某项目钢管混凝土柱设计

林建忠

【摘要】近年来随着高层建筑的高度不断提高，建筑空间使用功能上对结构主体柱截面要求越来越小，钢管混凝土柱具有增大承载力减少柱截面的特点，本文结合工程实例对钢管混凝土柱的设计作简要论述。

【关键词】钢管混凝土柱;埋入式柱脚;环梁节点抗剪

1、项目概况

本项目位于佛山，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度为7（0.1g）度，基本风压0.5kn/m2。项目含三层地下室（负一层局部夹层），裙房层数三层，四层到二十九层为服务型公寓，建筑总高度143.40m。

本项目强轴方向总长度32.8m，弱轴方向总长度16.3m，满足DBJ15-92-2013规范对平面尺寸及突出部位尺寸的限值要求。结构形式采用剪力墙结构，考虑沿弱轴布置剪力墙，整体结构受力合理。布置如下图1所示

裙楼为商业性质，建筑专业对使用空间有开阔要求，转换层设置在裙楼顶（四层楼面）。考虑到本项目高度143.40m，柱轴力偏大，满足规范轴压比的限值会导致转换柱截面上机验算偏大，不仅增加结构自重造成材料浪费，并且不满足建筑专业对裙楼商业空间的使用要求，综合考虑后选取四层楼面以下转换柱采用钢管混凝土柱设计的设计方案。

2、钢管混凝土柱设计

本项目采用直径1m壁厚20mm的Q345钢管，型钢板件宽厚比50满足DBJ15-92-2013规范的限值要求，混凝土强度则采用C60。本项目有三层地下室，柱底内力以轴力为主，柱剪力和弯矩相对较小，考虑采用采用埋入式柱脚做法，以地下室三层柱高度作为埋入式柱脚高度，钢管外包混凝土满足规范对埋入式柱脚的要求，如下图2所示：

钢管与承台混凝土的抗压强度相差较大，在钢管底焊接直径1.12m厚度20mm的Q345环形钢板M1，环形钢板M1与承台之间采用8条25mm钢筋锚固连接，锚固长度不小于1m，此做法可增大钢管与承台混凝土的接触面，有效减少承台混凝土的局部压力。如上图3所示：

钢管的连接高度考虑设置在楼面+0.6m的位置，避开柱头受力区域。钢管之间的连接处采用壁厚20mm，外径比钢管内径小4mm的内衬管进行焊接，如下图4所示：

本项目楼层钢管柱与混凝土梁之间的连接采用加设环梁的做法，环梁直径为2m，环梁高取相邻梁高+0.05m。因转换层设置在四层楼面，上部转换竖向构件轴力较大，考虑到环梁节点受剪偏大的问题，混凝土强度等级采用C60，沿环梁高度范围设置直径25mm的环箍与钢管贴焊，焊条E50，焊缝8mm，经复核计算满足环梁受剪要求。如下图5所示：

结语：

随着未来设计水平不断发展提高，高层建筑的高度不断刷新，竖向构件的轴力越来越大，普通混凝土柱截面已经很难满足建筑使用功能要求。采用钢管混凝土柱可以讓柱混凝土处于有效侧向约束，达到提高承载力和有效的减小柱截面，从而满足建筑使用功能的要求。

参考文献：

[1]周栋梁，钱稼茹，方小丹，等.环梁连接的RC梁-钢管混凝土柱框架试验研究[J].土木工程学报，2004年05期.

[2]方小丹，李少云，陈爱军.新型钢管混凝土柱节点的试验研究[J].建筑结构学报，1999，20（5）：2-15.

[3]黄襄云，周福霖，罗学海，等.钢管混凝土柱结构节点抗震性能研究[J].建筑结构;2001年07期.

[4]钢管混凝土结构设计与施工规程CECS28：90