型钢劲性柱与钢筋混凝土柱在地下工程中的技术方案比较分析
陈丽
【摘要】型钢劲性混凝土结构，即在混凝土中加入型钢，从而有效提高构件承载力，增强结构整体性，节约成本，经济性较强。本文通过型钢劲性柱与钢筋混凝土柱在某地下工程中的比较分析，得出型钢劲性柱在工程中使用具有更好的抗震性能，且受力更合理，结构安全度高，经济效率也明显，因此型钢劲性结构可以在建筑工程中应用和推广并普及。
【关键词】型钢劲性混凝土结构;型钢劲性柱;钢筋混凝土柱;柱脚连接;抗震性能;结构安全
型钢劲性混凝土结构又称钢骨混凝土结构，其构件材料由混凝土、型钢、纵向钢筋和箍筋组成，具体组合方式就是利用型钢做骨架，外表面打栓钉，绑钢筋打混凝土或钢管内打混凝土[1]。型钢劲性混凝土结构具有强度高、构件截面尺寸小、与混凝土握裹力强、节约混凝土、增加使用空间、降低工程造价、提高工程质量等优点。因此在工程上多用于高层及超高层钢结构的梁和柱或大型地下室钢柱。
1.工程概括
该工程的地下室位于绍兴市区，地下总建筑面积：35350平方米，主要功能为汽车库，考虑人防，人防设计等级为甲类核6常6级设防，人防面积约为21841.4平方米。地下室埋深：-5.75米（相对于室内±0.000），地下室顶板覆土：1.0米，抗浮水位设计标高：-0.970，绝对高程为5.13米，地基基础设计等级：甲级。地下室防水等级：顶板一级、底板及侧墙二级。地下室耐火等级为一级。上部建筑为工业化钢结构集成建筑，一类建筑，结构类型：多层钢框架。建筑等级：二层公共建筑，建筑类别：多层，耐火等级为二级。设计使用年限：50年，建筑结构安全等级：二级。建筑抗震设防类别：丙类，6度设防。地下室结构计算软件：SATWE，计算荷载取值均相同。
2. 地下室结构方案
2.1地下室框架柱采用钢筋混凝土柱
地下室框架柱采用钢筋混凝土柱的结构形式，地下室底部采用梁板式底板，上部钢柱埋入混凝土柱内，混凝土柱头要加腋放大，内部钢筋要截断处理。基本结构组成如图1-3。
2.2地下室柱框架柱采用型钢劲性柱
地下室框架柱采用型钢劲性柱的结构形式，地下室底部采用无梁式底板，上部钢柱与型钢劲性柱内部钢柱焊接，外部包裹混凝土不需要加腋，内部钢筋可贯通。基本结构组成如图4-6。
3.型钢劲性柱与钢筋混凝土柱两个方案技术要点、经济性比较分析
3.1 型钢混凝土柱方案抗震性能更好、受力更合理
《建筑抗震设计规范》8.1.9条规定，建筑物设置地下室时，钢框架柱应至少延伸至地下一层，其竖向荷载应直接传给基础。使上部结构柱内力传递平稳，保证柱脚的嵌固能力。从材料特性而言，混凝土材料的弹性模量为2～3x104N/mm2，钢材的弹性模量为2.06x105N/mm2，从数据上可以看出钢材的弹性模量为混凝土的10倍，经过计算分析，在不增加柱截面大小的情況下，本工程中型钢混凝土柱的刚度为混凝土柱刚度的1.1倍，所以说地下室柱采用型钢混凝土柱可以增加建筑底部的刚性，整体性和抗倾覆性，使建筑物的抗震性能大大提高。日本是一个地震多发的国家，钢结构建筑水平也位列世界领先水平，日本的设计规范中就明确要求钢结构建筑的地下室必须设计成型钢混凝土柱，由此可见型钢混凝土柱方案抗震和传力的合理性。
3.2 钢柱柱脚连接比较
地下室柱采用钢筋混凝土柱的结构形式，上部钢柱柱脚采用埋入式刚性柱脚节点[2]。其施工措施及缺点：（1）此柱脚混凝土柱需下段与上段柱及地下室顶板，分段施工，且首层钢柱为悬臂柱，钢柱的施工对混凝土柱强度有严格要求，增加了精度质量控制和施工安全控制难度。（2）地下室混凝土柱分两段浇筑，考虑到钢柱安装，下端混凝土柱需要20～28天养护期方能达到设计强度，影响施工工期。（3）地下室混凝土柱为先期施工，需两次支模且钢柱的埋设带来柱子截变面、柱脚局部加腋变大，需异形模板，支模工作难度加大，支模时间延长，影响工期（详图7）。
地下室柱在不改变原有建筑功能的前提下采用型钢劲性柱的结构形式，上部钢柱和下部钢柱为一体，下部钢柱被混凝土包裹。其施工措施及优点：（1）混凝土柱一次浇捣成型。（2）不影响上部混凝土楼板结构施工，节约工期。（3）底板埋设对钢柱精度控制及安装效率有较大提升。（4）地下室柱、梁、顶板一次性支模，取消局部加腋异形模板，提高支模效率，提升对柱子完成美观感受。（5）钢结构构件可提早与混凝土构件穿插施工，且不影响混凝土施工工期，总体节约工期（详图8）。
3.3采用钢筋混凝土柱和型钢劲性柱的工程量与经济性比较分析
本工程采用型钢劲性柱，由于柱截面加腋取消，混凝土工程量减少;钢筋贯通，搭接减少，钢筋工程量减少;型钢劲性柱内部采用钢结构，钢结构工程量增加;综合计算该地下室可节约费用25万;详见表1。
4.结论
通过以本工程为例对型钢劲性柱与钢筋混凝土柱两个方案综合对比分析，型钢劲性柱在地下工程中使用具有以下优势：（1）型钢劲性结构，加入型钢以后可以有效提高构件承载能力，减小构件轴压比;（2）型钢劲性结构，一般型钢表面会打栓钉，增强构件之间的剪力传递，增加握裹力，材料的得到充分利用;（3）施工简单、质量可控;（4）施工工期相对原方案预计可节约30～40天;（5）节约成本，经济性较强;（6）结构整体性增强，更加合理。
综上所述，本工程地下室柱采用型钢劲性柱后取得了较好的经济效益，结构安全度大大提高。型钢劲性柱在地下工程中相对于传统的钢筋混凝土柱具有明显的优势和推广价值，我们应该在日常建设中加大利用这种结构形式，以取得更好的社会效益。
参考文献
[1]钢管混凝土结构技术规程.北京：冶金工业出版社，2006：1-3.
[2]钢管混凝土结构技术规程.北京：冶金工业出版社，2006：70-76.
（作者单位：绍兴职业技术学院）
【中图分类号】TU375.3
【文献标识码】A
【文章编号】1671-3362（2019）06-0058-02
