随着建筑行业的发展，钢结构作为主要的建筑结构类型之一，由于具有材料强度高、塑性好、可靠性高、制造安装机械化程度高等优点被广泛应用于各类建筑中，如钢结构写字楼、商场、纯钢结构住宅等。在钢结构应用过程中，为增强钢柱抗压、抗弯强度，往往在钢柱内灌注混凝土。但对于狭小截面方形钢柱而言，由于截面狭小、内部结构复杂，导致混凝土施工非常困难。兰州兰泰苹果园棚户区改造工程在施工过程中不断试验、探索，对狭小截面钢柱混凝土施工进行深入研究，从而有效提高混凝土施工质量与效率。

　　 兰州兰泰苹果园棚户区改造项目位于兰州市城关区 (见图1) 。项目规划由高层住宅楼、商铺、幼儿园、物业用房等配套建筑组成。地上部分为纯钢结构中心支撑框架结构，地下部分为框剪结构，并设有劲性柱。地上围护结构采用ALC预制条板墙，建成后将成为西北地区首座百米全钢结构装配式住宅。由于本工程使用性质为钢结构高层住宅，所以钢柱设计为方形截面 (部分为矩形截面) ，具有截面面积小、数量多的特点，单栋建筑钢柱数量最少为42根，最多可达72根。

　　 目前常见的钢柱内灌注混凝土施工方法有2种，即高抛法和顶升法。使用高抛法灌注混凝土时，需要稳定可靠的操作平台，同时必须能将振捣棒完全伸至钢柱底部，以保证混凝土浇筑质量，因此适合施工±0.000以下劲性柱。对于±0.000以上劲性柱，由于结构板施工进度往往滞后于钢柱安装进度3～4层，因此不便于搭设操作平台，同时在±0.000以上部分使用高抛法时对钢柱安装的影响较大，因此根据现场实际情况，本工程使用顶升法，在已完成的结构板上预留钢柱顶升孔，通过高压泵管将混凝土注进钢柱，混凝土自下而上填充钢柱，并通过自身重力达到密实效果，因此无需振捣，一般2～4层顶升1次 ^[1]。

　　 由于本工程钢柱截面较小，使用顶升法施工时存在以下问题: (1) 钢柱主梁较多，排布不规则; (2) 混凝土搁置时间长，造成堵管; (3) 顶升阻力较大，造成爆管等。混凝土施工前期，每天仅完成4根钢柱的顶升作业，期间爆管1次、堵管3次，不仅施工效率低，且存在严重的安全隐患。同时在施工前期一味地增加车载泵出口压力，未及时消除钢柱自身阻力，导致钢柱发生鼓胀 ^[2]。

　　 在钢结构深化设计前，提前确定各楼及各层顶升孔位置、方向和做法，尽量保证同轴对称相向，方便泵管拆接。同时在钢结构图纸深化时，一次深化并加工制作，避免后续二次开孔和顶升孔的加工制作，节约成本和劳动力。

　　 为解决上述问题，对钢柱混凝土顶升施工时出现的问题进行研究分析。与同类型工程进行对比分析时发现本工程钢柱最大的特点是截面狭小，且大部分截面为方形，截面尺寸为400mm×400mm，部分为最小边长400mm的矩形截面。因此截面变小后，钢柱与钢梁连接节点处的加劲板留孔及排气孔尺寸相应变小，增加了混凝土顶升时的阻力 ^[3]。

　　 根据图纸设计要求，钢柱内部加劲板留孔有以下2种方案: (1) 方案1加劲板留孔边距钢柱侧壁的距离为定值100mm; (2) 方案2加劲板留孔两边距钢柱侧壁的距离为150mm，另外两边距侧壁的距离为70mm (见图2) 。使用2种方案对不同钢柱截面、不同壁厚的加劲板留孔面积进行对比，发现不同钢柱截面需选择不同方案才能使加劲板留孔面积最大，因此对本工程24种截面尺寸、壁厚进行计算分析 (不同截面尺寸有6种，壁厚有4种) ，为每种规格选择最佳的留孔方案，并进行交底。

　　 确定钢柱加劲板上预留的排气孔与应力孔 (4个角位处) 尺寸，按照图纸要求，每块加劲板留4个ф25排气孔，使混凝土在顶升过程中可及时排出气体，减小顶升时的阻力，同时避免加劲板下部出现空洞。但施工过程中排气孔易堵塞，因此将排气孔直径扩大至35mm，同时将加劲板应力孔确定为半径45mm的圆弧 ^[4]。

　　 钢构件在生产制作过程中应尽量减少钢柱临时钢斜撑的使用，以减少混凝土顶升阻力。对加劲板设计、生产进行一系列优化，其根本目的在于增大加劲板开孔面积，减少加劲板处混凝土顶升时受到的阻力 ^[5]。

　　 考虑混凝土配合比，根据图纸设计要求，7层以下钢柱内灌注C50普通混凝土，7层及以上钢柱内灌注C40普通混凝土。但施工过程中发现使用普通混凝土顶升时阻力较大，易发生爆管等危险情况，因此改为采用流动性较好的卵石混凝土，并将混凝土坍落度控制在220mm左右。但卵石混凝土胶结力较碎石混凝土差，在坍落度较大的情况下易发生离析现象。经统计，每根钢柱平均顶升时间约3min，拆解泵管时间为30min，因此易离析的混凝土极易堵管，对施工造成影响。

　　 再次进行试验探索，采用骨料粒径≤15mm的C50细石混凝土，取得良好的效果。由于细石混凝土骨料粒径小，同时具有较好的流动性、黏聚性和保水性，在钢柱顶升过程中较为顺利。因此为便于施工及保证混凝土质量，最终将混凝土定为同强度等级的细石混凝土 ^[6]。

　　 在钢柱混凝土施工过程中，还需考虑车载泵出口压力。由于混凝土在顶升过程中随着高度的增加自重不断增大，同时钢柱对混凝土的阻力也增加。开始时出口压力为12MPa，由于顶升速度较慢，因此更换为18MPa车载泵，同时将原计划的3层一顶升改为2层一顶升。需注意的是，车载泵的选择需根据顶升高度的变化而变化，同时需选择能承受相应压力的泵管，避免因压力过大出现爆管等危险情况。

　　 由于截面狭小、柱内加劲板开孔率较小、混凝土顶升阻力较大等原因，首先通过增大加劲板顶升孔面积增大排气孔与应力角的面积，减小加劲板对混凝土顶升时的阻力;然后优化混凝土配合比，选择和易性较好的细石混凝土，以避免出现堵管现象;最后选择出口压力合适的车载泵，若压力较小，则可能出现顶升速度慢或无法顶升的情况，压力过大则可能发生爆管等危险情况。

　　 狭小截面钢柱混凝土施工具有一定难度，通过不断试验及探索，成功解决兰州兰泰苹果园工程狭小截面方形钢柱混凝土顶升时阻力大、易堵管、易爆管等问题，不仅保证施工质量，且提高施工效率。

　　 本工程钢柱混凝土顶升速度缓慢，除文中所列问题外，拆接硬质高压泵管耗时最长，所耗时间占总耗时的90%以上，但目前没有更为简便的混凝土输送技术，此为今后需解决的问题。