板跨)。

三、鋼結構住宅的應用前景和建議

住宅產業化是我國住宅業發展的必由之路,這將成為推動我國經濟發展新的增長點。鋼結構住宅體系易于實現工業化生產,標準化制作,而與之相配套的墻體材料可以采用節能、環保的新型材料,它屬綠色環保性建筑,可再生重復利用,符合可持續發展的戰略。若是在城市中采用鋼結構住宅,因為其工廠化程度高、施工周期短的優勢,將能很好地解決城市市區,尤其是中心市區人口稠密交通繁忙、施工生產不便的問題。因此鋼結構住宅應該是城市住宅設計的主要方案之一,同時鋼結構體系住宅成套技術的研究成果必將大大促進住宅產業化的快速發展,直接影響著我國住宅產業的發展水平和前途。

四、結語