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時(shí)間：2023-02-27 11:11:22
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鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件。它利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)程中相互的組合作用，發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，不僅使得混凝土的抗壓強(qiáng)度提高、變形性能改善，而且避免或延緩了鋼管發(fā)生局部屈曲。這決定了它在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些優(yōu)點(diǎn)：
（一）承載力高。如果僅僅對(duì)于薄壁鋼管而言，其臨界承載力很不穩(wěn)定。試驗(yàn)表明，它的實(shí)際承載力只有理論計(jì)算值的四分之一。但在鋼管中填充混凝土以后，可以延緩或避免鋼管過(guò)早地發(fā)生局部屈曲。鋼管中的混凝土受到鋼管的約束，可延緩其受壓時(shí)的縱向開(kāi)裂。兩種材料相互彌補(bǔ)了彼此的弱點(diǎn)，可以充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載能力，一般高于組成鋼管混凝土的鋼管及核心混凝土單獨(dú)承載力之和。
（二）抗震和變形能力。對(duì)于鋼管混凝土構(gòu)件而言，其中的混凝土材料脆性很大，構(gòu)件開(kāi)裂后承載力和變形能力迅速降低。如果將混凝土灌入鋼管中形成鋼管混凝土，核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段它的彈性模量得以改善，在破壞時(shí)也具有較大的塑性變形。此外，若與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于混凝土的存在而提高了剛度，外力作用下的變形相對(duì)較小，在風(fēng)荷載和地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的水平位移可以嚴(yán)格控制。
（三）制作和施工方便。與鋼筋混凝土柱相比，鋼管可以兼作柱的外模和臨時(shí)支撐，免去了綁扎鋼筋、支模和拆模等工序；而且柱內(nèi)無(wú)鋼筋，混凝土澆灌也相對(duì)簡(jiǎn)單的多，可以做到多層一次施工，并能更好的配合施工中的泵送混凝土、高位拋落免振搗混凝土和自密實(shí)混凝土等技術(shù)。與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比，鋼管混凝土的構(gòu)造通常更為簡(jiǎn)單，焊縫少，更易于制作。
（四）耐火性能較好。眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能較差，構(gòu)件溫度升至600°C時(shí)結(jié)構(gòu)完全喪失承載力，變形迅速增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。因此，鋼結(jié)構(gòu)中構(gòu)件要采用防火涂料進(jìn)行保護(hù)。
（五）經(jīng)濟(jì)效果好。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于軸壓比的限制常常令柱截面尺寸很大，若改用鋼管混凝土，柱截面將大大減小，建筑結(jié)構(gòu)所占的面積也將大大減小，這對(duì)投資方而言會(huì)產(chǎn)生不小的經(jīng)濟(jì)效益。
二、矩形鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型與性能
（一）鋼管混凝土柱―鋼筋混凝土梁節(jié)點(diǎn)
1.加強(qiáng)環(huán)肋板式節(jié)點(diǎn)
加強(qiáng)環(huán)肋板式節(jié)點(diǎn)由上下加強(qiáng)環(huán)和垂直肋板組成，垂直肋板和鋼管及下環(huán)板焊接，鋼筋混凝土預(yù)制梁端留一豎向糟，槽口順肋板將梁放在下環(huán)上，用角焊縫將梁端預(yù)埋件與肋板及下環(huán)板相焊接，然后蓋上上加強(qiáng)環(huán)，再將上環(huán)板與梁端預(yù)埋件焊接，如圖1.1所示，這種剛性節(jié)點(diǎn)通過(guò)上下加強(qiáng)環(huán)傳遞梁端彎矩，垂直肋板傳遞剪力。這種節(jié)點(diǎn)型式的特點(diǎn)是傳力可靠，在滿足“強(qiáng)柱弱梁”的條件下設(shè)計(jì)好加強(qiáng)環(huán)，同時(shí)注意焊接質(zhì)量，使塑性鉸出現(xiàn)在梁端的情況下有良好的抗震性能。這種節(jié)點(diǎn)適用于多層工業(yè)與民用建筑。
圖1.1 加強(qiáng)環(huán)肋板式節(jié)點(diǎn)
2.加強(qiáng)環(huán)承重銷(xiāo)式節(jié)點(diǎn)
加強(qiáng)環(huán)承重銷(xiāo)式節(jié)點(diǎn)是在梁頂用加強(qiáng)環(huán)分別和鋼管及梁頂預(yù)埋件鋼板焊接，預(yù)制梁端部做成下短、上長(zhǎng)的變形截面形狀擱在承重銷(xiāo)上，如圖1.2所示。加強(qiáng)環(huán)的作用是傳遞梁端彎矩所產(chǎn)生的拉力，承重銷(xiāo)的作用是傳遞梁端傳來(lái)的剪力，承重銷(xiāo)多采用工字梁，它的腹板穿過(guò)鋼管柱，上下翼緣則焊在鋼管壁上。這種節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是受力明確，剛度大，承載力高；缺點(diǎn)是構(gòu)造較復(fù)雜，用鋼量大，這種節(jié)點(diǎn)適用于重型工業(yè)廠房中。
圖1.2加強(qiáng)環(huán)承重銷(xiāo)式節(jié)點(diǎn) 圖1.3 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)
3.環(huán)梁節(jié)點(diǎn)
鋼筋混凝土梁與圓鋼管混凝土柱連接時(shí)，采用鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)。這種節(jié)點(diǎn)是圍繞鋼管柱設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土環(huán)梁，與鋼管柱緊密箍抱，樓蓋的縱筋錨固于環(huán)梁內(nèi)，借環(huán)梁傳遞梁端彎矩；在鋼管外側(cè)位于環(huán)梁中部或靠近底部貼焊一或兩根環(huán)形鋼筋作為抗剪環(huán)傳遞梁端剪力，如圖1.3所示。這種節(jié)點(diǎn)的傳力方式是:梁的剪力傳至環(huán)梁后，通過(guò)環(huán)梁和鋼管間的粘結(jié)力、摩擦力和抗剪環(huán)傳給鋼管柱；梁的彎矩則由環(huán)梁承擔(dān)并自行平衡或傳至鋼管柱。
（二）鋼管混凝土柱―鋼筋混凝土梁節(jié)點(diǎn)
1.內(nèi)、外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)
如圖1.4所示為鋼管混凝土外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)。梁端剪力的傳遞采用焊接于鋼管上的連接腹板實(shí)現(xiàn)，梁端彎矩的傳遞采用環(huán)繞鋼管柱的加強(qiáng)環(huán)與鋼梁上下翼緣焊接的辦法實(shí)現(xiàn)。外加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)是迄今為止實(shí)際工程中應(yīng)用較多的一種節(jié)點(diǎn)型式，其傳力路徑簡(jiǎn)潔明確、節(jié)點(diǎn)剛度大、承載力高，在適當(dāng)?shù)慕孛嬖O(shè)計(jì)下能較好地實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱、弱梁、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”的原則。
圖1.4鋼管混凝土外加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)
內(nèi)加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)，即將鋼梁翼緣板與腹板直接焊接在管柱外邊，內(nèi)環(huán)與梁的翼緣在同一水平面內(nèi)，節(jié)點(diǎn)仍然能夠滿足剛性節(jié)點(diǎn)的要求。這種節(jié)點(diǎn)型式比外環(huán)節(jié)省鋼材，但當(dāng)管柱直徑較大時(shí)才能采用，因?yàn)楫?dāng)管徑較小時(shí)焊接困難，而且將妨礙管內(nèi)混凝土的澆灌，我國(guó)1997年開(kāi)始修建的深圳賽格廣場(chǎng)大廈中重要的節(jié)點(diǎn)都采用了內(nèi)加強(qiáng)環(huán)。
2.錨定板式節(jié)點(diǎn)
如圖1.5所示為錨定板式節(jié)點(diǎn)，即在鋼管內(nèi)正對(duì)鋼梁上、下翼緣處各焊一個(gè)T形錨定板，埋于柱核心混凝土內(nèi)，以承受梁翼緣傳來(lái)的力偶，剪力的傳遞則依靠梁腹板的豎直焊縫。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、省鋼材，但節(jié)點(diǎn)的整體剛度較小，適用于節(jié)點(diǎn)內(nèi)力不大的情況，目前已在深圳賽格廣場(chǎng)工程中應(yīng)用。
圖1.5錨定板式節(jié)點(diǎn)
參考文獻(xiàn)：
[1]《高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》 黑龍江科學(xué)出版社1999
1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析
1. 1 結(jié)構(gòu)面積減小，有效使用面積增加
在建筑工程中鋼管混凝土通常用做柱子，由于鋼管混凝土是延性材料，在地震區(qū)可以做到不受軸壓比的限制，只控制其長(zhǎng)細(xì)比，因此，柱截面面積可減少很多，有效使用面積增大，結(jié)構(gòu)自重減輕在50%以上，因此，地震作用和地基荷載均可減小，從而經(jīng)濟(jì)有效地解決了我國(guó)建筑工程領(lǐng)域長(zhǎng)期存在而未能解決的“胖柱”問(wèn)題。
1. 2 施工簡(jiǎn)便，可大大縮短工期
鋼管混凝土柱和普通混凝土柱相比，免除了支模、拆模、綁扎鋼筋或焊接鋼筋骨架等工序，省工省時(shí)；和普通鋼柱相比，不用節(jié)點(diǎn)板，焊縫少，構(gòu)造簡(jiǎn)單?？s短工期，提前投產(chǎn)，其綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。
1. 3 同等承載力條件下有更大的經(jīng)濟(jì)效益
鋼管超高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)比普通混凝土柱的造價(jià)降低30%左右；鋼管高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)比普通混凝土柱的造價(jià)偏高或大略相等?？梢?jiàn)，采用鋼管超高強(qiáng)混凝土柱有更大的經(jīng)濟(jì)效益。
1. 4 耐火性能好
鋼管混凝土柱（空心鋼柱用混凝土填實(shí)）有較高的耐火能力，因?yàn)殇撝鼰岷笥腥舾蔁崃繒?huì)傳遞到混凝土部分，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。組合梁的耐火能力也會(huì)提高，因?yàn)殇摿旱臏囟葧?huì)從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。
2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)目前存在和需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題
從現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靜力學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)性能等方面，而真正對(duì)材料的研究相對(duì)較少。材料與結(jié)構(gòu)是一體不可分的，有了良好的材料設(shè)計(jì)，才會(huì)有良好的結(jié)構(gòu)性能，而目前鋼管混凝土所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題如施工不穩(wěn)定、脫空、膨脹性能低、混凝土力學(xué)性能達(dá)不到要求等都可以先從材料方面著手找到解決問(wèn)題的方法。以下幾個(gè)方面是有待解決的問(wèn)題。
2. 1 材料的要求高，成本提高
混凝土特別是高強(qiáng)度混凝土的配制較困難，目前，強(qiáng)度等級(jí)在C100以上的混凝土仍處于試驗(yàn)室階段，高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用在一定程度上提高了成本。
2. 2 材料的自身性質(zhì)
鋼管混凝土在收縮、徐變、溫度等影響下的材料自身性質(zhì)還需做系統(tǒng)全面的研究。
2. 3 復(fù)雜受力狀態(tài)
復(fù)雜受力狀態(tài)如彎、剪、壓、扭共同作用時(shí)構(gòu)件的計(jì)算方法還沒(méi)有完全確定，造成設(shè)計(jì)時(shí)只能簡(jiǎn)單地忽略構(gòu)件的受扭和受剪，并加大構(gòu)件承載力的富裕度來(lái)處理。
2. 4 節(jié)點(diǎn)性能的研究
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程采用的節(jié)點(diǎn)形式有很多樣。按材料分，現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)，鋼梁與鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)；按梁柱間的彎矩傳遞情況來(lái)分，有剛接節(jié)點(diǎn)、鉸接節(jié)點(diǎn)和彈性連接節(jié)點(diǎn)。目前，關(guān)于節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)和理論研究嚴(yán)重滯后于實(shí)際工程的應(yīng)用。
2. 5 動(dòng)力性能的研究
鋼管混凝土尤其鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土的耐疲勞性能和抗震性能需做進(jìn)一步研究。
2. 6 鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)技術(shù)的要求
鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)包括防火、防腐、防銹。鋼結(jié)構(gòu)體系房屋造價(jià)高的主要原因是鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)技術(shù)要求較高，費(fèi)用較高。
3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景
我國(guó)于上世紀(jì)50 年代末開(kāi)始進(jìn)行鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究，主要集中在鋼管中澆灌混凝土的內(nèi)填充型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。目前，在鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)、耐火性能等方面展開(kāi)了比較系統(tǒng)的研究工作，取得了巨大成就，其構(gòu)件性能、理論研究和實(shí)際應(yīng)用在國(guó)際上處于領(lǐng)先。
1963 年在北京地鐵車(chē)站首次應(yīng)用了鋼管混凝土柱，隨后，在一些廠房的柱子中逐步得到推廣應(yīng)用。上世紀(jì)80年代以來(lái)這種結(jié)構(gòu)材料在多層和高層建筑中得到進(jìn)一步應(yīng)用。自1990年在我國(guó)四川省建成了跨度110m 的下承式系桿鋼管混凝土拱橋―――旺港天橋以來(lái)，混凝土拱橋在我國(guó)得到了迅猛發(fā)展。廣州丫髻沙大橋?yàn)橹骺?60m的鋼管混凝土帶懸臂中承式剛架系桿，拱的跨徑突破了300m大關(guān)；四川省巫山長(zhǎng)江大橋?yàn)榭鐝?00m的鋼管混凝土拱橋，這兩座橋梁的修建，標(biāo)志著我國(guó)鋼管混凝土拱橋的研究與應(yīng)用整體水平已經(jīng)提升至一個(gè)新的高度。鋼管混凝土拱橋在我國(guó)迅速發(fā)展，并先后頒布了有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程。
國(guó)內(nèi)一些大專(zhuān)院校、科研院所也對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了一些成果。韓林海和鐘善桐等對(duì)工程中常用的幾種形狀的鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了探索和研究，提出了極限平衡法理論和鋼管混凝土統(tǒng)一理論，為鋼管混凝土的研究奠定了基礎(chǔ)；哈爾濱建筑大學(xué)王湛等通過(guò)試驗(yàn)研究了核心混凝土為C30～C50強(qiáng)度等級(jí)的鋼管膨脹混凝土；魏美娟等給出了鋼管混凝土構(gòu)件的計(jì)算條件，對(duì)構(gòu)件在臨時(shí)荷載作用下受彎的力學(xué)性能進(jìn)行了分析和計(jì)算；武漢理工大學(xué)的胡曙光和丁慶軍等針對(duì)鋼管高強(qiáng)膨脹混凝土的特性，圍繞鋼管混凝土工程應(yīng)用中所普遍存在的混凝土與鋼管脫粘問(wèn)題和大跨度結(jié)構(gòu)工程的施工難題，進(jìn)行了長(zhǎng)期深入、系統(tǒng)的研究；韓冰等在對(duì)鋼管混凝土受彎構(gòu)件徐變分析的基礎(chǔ)上，建立了長(zhǎng)期荷載作用下鋼管混凝土受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算方法，認(rèn)為徐變將降低鋼管混凝土受彎構(gòu)件的承載力。
目前，鋼管混凝土和鋼管高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用很廣泛，但鋼管超高強(qiáng)混凝土還處于試驗(yàn)室研究階段，隨著科研成果的積累和完善，本世紀(jì)鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中一定會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]鐘善桐.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展[J ].建筑技術(shù)， 2001 （2）
中圖分類(lèi)號(hào)： TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1 前言
鋼管混凝土（Concrete-Filled Steel Tube，簡(jiǎn)稱(chēng)CFST）構(gòu)件是指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構(gòu)件。按截面形式的不同可以分為矩形截面、圓形截面和多邊形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其中圓形截面和矩形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛[1]。
2 鋼管混凝土構(gòu)件的特點(diǎn)
（1）軸壓承載力高
鋼管混凝土構(gòu)件受壓時(shí)，由于產(chǎn)生緊箍效應(yīng)，核心混凝土三向受壓，強(qiáng)度大大提高，鋼管延緩和避免了過(guò)早發(fā)生局部屈曲。兩種材料互相彌補(bǔ)了彼此的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了彼此的長(zhǎng)處，從而使鋼管混凝土具有較高的承載力。一般都高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土單獨(dú)承載力之和。試驗(yàn)證明：對(duì)于圓鋼管混凝土，整個(gè)構(gòu)件的抗壓承載力約為鋼管和混凝土單獨(dú)承載力之和的117~210倍；對(duì)于方形鋼管混凝土，則為111~115倍[2]。
（2）塑性和韌性好
混凝土的脆性較大，但核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時(shí)具有很大的塑性變形。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時(shí)，往往可以被壓到原長(zhǎng)的2/3，但仍沒(méi)有呈現(xiàn)脆性破壞的特征。這種結(jié)構(gòu)在承受沖擊荷載和振動(dòng)荷載時(shí)，也具有很好的韌性。由于鋼管具有良好的塑性和韌性，因而抗震性能好。
（3）施工方便，加快施工速度
與鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱沒(méi)有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡(jiǎn)便，鋼管內(nèi)無(wú)鋼筋，澆灌容易，振搗密實(shí)。近年來(lái)使用頂部拋落無(wú)振混凝土及泵送混凝土后，不但可以解決振搗時(shí)容易在管內(nèi)積存空氣的問(wèn)題，也大大簡(jiǎn)化了施工現(xiàn)場(chǎng)，縮短工期。
（4）耐火性能較好
由于組成鋼管混凝土的鋼管和其核心混凝土之間具有相互貢獻(xiàn)、協(xié)同互補(bǔ)、共同工作的特點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)具有較好的耐火性能。鋼管內(nèi)灌有混凝土，能吸收大量的熱能，在遭受火災(zāi)時(shí)管柱截面溫度場(chǎng)的分布很不均勻，因而增加了柱子的耐火時(shí)間。經(jīng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：達(dá)到一級(jí)耐火三小時(shí)要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/2～2/3。
（5）經(jīng)濟(jì)效果好
采用鋼管混凝土可以很好地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力，使材料得到更為充分和合理的應(yīng)用，因此鋼管混凝土具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。由于上述的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁建筑和高層建筑中。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)同樣具有缺點(diǎn)：①鋼管需采取防火措施，在進(jìn)行構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮火災(zāi)情況下的荷載系數(shù)。②鋼管接頭處需要現(xiàn)場(chǎng)施焊，若采用螺栓連接，需在鋼管接頭處設(shè)置可用螺栓連接的法蘭盤(pán)。與焊接的連接方式相比，采用這種方法時(shí)，節(jié)點(diǎn)的傳力效果相對(duì)較差。
3鋼管混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來(lái)的，鋼管混凝土做為一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式早在19世紀(jì)80年代就已經(jīng)被人類(lèi)設(shè)計(jì)應(yīng)用。起初僅僅是用做橋墩，然后隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高使它的應(yīng)用范圍得到了很大的擴(kuò)展。國(guó)外學(xué)者多年來(lái)對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法所開(kāi)展的深入細(xì)致的研究工作，已取得豐碩成果，很多國(guó)家制定了有關(guān)鋼管混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程或規(guī)范；在國(guó)內(nèi)，20世紀(jì)60年代開(kāi)始了這種結(jié)構(gòu)的研究并首先用于首都地鐵工程中。20世紀(jì)70年代以后，在許多工業(yè)廠房，高爐和鍋爐構(gòu)架以及輸、變電塔架中均得到了廣泛應(yīng)用；在一些廠房跨度很大，柱子很高，吊車(chē)起重量較大的結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土的優(yōu)越性就表現(xiàn)的更為明顯。
隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)上主要應(yīng)用在拱橋結(jié)構(gòu)中。鋼管混凝土用作拱橋的承壓構(gòu)件，在施工時(shí)空鋼管不僅具有模板和鋼筋的功能，還有骨架剛度大、承載能力高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中都得到了廣泛應(yīng)用。隨著高度超過(guò)100m的超高層建筑的大量興建，在高強(qiáng)混凝土還不普及的20世紀(jì)80年代后期，人們開(kāi)始應(yīng)用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問(wèn)題的探索[3]。
4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
（1）鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用
在高層建筑中，鋼管混凝土柱具有很強(qiáng)的相容性，它既可以在混凝土體系中代替部分鋼筋混凝土柱，也可以在鋼結(jié)構(gòu)體系中代替鋼柱。實(shí)踐證明在高層建筑中采用鋼管混凝土柱，不但承載力得以提高，柱的截面尺寸也大大減小，節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期，而且可以采用大柱網(wǎng)、大空間的框架結(jié)構(gòu)體系，增加了房屋的使用面積。同時(shí)鋼管混凝土柱采用了高強(qiáng)度混凝土，一般C60以上，使柱的截面減小，這不僅對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利，還可以降低地基基礎(chǔ)的造價(jià)。施工時(shí)除梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜外，其他施工程序上與原結(jié)構(gòu)體系無(wú)多少差異。
（2）鋼管混凝土在大跨度橋梁工程中的應(yīng)用
隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，需要建造能夠跨越江河、海灣和山谷的安全、經(jīng)濟(jì)且輕盈美觀的大跨度橋梁。鋼管混凝土具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)量及施工方便的特點(diǎn)，能夠滿足橋梁結(jié)構(gòu)所需的用料省、施工簡(jiǎn)便、承載力大等要求。早期鋼管混凝土結(jié)構(gòu)多用于橋梁工程的基礎(chǔ)工程中，隨著對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件工作性能的研究以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，從八十年代開(kāi)始鋼管混凝土開(kāi)始應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)。
（3）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在公共建筑中的應(yīng)用
在首鋼陶樓展覽館，全部柱子采用了鋼管混凝土柱。北京地鐵車(chē)站站臺(tái)中廣泛采用了鋼管混凝土柱，不僅充分發(fā)揮了其優(yōu)良的受力性能，也獲得美好的景觀，縮短了工期。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m 的拱懸掛，拱采用箱形截面，分別用四根鋼管置于箱形截面的四角，用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土，以此箱形拱為依托，掛上模板，澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣充分體現(xiàn)了前述鋼管可作為施工時(shí)承重骨架的優(yōu)越性，解決了如此高大拱體現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的困難。這一結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是鋼管混凝土與空腹桁架的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的巧妙結(jié)合與發(fā)展[4]。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種相對(duì)年輕的結(jié)構(gòu)形式。但它突出的優(yōu)點(diǎn)更適合我國(guó)的國(guó)情，鋼管混凝土能夠適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載發(fā)展和承受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廠房、高層和超高層建筑、拱橋和地下結(jié)構(gòu)中，并已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著其理論研究的深入和完善、施工工藝的提高和高性能材料的應(yīng)用，鋼管混凝土也將繼續(xù)廣泛地用于各種建筑結(jié)構(gòu)中 [5]。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳卓 段小雨《鋼管混凝土的特點(diǎn)與發(fā)展》重慶建筑[J] 2005.1 62-65
[2]李俊峰《淺談鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與優(yōu)缺點(diǎn)》包鋼科技 2001,27(3):92-95
鋼管混凝土在高層建筑工程中，主要是作為受壓管柱的建筑構(gòu)件使用，與鋼梁和梁柱節(jié)點(diǎn)等共同構(gòu)成建筑物的框架結(jié)構(gòu)體系。 鋼管砼柱因其結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)和理論分析證明，鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環(huán)向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處于三向應(yīng)力狀態(tài)。三向受壓的混凝土抗壓強(qiáng)度大大提高，同時(shí)塑性增大，其物理性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，由原來(lái)的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧?。正是這種結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點(diǎn)，并作為新型的第五種建筑組合結(jié)構(gòu)顯示出巨大的生命力和發(fā)展前景。鋼管砼的特征與優(yōu)勢(shì)如下：
1、鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當(dāng)于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上，受力合理,能充分發(fā)揮混凝土與鋼材的特長(zhǎng),從而使構(gòu)件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對(duì)于同樣的負(fù)荷,鋼管混凝土構(gòu)件的斷面將比鋼筋混凝土構(gòu)件顯著減小。對(duì)混凝土來(lái)說(shuō),由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強(qiáng)度提高了幾倍。對(duì)鋼管來(lái)說(shuō),薄壁鋼構(gòu)件對(duì)于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對(duì)稱(chēng)缺陷的存在,將使實(shí)際的穩(wěn)定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定,使其弱點(diǎn)得到了彌補(bǔ)。
2、柱子截面減小，自重減小，相當(dāng)于設(shè)防烈度下降一級(jí)，具有良好的抗震性能。由于結(jié)構(gòu)自重大大減輕,這對(duì)減小地震作用大為有利。結(jié)構(gòu)具有良好的延性,這在抗震設(shè)計(jì)中是極為重要的。而對(duì)于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點(diǎn)。
3、鋼管壁薄便于選材、制造與現(xiàn)場(chǎng)焊接，是施工最為快捷的建筑結(jié)構(gòu)，施工簡(jiǎn)單,縮短工期。鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構(gòu)件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡(jiǎn)單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節(jié)省腳手架。這些方面對(duì)施工都大為有利,不僅節(jié)省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現(xiàn)場(chǎng)露天工作,改善了工作條件,同時(shí)也加快了施工、縮短工期。
4、鋼管砼柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優(yōu)于鋼柱，從而比鋼柱可節(jié)省耐火涂料50%以上。此外具有良好的塑性性能?；炷潦谴嘈圆牧?混凝土的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),即使是鋼筋混凝土受壓構(gòu)件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞,也是脆性破壞。而且在實(shí)際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實(shí)際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態(tài),約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質(zhì),而且在破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒(méi)有脆性特征,屬于塑性破壞。
5、鋼管混凝土獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。鋼管混凝土柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積。與鋼結(jié)構(gòu)相比,節(jié)約了大量鋼材，因而相應(yīng)地也降低了造價(jià)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當(dāng)。這樣隨之帶來(lái)的優(yōu)越性是構(gòu)件自身大大減輕、構(gòu)件斷面大大減小,減少了結(jié)構(gòu)占地面積。由于省去了大量的模板,節(jié)省了大量木材,降低了費(fèi)用, 鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價(jià)，因此其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
二、鋼管混凝土在工程中的應(yīng)用及效益
近年來(lái)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也在迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新的施工工藝和施工方法，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種大型建筑工程和交通運(yùn)輸工程中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
1、高層建筑工程。據(jù)有關(guān)資料，達(dá)百米和超過(guò)百米的鋼管砼結(jié)構(gòu)的高層建筑已有20多座。其中最高的是深圳72層的賽格廣場(chǎng)大廈，結(jié)構(gòu)高度291.6米，堪稱(chēng)世界之最。例如1992年泉州市郵電局大廈,高87.5m,采用框架剪力墻結(jié)構(gòu),底部三層的框架柱采用的鋼管混凝土柱。廈門(mén)信源大廈高96m,地下2層\地上28層。地下至20層的全部框架柱及20～23層的四角柱采用了鋼管混凝土。廈門(mén)埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱。惠州嘉駿大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱。惠州富紳商住樓28層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
2、 公共建筑、工業(yè)廠房及大跨度橋梁工程 。例如南寧青秀山高爾夫俱樂(lè)部打習(xí)館改擴(kuò)建工程，項(xiàng)目位于青秀山風(fēng)景區(qū)，擬在改造原有主體框架的同時(shí)擴(kuò)建二層的辦公用房。由于打習(xí)館已投入使用，在改、擴(kuò)建施工的過(guò)程中應(yīng)盡量減少對(duì)原有建筑已使用部分的影響，縮短工期，同時(shí)配合整個(gè)建筑物的立面造型及風(fēng)格，經(jīng)多方分析比較，決定在擴(kuò)建工程中采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，并采取一定的施工措施，充分利用組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。鋼管混凝土已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)中，也開(kāi)始應(yīng)用于斜拉橋結(jié)構(gòu)中。 在拱橋結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土構(gòu)件主要用來(lái)承受軸向壓力。拱橋的跨度很大時(shí)，拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管混凝土構(gòu)件是非常合理的。另外，鋼管可以做為橋梁安裝架設(shè)階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。因此，鋼管混凝土被認(rèn)為是建造大跨度拱橋的一種比較理想的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。自1990年在四川省旺蒼縣建成跨度為115米的我國(guó)第一座鋼管混凝土拱橋以來(lái)，在10來(lái)年的時(shí)間里，我國(guó)已經(jīng)建成了100多座鋼管混凝土拱橋，其中跨度在100米以上的就有30多座，尤其是重慶市萬(wàn)縣長(zhǎng)江公路大橋，跨度達(dá)到420米，一跨過(guò)江。
近年來(lái)，在斜拉橋和梁式橋中也開(kāi)始采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，同樣取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如，廣東南海市紫洞大橋、湖北秭歸縣向家壩大橋和四川萬(wàn)縣萬(wàn)洲大橋都采用了鋼管混凝土空間桁架組合梁式結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)恒載，提了結(jié)構(gòu)承載力利用系數(shù)，同時(shí)采用與之相適應(yīng)的、合理的施工工藝，簡(jiǎn)化了施工程序，減少了施工設(shè)備，加快了施工進(jìn)度，降低了工程造價(jià)。鋼管混凝土空間桁架組合梁式結(jié)構(gòu)適用于多種橋型，如系桿拱橋結(jié)構(gòu)、特大跨徑斜拉橋結(jié)構(gòu)、特大跨徑懸索橋結(jié)構(gòu)等，推廣其應(yīng)用必將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
0.前言
國(guó)外最早應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu),主要是用混凝土來(lái)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu),使之防火性能及防腐蝕性能得到大大改善,不必要進(jìn)行經(jīng)常性的、工作量很大的日常維護(hù)。后來(lái)在結(jié)構(gòu)中才主要利用混凝土來(lái)提高結(jié)構(gòu)剛度,以減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移。將型鋼混凝土用于高層、超高層及高聳鋼結(jié)構(gòu)中,以及用于地震區(qū)的建筑中,將使建(構(gòu))筑物的側(cè)移大大減小。一般在混凝土中再不配縱向鋼筋與鋼箍。所用鋼管一般為薄壁圓鋼管或方鋼管。方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用歷史較短,盡管其與圓鋼管混凝土相比有一定的優(yōu)點(diǎn),鋼管的制作,節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,對(duì)某些受力構(gòu)件,大偏心受壓構(gòu)件比圓鋼管受力性能要好,不必一定做成雙肢或多肢柱。
1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算模型假設(shè)
對(duì)于實(shí)心鋼管混凝土的研究，國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出鋼管混凝土統(tǒng)一理論，即將鋼和混凝土視為一種組合材料來(lái)研究其綜合力學(xué)性能。
鋼管混凝土統(tǒng)一理論有如下基本假設(shè)：
(1)鋼管混凝土可視為一種組合材料?？梢杂蓸?gòu)件的工作曲線來(lái)研究其組合力學(xué)性能指標(biāo)，由整個(gè)構(gòu)件的形常數(shù)來(lái)計(jì)算其承載力。
(2)鋼管混凝土構(gòu)件在不同荷載組合作用下的性能變化是連續(xù)、統(tǒng)一的。
(3)鋼管混凝土構(gòu)件的性能隨幾何參數(shù)如長(zhǎng)細(xì)比、含鋼率等的變化是連續(xù)、統(tǒng)一的。
(4)鋼管混凝土構(gòu)件的性能變化隨其截面形狀如圓形、多邊形、方形的改變是連續(xù)、統(tǒng)一的。
根據(jù)這些假設(shè)，統(tǒng)一理論研究的基本思路是：首先分別確定鋼材和核心混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型，再將應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系模型編入數(shù)值計(jì)算的程序當(dāng)中，利用數(shù)值分析方法計(jì)算出構(gòu)件受軸壓（拉）、純彎、純扭或純剪的荷載－變形關(guān)系曲線，進(jìn)而由荷載－變形關(guān)系曲線導(dǎo)出鋼管混凝土各項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)（如軸壓模量及強(qiáng)度指標(biāo)，抗彎剛度及抗彎模量等）。由于計(jì)算時(shí)采用的核心混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型中考慮了鋼材對(duì)混凝土的約束作用，所以在綜合荷載－變形關(guān)系中也就包含了這種作用效應(yīng)，因而在各項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)中也包含了這種效應(yīng)，比較符合實(shí)際應(yīng)用。
2.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
2.1受力合理
能充分發(fā)揮混凝土與鋼材的特長(zhǎng),從而使構(gòu)件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對(duì)于同樣的負(fù)荷,鋼管混凝土構(gòu)件的斷面將比鋼筋混凝土構(gòu)件顯著減小。對(duì)混凝土來(lái)說(shuō),由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強(qiáng)度提高了幾倍。對(duì)鋼管來(lái)說(shuō),薄壁鋼構(gòu)件對(duì)于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對(duì)稱(chēng)缺陷的存在,將使實(shí)際的穩(wěn)定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定,使其弱點(diǎn)得到了彌補(bǔ)。
2.2具有良好的塑性性能
混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),即使是鋼筋混凝土受壓構(gòu)件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞,也是脆性破壞。而且在實(shí)際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實(shí)際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態(tài),約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質(zhì),而且在破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒(méi)有脆性特征,屬于塑性破壞。此外,這種結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞、耐沖擊的性能。
2.3施工簡(jiǎn)單,縮短工期
鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構(gòu)件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡(jiǎn)單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節(jié)省腳手架。這些方面對(duì)施工都大為有利,不僅節(jié)省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現(xiàn)場(chǎng)露天工作,改善了工作條件,同時(shí)也加快了施工、縮短工期。
2.4顯著的經(jīng)濟(jì)效果
與鋼結(jié)構(gòu)相比,節(jié)約了大量鋼材。根據(jù)多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì),鋼管混凝土大約能節(jié)省鋼材50%,因而相應(yīng)地也降低了造價(jià)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當(dāng)。這樣隨之帶來(lái)的優(yōu)越性是構(gòu)件自身大大減輕、構(gòu)件斷面大大減小,減少了結(jié)構(gòu)占地面積。由于省去了大量的模板,節(jié)省了大量木材,降低了費(fèi)用,因此其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
2.5良好的抗震性能
由于結(jié)構(gòu)自重大大減輕,這對(duì)減小地震作用大為有利。結(jié)構(gòu)具有良好的延性,這在抗震設(shè)計(jì)中是極為重要的。而對(duì)于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點(diǎn)。
2.6具有美好的造型與最小的受風(fēng)面積
圓形柱不僅以其美好的造型而且因其無(wú)棱角,所以特別適用于公共建筑的門(mén)廳、大廳、車(chē)站\車(chē)庫(kù)、城市立交橋以及露天塔架等高聳結(jié)構(gòu)。
由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛采用于多高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、地鐵車(chē)站及各種重型、大跨的工業(yè)廠房以及高聳塔架等建筑物。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外應(yīng)用已有近百年歷史,20世紀(jì)初,美國(guó)就在一些單層和多層房屋中采用鋼管混凝土柱。
3.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在多層建筑中的應(yīng)用
例如1984年在上海建成的基礎(chǔ)公司特種基礎(chǔ)研究所科研樓,地下2層,地上5層均為雙跨鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。邊柱與中柱分別為299與35l根鋼管混凝土柱,可見(jiàn)柱斷面及結(jié)構(gòu)占地面積均比鋼筋混凝土框架柱為小。1992年泉州市郵電局大廈,高87.5m,采用框架剪力墻結(jié)構(gòu),底部三層的框架柱采用的鋼管混凝土柱。廈門(mén)信源大廈高96m,地下2層\地上28層。地下至20層的全部框架柱及20～23層的四角柱采用了鋼管混凝土。廈門(mén)埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱?；葜菁悟E大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱?；葜莞患澤套?8層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期,并且如果采用鋼筋混凝土,柱斷面尤其是底下數(shù)層柱的斷面將會(huì)很大,結(jié)構(gòu)占據(jù)了很大的使用面積,也給使用帶來(lái)諸多不便。
4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在公共建筑中的應(yīng)用
在北京地鐵車(chē)站站臺(tái)中廣泛采用了鋼管混凝土柱,不僅充分發(fā)揮了其優(yōu)良的受力性能,也獲得美好的景觀,縮短了工期。首鋼陶樓展覽館,全部柱子也采用了鋼管混凝土柱。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m的拱懸掛。拱采用箱形截面,分別用四根鋼管置于箱形截面的四角,用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土,以此箱形拱為依托,掛上模板,澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣解決了如此高大拱體現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的困難。充分體現(xiàn)了前述鋼管可作為施工時(shí)承重骨架的優(yōu)越性。這一結(jié)構(gòu),實(shí)際上是鋼管混凝土與空腹桁架配鋼的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的巧妙結(jié)合與新的發(fā)展。
5.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在工業(yè)構(gòu)筑物中的應(yīng)用
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于各種設(shè)備支架、塔架、通廊與倉(cāng)庫(kù)支柱等各種工業(yè)構(gòu)筑物中。
工業(yè)構(gòu)筑物支架柱常為軸心受壓或接近軸心受壓,塔架等構(gòu)架的桿件常常以軸力為主,因此用鋼管混凝土柱受力合理,尤其對(duì)于室外的高度較高的塔架或倉(cāng)庫(kù)等,用圓形柱減小了受風(fēng)面積,對(duì)承受風(fēng)力是理想的斷面形式。這些構(gòu)筑物中比較典型的有江西德興銅礦礦石貯倉(cāng)柱。圓筒貯倉(cāng)高達(dá)42m,包括礦石在內(nèi)總重達(dá)16000t,采用了16根鋼管混凝土柱支承。荊門(mén)熱電廠鍋爐構(gòu)架1982年建成,鍋爐及附屬結(jié)構(gòu)總重為4220t,構(gòu)架高50m,由六根鋼管混凝土平腹桿雙肢柱支承。構(gòu)架跨度22.4m,柱距12m,柱頂標(biāo)高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的鋼管,顯得非常輕巧。另外筆者在萊鋼2x60萬(wàn)噸水渣微粉項(xiàng)目中，立磨機(jī)框架高度52m，框架頂部工藝安置一臺(tái)50噸行車(chē)，框架柱采用了鋼管混凝土框架柱結(jié)構(gòu)，較好解決整體框架結(jié)構(gòu)頂部受力過(guò)大的問(wèn)題。
華北電管局的微波塔于1988年建成,塔頂標(biāo)高117m,塔身由20根令273mmX8mm無(wú)縫鋼管內(nèi)注C15混凝土的鋼管輥凝土柱構(gòu)成空心圓柱形結(jié)構(gòu)。華東電力設(shè)計(jì)院1979年設(shè)計(jì)的500kV門(mén)式變電構(gòu)架采用鋼管混凝土A形柱,構(gòu)架高27.5m,采用420mmX6mm的鋼管,取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。
6.結(jié)論
由于鋼管混凝土的合理受力性能,施工簡(jiǎn)便,可加速工期并取得一定經(jīng)濟(jì)效果,因此已廣泛用于各種建構(gòu)筑物及橋梁工程。當(dāng)然,根據(jù)其受力特點(diǎn),主要用于以軸力為主尤其是以軸壓為主的構(gòu)件更顯其優(yōu)越性。由于工程中各種類(lèi)型構(gòu)件均有,受力復(fù)雜,因此使用時(shí)應(yīng)根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn),可與鋼結(jié)構(gòu)/鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及其他組合結(jié)構(gòu)結(jié)合使用,使各自發(fā)揮本身的特長(zhǎng)而構(gòu)成合理受力結(jié)構(gòu),而不可勉強(qiáng)地一定采用某種單一的結(jié)構(gòu)體系。
【參考文獻(xiàn)】
1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1.1 構(gòu)件承載力高。當(dāng)鋼管混凝土構(gòu)件的軸心受到外來(lái)壓力時(shí)，則導(dǎo)致了鋼管與核心混凝土受到三向應(yīng)力的影響，僅僅導(dǎo)致其性能發(fā)生質(zhì)變。然而，在鋼管的緊箍作用力下，其抗壓性能大為提升進(jìn)而使得核心混凝土不至于在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，而且將原本的脆性材料轉(zhuǎn)化為塑性材料。此外，鋼管薄壁的穩(wěn)定性受到其承載力的影響，致使屈服強(qiáng)度在實(shí)際中得到了利用，但是在鋼管混凝土中，鋼管內(nèi)部澆筑了混凝土則大為提升鋼管薄壁的穩(wěn)定性，進(jìn)而使屈服強(qiáng)度得以廣泛利用。根據(jù)相關(guān)研究得知，鋼管混凝土軸壓柱所能受到的荷載力較大，是同等面積混凝土所能承受荷載力的1.7倍。因此，在民用建筑中可以將剛才與混凝土進(jìn)行優(yōu)化組合，以提升兩種材料的綜合性能。
1.2 施工簡(jiǎn)便，可大大縮短工期。鋼管混凝土柱可分為組合柱與單管柱，兩者與傳統(tǒng)的鋼柱相比具有部件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、焊接縫隙少等特征，而且在施工過(guò)程中可直接插入預(yù)留的杯口中而無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的柱腳構(gòu)造設(shè)計(jì)。同時(shí)，因鋼管的厚度比傳統(tǒng)鋼柱要薄，大為降低了焊接的難度與成本。對(duì)于多層民用鋼管混凝土建筑來(lái)說(shuō)，其構(gòu)件無(wú)需如鋼筋混凝土一般在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑，可直接在企業(yè)進(jìn)行定制進(jìn)而運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝即可，而且鋼管的重量較輕便于運(yùn)輸和吊裝，無(wú)需過(guò)多的施工流程，整體工作量相比鋼筋混凝土更少，成本也相應(yīng)較低。
1.3 耐火性能好。一旦建筑發(fā)生火災(zāi)，隨著火災(zāi)時(shí)間的延續(xù)必然會(huì)導(dǎo)致建筑失火現(xiàn)場(chǎng)的溫度急劇升高，進(jìn)而導(dǎo)致外部鋼管的性能下降，承載力不斷下降而核心混凝土的導(dǎo)熱性能較低，致使其承載力抵抗溫度的時(shí)間較長(zhǎng)。此外，核心混凝土在外部鋼管的套箍作用下，即使在火災(zāi)中依舊能夠承擔(dān)一定的荷載。根據(jù)對(duì)已有火災(zāi)事故的考察，立柱承擔(dān)的荷載達(dá)到了70%，避免了在火災(zāi)發(fā)生后建筑物較快倒塌，為救災(zāi)工作贏取了時(shí)間。
1.4 具有良好的塑性和韌性。對(duì)于單純受壓的鋼筋混凝土而言，屬于脆性破壞但核心混凝土因受到鋼管的保護(hù)在使用過(guò)程中不僅能夠提升其彈性而且在受到外力侵害導(dǎo)致破壞的情況下能夠形成塑性變化。根據(jù)相關(guān)研究可知，核心混凝土柱在外力破壞的情況下能夠縮減到原來(lái)的三分之二的長(zhǎng)度，而無(wú)脆性破壞的特征。該性能表明了采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑抗震性能較強(qiáng)，提升了建筑的穩(wěn)固性，可避免因部分鋼管受到破壞而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失衡。
1.5 建筑布局靈活。在建筑工程中使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)是常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)不僅符合建筑施工中的靈活布局的需求而且提升建筑自身的抗震能力以及力學(xué)性能。此外，采用該結(jié)構(gòu)亦能夠提升建筑自身的檔次。
2 民用建筑鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)分析
2.1 鋼管混凝土柱與基礎(chǔ)的連接節(jié)點(diǎn)。鋼管混凝土柱與基礎(chǔ)之間的連接方式分為端承式柱腳與埋入式柱腳，后者指的是將鋼管混凝土直接插入到基礎(chǔ)的預(yù)制杯口中，隨后加以混凝土的澆筑。但是，由于鋼管外壁與混凝土杯口之間的摩擦力較小，需要在插入杯口內(nèi)的鋼管外壁焊一些抗剪栓釘。筆者認(rèn)為，僅設(shè)置栓釘不足以抵抗柱子對(duì)基礎(chǔ)的沖切力，至少應(yīng)設(shè)置抗剪鋼板 。
2.2 鋼管混凝土柱與框架梁的連接節(jié)點(diǎn)?？蚣芰翰徽撌遣捎媚姆N形式，通常情況下都會(huì)通過(guò)上下加強(qiáng)環(huán)板的方式與鋼管混凝土進(jìn)行連接，通過(guò)使加強(qiáng)環(huán)板與混凝土梁的上下縱筋進(jìn)行連接或者與鋼梁的上下翼緣之間進(jìn)行連接，以保障穩(wěn)定性避免柱皮發(fā)生撕裂現(xiàn)象。對(duì)于地震多發(fā)的確，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)環(huán)板的使用以提升抗震性能。然而，如果使用上下加強(qiáng)環(huán)板的話，即使是遵循了施工要求但卻會(huì)導(dǎo)致一定的使用不便。例如，對(duì)于樓梯間而言，會(huì)有四分之一的圓環(huán)不能被包裹住而暴露在外，不僅影響到美觀更影響到使用。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于們應(yīng)建筑的鋼管混凝土的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不能一味的遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而要綜合利用各類(lèi)方式。對(duì)于一般的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，仍然可以采用上下加強(qiáng)環(huán)板節(jié)點(diǎn)，而在建筑物的邊角或開(kāi)洞之處應(yīng)做特殊設(shè)計(jì)。以鋼筋混凝土梁為例：在梁上皮，可以將負(fù)彎矩筋穿過(guò)鋼管混凝土柱，并在開(kāi)孔處焊補(bǔ)強(qiáng)豎板；在梁下皮，可于鋼管混凝土柱側(cè)焊一圈加厚鋼板，并加焊倒牛腿以確保梁側(cè)與加勁肋之間保持平整，以進(jìn)一步提升其穩(wěn)定性而且又不會(huì)影響到正題的美觀性。同時(shí)，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)于該類(lèi)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以采用寬扁梁的形式，以避免對(duì)鋼管造成過(guò)多的破壞。此外，還可以在混凝土柱的上下側(cè)翼加設(shè)厚環(huán)板并將其與鋼梁之間進(jìn)行焊接。
2.3 鋼管混凝土柱與夾層梁的連接。夾層梁大都屬于單跨性質(zhì)的，在具體施工不適宜采用加強(qiáng)環(huán)板的方法，但可以通過(guò)安裝簡(jiǎn)支梁的方式進(jìn)行解決：也即在鋼管混凝上柱側(cè)而設(shè)置倒牛腿，梁縱筋焊在牛腿上此處注意梁的支承長(zhǎng)度及鋼筋的焊接長(zhǎng)度均應(yīng)滿足規(guī)范要求，梁高≤500mm時(shí)，支承長(zhǎng)度為150mm；梁高≥500mm是，支承長(zhǎng)度為200mm。
2.4 鋼管混凝土柱與懸臂梁的連接。采用懸臂梁在整個(gè)鋼管混凝土施工中不僅難度大而且對(duì)于技術(shù)的要求更高，根據(jù)規(guī)程中所列的幾大方法，根據(jù)筆者自身的施工經(jīng)驗(yàn)采用加長(zhǎng)段的環(huán)板進(jìn)行施工更為適宜。同時(shí)，為便于施工以及保障施工質(zhì)量，可將加強(qiáng)環(huán)板的厚度適當(dāng)增加一點(diǎn)并延長(zhǎng)環(huán)板的外延長(zhǎng)度，使之與挑梁的高度保持一致，即可解決掉環(huán)板與鋼筋的連接難題。
2.5 鋼管混凝土柱柱頂封頭板節(jié)點(diǎn)。鋼管混凝上柱受力特點(diǎn)是靠鋼管壁約束混凝上，使承載力大大提高，在鋼管混凝上柱的頂部也不可草率處理?；炷蠞仓戤吅螅媳砻嬉话銘?yīng)該略低于鋼管頂部待混凝土凝固收縮完成后再其上補(bǔ)填高一級(jí)標(biāo)號(hào)的水泥砂漿，要注意砂漿的高度應(yīng)高于鋼管并采用封頂板將砂漿壓實(shí)，然后根據(jù)預(yù)定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行補(bǔ)焊。
2.6 關(guān)于鋼管混凝土柱徑厚比的問(wèn)題。一般而言，鋼管的外徑與鋼管的壁厚之間的比值d/t應(yīng)控制在20～85之間，而套箍指標(biāo)則控制在0.1～3之間。設(shè)定此比值的目的在于避免空鋼管在外力的作用導(dǎo)致局部乃至整理發(fā)生失衡現(xiàn)象。如果在具體施工環(huán)節(jié)，采用的是多層鋼管的話，則應(yīng)先預(yù)先計(jì)算好鋼管的承載力以推測(cè)其穩(wěn)定性進(jìn)而在進(jìn)行澆筑混凝土，以保障施工的安全。同時(shí)，并控制徑厚比以滿足規(guī)程的要求：如果采用吊裝一一層鋼管就澆灌混凝上的施工工藝則可不必考慮徑厚比的全套箍指標(biāo)是為了防止鋼管混凝上柱脆性破壞和塑性變形過(guò)大而控制的，應(yīng)該予以遵守。此外，由于施工過(guò)程中需要再鋼管焊接厚度較厚的零件，因此鋼管壁不能過(guò)薄，否則影響焊接，致使焊接后的材料達(dá)不到施工的要求。
1、承載力高、延性好,抗震性能優(yōu)越
鋼管混凝土柱中,鋼管對(duì)其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài),提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度;鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲。研究表明,鋼管混凝土柱的承載力高于相應(yīng)的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?構(gòu)件的延性性能明顯改善,耗能能力大大提高,具有優(yōu)越的抗震性能。
2、 施工方便,工期大大縮短
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí),鋼管可以做為勁性骨架承擔(dān)施工階段的施工荷載和結(jié)構(gòu)重量,施工不受混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響;由于鋼管混凝土內(nèi)部沒(méi)有鋼筋,便于混凝土的澆注和搗實(shí);鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí),不需要模板,既節(jié)省了支模、拆模的材料和人工費(fèi)用,也節(jié)省了時(shí)間。
3、有利于鋼管的抗火和防火
由于鋼管內(nèi)填有混凝土,能吸收大量的熱能,因此遭受火災(zāi)時(shí)管柱截面溫度場(chǎng)的分布很不均勻,增加了柱子的耐火時(shí)間,減慢鋼柱的升溫速度,并且一旦鋼柱屈服,混凝土可以承受大部分的軸向荷載,防止結(jié)構(gòu)倒塌。組合梁的耐火能力也會(huì)提高,因?yàn)殇摿旱臏囟葧?huì)從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。經(jīng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:達(dá)到一級(jí)耐火3小時(shí)要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/3一2/3甚至更多,隨著鋼管直徑增大,節(jié)約涂料也越多。
4、耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)
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(jié)構(gòu)少得多,抗腐和防腐所需費(fèi)用也比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省。鋼管混凝土構(gòu)件的截面形式對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、施工難易程度、施工工期和工程造價(jià)都有很大的影響。圓鋼管混凝土受壓構(gòu)件借助于圓鋼管對(duì)其內(nèi)部混凝土有效的約束作用,使鋼管內(nèi)部的混凝土處于三向受壓狀態(tài),使混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度。但是圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工難度大,施工成本較高。相比之下,方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工較為方便,但鋼管混凝土受到的約束作用較小,結(jié)構(gòu)的承載力較低。
二、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用
1、高層建筑工程
在高層建筑結(jié)構(gòu)中,鋼管混凝土柱具有很大的優(yōu)勢(shì):具有承載力高,抗震性能好的特點(diǎn),既可以取代鋼筋混凝土柱,解決高層建筑結(jié)構(gòu)中普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底部的“胖柱”問(wèn)題和高強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中柱的脆性破壞問(wèn)題;也可以取代鋼結(jié)構(gòu)體系中的鋼柱,以減少鋼材用量,提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。鋼管混凝土構(gòu)件的自重較輕,可以減小基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān),降低基礎(chǔ)的造價(jià)。全部采用鋼管混凝土柱的工程可以采用“全逆作法”或“半逆作法”進(jìn)行施工,從而加快施工進(jìn)度;鋼管混凝土柱的鋼材厚度較小,取材容易、價(jià)格低。其耐腐蝕和防火性能也優(yōu)于鋼柱。鋼管混凝土柱不易倒塌,即使損壞,修復(fù)和加固也比較容易。
2、單層和多層工業(yè)廠房柱
單層工業(yè)廠房的柱屬于偏心受壓構(gòu)件,為了充分發(fā)揮鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),很多工程中的柱子設(shè)計(jì)成格構(gòu)式組合柱,如雙肢柱、三肢柱和四肢柱,把偏心彎矩轉(zhuǎn)變?yōu)檩S心力。
三、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展方向
1、高強(qiáng)度材料的應(yīng)用
采用高強(qiáng)混凝土可以減輕結(jié)構(gòu)自重、降低工程造價(jià)。隨著混凝土強(qiáng)度的提高,其延性下降,這阻礙了它在實(shí)際工程中的應(yīng)用。將高強(qiáng)混凝土灌入鋼管中形成高強(qiáng)鋼管混凝土,由于受到鋼管的約束作用,混凝土處于三向受壓狀態(tài),其延性將大為提高,而其構(gòu)件的承載力也得到了相應(yīng)的提高。因此,高強(qiáng)鋼管混凝土具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)高強(qiáng)鋼管混凝土構(gòu)件的研究表明;高強(qiáng)鋼管混凝土的力學(xué)性能與普通鋼管混凝土有所不同,其設(shè)計(jì)不能套用普通鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)公式。而我國(guó)現(xiàn)行的鋼管混凝土設(shè)計(jì)施工規(guī)范和規(guī)程只適用于普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu),因此必須加大高強(qiáng)鋼管混凝土的研究力度,盡快制定出相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范和觀察。
2、節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究
節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位,也是施工的難點(diǎn)。對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn),其合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和整個(gè)工程的造價(jià)。鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)可以分為兩種;鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點(diǎn)和鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)靜力性能的研究較多,而對(duì)于節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究報(bào)導(dǎo)還較少。
3、耐火性能的研究
我國(guó)還沒(méi)有制定針對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的防火規(guī)定。對(duì)于已經(jīng)建成的鋼管混凝土結(jié)構(gòu),有的采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的要求外包混凝土,有的按照鋼結(jié)構(gòu)的要求涂防火材料,都沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定和科學(xué)的依據(jù)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者就鋼管混凝土的耐火性能問(wèn)題進(jìn)行了研究,已經(jīng)取得了可喜的成績(jī);應(yīng)盡快編制出適合我國(guó)國(guó)情的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)防火規(guī)范。
4、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系抗震性能的研究
在對(duì)采用鋼管混凝土柱及鋼筋混凝土柱的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能的對(duì)比試驗(yàn)研究;并從理論上分析比較了兩種結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,得出了鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯優(yōu)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的結(jié)論。但目前對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的研究,主要還是集中在基本構(gòu)件方面,而對(duì)于鋼管混凝土整體結(jié)構(gòu)的抗震性能的研究還不多。應(yīng)開(kāi)展這方面充分的研究,以提供合理的抗震設(shè)計(jì)參數(shù),便于工程應(yīng)用。
Abstract: the concrete filled steel tube and the traditional reinforced concrete structure, compared for concrete filled steel tube has many aspects of advantages and a wide range of applications in the engineering construction. This paper in construction of concrete filled steel tube engineering application is discussed.
Keywords: steel tube concrete application advantages
中圖分類(lèi)號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
鋼管混凝土，是將混凝土填入薄壁鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。因其承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好、經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各種建筑物中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，成為目前結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向，有著廣闊的應(yīng)用前景。
1 鋼管混凝土的發(fā)展概況
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和應(yīng)用已有上百年的歷史 最早的鋼管混凝土出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)八十年代，在英國(guó)，鋼管混凝土首次被用于橋墩的設(shè)計(jì)，它是在鋼管內(nèi)灌筑混凝土以防止銹蝕并承受壓力。隨后又被用作多層、高層建筑物的結(jié)構(gòu)柱。對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行較為深入的研究始于20世紀(jì)六七十年代，美國(guó)等國(guó)家開(kāi)展了大量的鋼管混凝土試驗(yàn)研究和理論分析工作，取得了很大進(jìn)展。并在一些工程中加以應(yīng)用近些年來(lái)．對(duì)長(zhǎng)期荷載作用下的鋼管混凝土力學(xué)性能的研究取得新進(jìn)展。對(duì)鋼管混凝土動(dòng)力性能研究的也進(jìn)一步深入，此外，對(duì)采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土的鋼管混凝土構(gòu)件力學(xué)性能以及對(duì)鋼管局部屈曲等問(wèn)題也進(jìn)行了不少研究工作。我國(guó)最早主要集中研究在鋼管澆灌素混凝土的內(nèi)填型鋼管混凝結(jié)構(gòu)，60年代中期，鋼管混凝土開(kāi)始在一些廠房柱和地鐵工程中采用。進(jìn)入70年代后，這類(lèi)結(jié)構(gòu)在冶金、造船、電力等行業(yè)的工業(yè)廠房得到廣泛的推廣應(yīng)用。1978年，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)被列入國(guó)家科學(xué)發(fā)展規(guī)劃，使這一結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段，無(wú)論是科學(xué)研究還是設(shè)計(jì)施工都取得較大進(jìn)展，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2 鋼管混凝土的特點(diǎn)
2．1 承載力高
鋼管和混凝土之間的相互作用使該組合結(jié)構(gòu)的承載力顯著提高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和理論分析證明鋼管混凝土受壓構(gòu)件強(qiáng)度承載力可以達(dá)到鋼管和混凝土單獨(dú)承載力之和的I．7～2．0 倍。
2.2 塑性和韌性好
鋼管的套箍作用，使核心混凝土的物理性能發(fā)生了質(zhì)的變化，不但在使用階段提高了彈性性質(zhì)， 而且破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形，由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模?構(gòu)件的延性明顯改善。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時(shí)可以壓縮到原長(zhǎng)的三分之二，完全沒(méi)有脆性破壞的特征 這種新結(jié)構(gòu)在承受沖擊和振動(dòng)荷載時(shí)，也具有很大的韌性，因而抗震性能良好。
2．3 制作和施工方便
與現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱時(shí)沒(méi)有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡(jiǎn)便。此外混凝土的澆灌更為方便，加快施工速度：與預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件相比，鋼管混凝土不需要構(gòu)件預(yù)制作場(chǎng)地：與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土的構(gòu)造通常更為簡(jiǎn)單，因而焊縫少，更易于制作。
2．4 耐火性能較好
鋼管混凝土的核心混凝土能吸收部分熱量，減慢鋼管的升溫速度，并且在鋼管部分屈服后還可以繼續(xù)承受軸向荷載， 防止結(jié)構(gòu)倒塌。另外鋼管混凝土構(gòu)件在急驟降溫(如消防沖水) 時(shí)不會(huì)發(fā)生鋼筋混凝土那樣爆裂， 說(shuō)明其防火性能比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越。
2．5 經(jīng)濟(jì)效果好
采用鋼管混凝土具有很好的經(jīng)濟(jì)效果，大量工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明：采用鋼管混凝土的承壓構(gòu)件比普通鋼筋混凝土約可節(jié)約混凝土50％，減輕結(jié)構(gòu)自重50％左右 鋼材用量略高或約相等；和鋼結(jié)構(gòu)相比，呵節(jié)約鋼材50％左右。此外，由于在鋼管內(nèi)填充了混凝土，鋼管混凝土柱的防銹費(fèi)用會(huì)較空鋼管柱有所降低。
3 鋼管混凝土在建筑施工中的應(yīng)用
正是由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的力學(xué)性能和省工省料、施工快捷等特點(diǎn)，所以在國(guó)內(nèi)外的高層建筑和大跨度拱橋等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。例如1997年10月建成的四川萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋跨度達(dá)到420米。據(jù)橋梁工程師們預(yù)測(cè)，采用鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)，單孔蹁有望達(dá)到500至600米高384米，采用鋼管混凝土柱建成的高層建筑也起來(lái)越多。其中江西華龍國(guó)際大廈位于江西南昌市繁華的老福山商貿(mào)區(qū)，總建筑面積為42000平方米，建筑總高度為120米，為江西省第一座高層鋼管混凝土柱鋼框架、混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)建筑。
3.1 施工過(guò)程受力分析
由于在進(jìn)行鋼管混凝土構(gòu)件施工時(shí)，一般郁是先發(fā)裝好兒層的。鋼管結(jié)構(gòu)，待幾層樓面結(jié)構(gòu)施工完后一次澆筑其中的混凝土，同時(shí)，在許多高層建筑的地下室施工中常采用逆作法或半逆作法，這樣鋼管往往又作為施工階段的支撐從而可能引起鋼管局部應(yīng)力集中或局部屈曲現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致鋼管脹裂。國(guó)內(nèi)某拱橋在進(jìn)行鋼管混凝土拱肋的施工時(shí)由于上述原因?qū)е铝吮苁鹿?。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工階段的力學(xué)分析問(wèn)題和安全性已經(jīng)受到工程界的高度重視。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)組合結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了一些初步研究：如對(duì)方鋼管混凝土柱的施工力學(xué)分析：對(duì)異型帶肋組合墻結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)分析；空鋼管在豎向施工荷載作用下管壁初應(yīng)力對(duì)鋼管混凝土后期承載力的影響等。
3.1施工質(zhì)量要求
3．1．1 鋼管的制作、連接等要求
有關(guān)鋼管的一些要求，均屬于構(gòu)造的基本要求，可以參考《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GBJ205-83)的有關(guān)內(nèi)容以及國(guó)內(nèi)已建鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)。
3．1．2 混凝土澆灌及養(yǎng)護(hù)
由于鋼管混凝土具有很好的整體性和密閉性，所以對(duì)鋼管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量無(wú)法作直觀檢查，所以必須依靠嚴(yán)密的施工組織來(lái)保證其澆灌質(zhì)量。另外，由于鋼管混凝土構(gòu)件周身都為密閉，造成在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，構(gòu)件中間大部分地方均難以獲得充足的水分，混凝土硬化難以繼續(xù)，后期強(qiáng)度得不到保證。
4鋼管混凝土應(yīng)用存在問(wèn)題
盡管鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其特性以及發(fā)展還不完善，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題
目前，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究主要是針對(duì)具體工程而進(jìn)行的，試驗(yàn)研究缺乏系統(tǒng)性，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型不明確，還沒(méi)有形成一套完整的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法，往往只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行截面和配筋設(shè)計(jì)， 這不利于整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度控制， 可能造成材料上的浪費(fèi)和安全隱患。另外節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)選型也較困難。由于穿心構(gòu)件對(duì)鋼管的削弱很?chē)?yán)重，影響鋼管的強(qiáng)度，并且不利于核心混凝土的澆筑，不方便施焊， 所以在設(shè)計(jì)上要避免。
(2)鋼管混凝土核心混凝土質(zhì)量控制問(wèn)題
鋼管混凝土內(nèi)的核心混凝土被鋼管所包裹，其澆注屬于隱蔽工程澆筑質(zhì)量很難控制。研究結(jié)果表明，混凝土密實(shí)度對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能影響很顯著。這種影響對(duì)軸壓短構(gòu)件相對(duì)較小， 對(duì)軸壓長(zhǎng)構(gòu)件相對(duì)較大，而對(duì)偏壓構(gòu)件影響最為顯著。所以在混凝土的施工過(guò)程中，既要保證混凝土的強(qiáng)度，還要保證混凝土的密實(shí)度，確保其力學(xué)性能不受影響。從減小變形和經(jīng)濟(jì)角度考慮，核心混凝土宜采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30的混凝土。
4 結(jié)語(yǔ)：
鋼管混凝土能夠適應(yīng)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)想大跨、高聳、重載發(fā)展和承受惡劣條件的要求，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廠房，高層與超高層建筑、拱橋和地下結(jié)構(gòu)中，并已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)中一個(gè)重要的發(fā)展方向。相信隨著對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)近一步的研究與探索，其優(yōu)點(diǎn)會(huì)充分體現(xiàn)出來(lái)，成為一種更加完善的結(jié)構(gòu)形式。
參考：
[1] 鐘善桐．高層鋼一混凝土組合[M]．華南理工大學(xué)出版社，2003．
中圖分類(lèi)號(hào)：TU39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（b）-0000-00
1引言
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種新型組合結(jié)構(gòu)，按照鋼管的形狀類(lèi)型可以分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土等。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是將混凝土填充在薄壁鋼管內(nèi)部而形成，是通過(guò)螺旋配筋的混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)?；炷敛牧虾弯摬牡某浞纸M合可以有效地發(fā)揮鋼材的抗拉性能和混凝土抗壓性能各自優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有較大的提高，而且鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中填充在鋼管內(nèi)部的混凝土處于三向的受壓狀態(tài)，可以使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的延性和抗震性能。除此之外，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)還具有施工簡(jiǎn)便工期短以及美好的造型和顯著的經(jīng)濟(jì)效果[1，2]。
2鋼管混凝土結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑施工方面的應(yīng)用研究已經(jīng)有近百年的歷史，1879年英國(guó)在鐵路橋的施工中采用鋼管混凝土橋墩技術(shù)是在世界范圍內(nèi)較早使用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程之一，為了防止鋼管內(nèi)部的銹蝕，施工過(guò)程中采用了在鋼管內(nèi)部灌入混凝土的措施。隨后，眾多國(guó)家的學(xué)者對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)來(lái)研究其力學(xué)性能和工作機(jī)理，并且取得一系列重要成果[3]，國(guó)外一些國(guó)家對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究主要內(nèi)容為方形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、圓柱形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，填充在鋼管內(nèi)部的混凝土一般為素混凝土，或者在填充在鋼管內(nèi)部的混凝土中配置一些鋼筋或型鋼。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)國(guó)外的設(shè)計(jì)規(guī)程主要有EC4（1996）、DIN 18800（1997）、SSLC（1979）和LRFD（1999）和AIJ（1980，1997）。除此之外，加拿大和澳大利亞等國(guó)學(xué)者又深入研究了薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，并正在編制設(shè)計(jì)規(guī)程。最近幾年中，美國(guó)、日本和澳大利亞等國(guó)的研究人員開(kāi)始用高強(qiáng)的混凝土填充在鋼管內(nèi)部形成的鋼管高強(qiáng)混凝土構(gòu)件，對(duì)其各項(xiàng)工作性能進(jìn)行深入的研究，并加以推廣應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院哈爾濱土木建筑研究所是我國(guó)最早著手進(jìn)行鋼管混凝土結(jié)構(gòu)基本理論研究的單位之一。我國(guó)的研究人員近幾十年對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也開(kāi)展了一系列的理論和試驗(yàn)研究，研究了鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算公式，并在圓鋼管混凝土柱的研究中取得顯著地成果，逐步建立了三個(gè)理論體系，《三向應(yīng)力混凝土》、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算與應(yīng)用》和《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》這三本著作當(dāng)中。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程JCJ 01―89，CECS 28：90，DL 5085/T―1999和GJB 4142―2000[3-5]已經(jīng)先后頒布，并且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在電力規(guī)范以及國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)之中。
國(guó)內(nèi)外各個(gè)國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)程雖然各自不同，但都有著豐富的理論基礎(chǔ)，各個(gè)國(guó)家關(guān)于鋼管混凝土的最新研究技術(shù)成果也在規(guī)程上展現(xiàn)出來(lái)，引導(dǎo)著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)際范圍內(nèi)的研究和發(fā)展。
3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，試驗(yàn)研究和理論分析的不斷加強(qiáng)深入，各種鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁、地鐵車(chē)站和工業(yè)廠房以等建筑物中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近些年來(lái)在高層民用建筑中也不斷的出現(xiàn)了鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
JOHN LALLY于1897年在美國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利，提出在房屋建筑的承重柱中開(kāi)始應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。法國(guó)巴黎的某個(gè)郊區(qū)于1930年建造了一座跨度為9米橋，采用了上承式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。1961年比利時(shí)人在建造船塢時(shí)采用的桁架和壓桿也應(yīng)用了鋼管混凝土構(gòu)件。法國(guó)巴黎采用了鋼管混凝土柱建成的第一座摩天框架大樓。前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的眾多優(yōu)點(diǎn)，將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)使用在一些吊車(chē)棧橋中。1998年，在日本建成的94823平方米賽車(chē)場(chǎng)，地上的一到八層均采用了鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)與鋼梁相結(jié)合，使鋼管混凝土的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，不僅外形美觀而且取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
我國(guó)對(duì)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究利用已經(jīng)有50多年的歷史，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究我國(guó)從1959年開(kāi)始，于1963年將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱成功地應(yīng)用在北京地鐵車(chē)站工程中。北京許多地鐵站的站臺(tái)柱均采用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)。而且在1986年將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了葛洲壩水電站的繁昌變電所當(dāng)中。從1990年到1998年期間，已建和在建的橋梁已經(jīng)達(dá)到60多座，其中的30座跨度達(dá)到了100米，發(fā)展及其迅速。 許多著名的大橋的橋梁均采用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，如四川的旺蒼東河大橋、山東濟(jì)南東站鋼管混凝土拱橋、福建閩清石潭溪大橋、南海三山西橋、年萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋等。
近年來(lái)在多、高層和超高層民用住宅建筑中也開(kāi)始采用了鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)體系，而且采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的造價(jià)相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系明顯降低。90年建成的高度為63米福建省泉州郵電中心局大廈，采用了圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為在地下一層到地上二層的八根柱子。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了福建的南安郵電局大樓、天津今晚報(bào)大廈、廣東深圳賽格廣場(chǎng)大廈、香港中心大廈等建筑物中。
4 存在的問(wèn)題
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的研究與應(yīng)用取得了巨大的成果，然而怎樣更好的對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的研究更加深化，推廣鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際土木工程中的應(yīng)用，還存在一些問(wèn)題，
1）對(duì)鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題的研究相對(duì)較少，節(jié)點(diǎn)的形式不統(tǒng)一，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的安全性以及工程的造價(jià)等方面，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展在一定程度上有所限制。
2）鋼管混凝土防火設(shè)計(jì)理論方面的實(shí)驗(yàn)和理論研究相對(duì)缺少，現(xiàn)在對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)采用的防火措施采用外包混凝土或者涂防火材料，沒(méi)有統(tǒng)一的科學(xué)依據(jù)。
3）目前對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗震方面研究不足，主要是對(duì)單一鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了一些抗震的研究，而缺乏對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的整體抗震研究。
4）對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行的研究沒(méi)有對(duì)鋼管普通混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管高強(qiáng)混凝土以和鋼管超高強(qiáng)混凝土三種類(lèi)型分類(lèi)的區(qū)別對(duì)待，沒(méi)有充分區(qū)別各自的耐疲勞性能和抗震性能需等特點(diǎn)，不利于工程的應(yīng)用。
5結(jié)論
對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種新型的組合結(jié)構(gòu)，對(duì)其的科學(xué)研究不斷的迅速發(fā)展，因鋼管混凝土具有的各種優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，是今后在建筑結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力性能合理，施工工藝簡(jiǎn)便，為土木工程建筑中增添了許多精品工程。由于還存在一些問(wèn)題，因此還有必要對(duì)鋼管混凝土的性能進(jìn)行更深入更系統(tǒng)的研究，為人類(lèi)生活做出了積極的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張穎.鋼管混凝土在土木工程中的應(yīng)用[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2012，6：35-38.
中圖分類(lèi)號(hào)：TU746.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）002-028-02
1 引言
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是將混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能夠更有效地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了鋼管結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈曲的缺點(diǎn)，近些年來(lái)，隨著理論研究的深入和新施工工藝的產(chǎn)生，鋼管混凝土已被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在單層或多層工業(yè)廠房、各種構(gòu)架柱、棧橋柱、大跨和空間結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑以及橋梁結(jié)構(gòu)中。
鋼管混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)，主要以承受軸向壓力和偏心較小的軸向力為主，在單層和多層工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有其突出的優(yōu)點(diǎn)。
80年代初，在多層工業(yè)廠房中開(kāi)始應(yīng)用鋼管混凝土柱。1982年建成的上海三十一棉紡廠，該多層工業(yè)廠房采用鋼管混凝土框架柱，與鋼筋混凝土柱相比，具有柱子截面小，施工速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。在試點(diǎn)工程中可以達(dá)到節(jié)約水泥50%左右，施工中可節(jié)省全部模板，用鋼量增加15%左右；與鋼結(jié)構(gòu)柱相比，鋼材節(jié)約十分顯著。該工程施工場(chǎng)地狹小吊裝困難，采用鋼管混凝土柱，工程施工周期提前了二個(gè)月，由此獲得經(jīng)濟(jì)效益近40萬(wàn)元（廠房總投資只有35萬(wàn)元） 。
3 廠房鋼管混凝土柱的牛腿和柱腳
對(duì)于廠房鋼管混凝土組合柱的牛腿構(gòu)造，目前實(shí)際工程中是將鋼管開(kāi)槽，插入肩梁并將其與管壁施焊，最終肩梁與管內(nèi)混凝土澆成整體（如圖2、圖3所示）。肩梁可分為單肩梁和雙肩梁二種。單肩梁傳力直接、施焊方便、節(jié)省材料，應(yīng)盡可能采用單肩梁。由于管壁較薄，肩梁與管壁的焊縫較小，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度又不得大于60倍焊縫高度，因此，吊車(chē)反力除靠焊縫傳遞外，還應(yīng)靠肩梁與核心混凝土的局部承壓傳遞。為了保證肩梁與管壁的焊縫，在肩梁范圍內(nèi)應(yīng)把鋼管管壁加厚（一般取6mm）。
4 廠房鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)
在廠房結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)尤為重要。節(jié)點(diǎn)作為傳力樞紐，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意將水平構(gòu)件的荷載傳遞至鋼管混凝土柱的整個(gè)截面上，盡量避免只傳遞至鋼管管壁。在框架節(jié)點(diǎn)中有內(nèi)加強(qiáng)環(huán)和外加強(qiáng)環(huán)兩種連接方式傳遞梁端正負(fù)彎矩產(chǎn)生的拉力。為了保證牛腿與鋼管柱地可靠連接，可將肩梁插板穿過(guò)鋼管柱與外壁焊接，以承受梁端的全部剪力。工程實(shí)踐表明，以這種方式設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)傳力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，符合安全可靠的設(shè)計(jì)要求。
5 工程實(shí)例
上海重型機(jī)器廠重型粗加工車(chē)間東西向總長(zhǎng)266m，跨度36m。柱距有9.5m、12m、14.5m、19m。36m跨度內(nèi)布置雙層吊車(chē)，上層350t（A6）、250t（A6）橋式起重機(jī)各一臺(tái)，軌頂標(biāo)高為20m；下層50t（A5）橋式起重機(jī)兩臺(tái)和一臺(tái)32t（A5）橋式起重機(jī)，軌頂標(biāo)高為14m。廠房結(jié)構(gòu)形式為“鋼管混凝土格構(gòu)柱+實(shí)腹鋼梁”的單層鋼框架結(jié)構(gòu)。因車(chē)間內(nèi)布置雙層吊車(chē)，且大噸位在上層，所以將鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)成兩階柱，第一階柱直接延伸到上層吊車(chē)梁下翼緣標(biāo)高處，用以承受吊車(chē)梁傳來(lái)的吊車(chē)豎向荷載。下層吊車(chē)噸位相對(duì)較小，因此設(shè)計(jì)成由內(nèi)柱肢懸挑出牛腿，以承受下層吊車(chē)豎向荷載。下柱截面形式采用四肢柱，柱截面高度為2.3m，肢寬為1m，采用直徑為402mm，鋼管厚度為10mm的螺旋焊接管；上柱采用焊接H型鋼450mm00mmmmmm。屋面梁采用焊接H型鋼與柱剛接，以減小柱子的側(cè)向位移。屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用高頻焊接H型鋼檁條加單層彩鋼板。鋼管混凝土柱肢直接插入基礎(chǔ)杯口，因鋼管混凝土柱承受的水平荷載較大，插入深度取4倍管徑。柱腳留有頂升式澆筑混凝土的法蘭連接管，而在肩梁處均留有排氣孔。肩梁由上下翼緣、腹板與柱肢剖口焊縫連接。
6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
與已建成的廠房高度相近且吊車(chē)噸位類(lèi)似的全鋼結(jié)構(gòu)大型工業(yè)廠房相比，可以發(fā)現(xiàn)采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)越性。滬東造船廠船體裝焊車(chē)間排架柱用鋼量?jī)H為62.3kg/m2，比采用鋼格構(gòu)柱節(jié)省近50%，工程造價(jià)減少500多萬(wàn)，而且大大縮短了工期。
7 結(jié)論
（1）在單層和多層工業(yè)廠房中應(yīng)用鋼管混凝土柱，由于核心混凝土的作用，其比鋼管柱的橫向剛度和強(qiáng)度提高，柱截面用鋼量減少50%，承載力約提高10%。由于鋼管為曲面，柱頂及肩梁構(gòu)造比鋼結(jié)構(gòu)柱復(fù)雜，施工難度大，用鋼量也多；比鋼結(jié)構(gòu)柱的柱腳簡(jiǎn)單，施工方便，用鋼量也少。
（2）鋼管混凝土柱應(yīng)用于重型或特重型單層工業(yè)廠房，能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)承壓能力高、剛度大及抗震性能好的特點(diǎn)，承壓愈大，經(jīng)濟(jì)效果愈明顯。此外，使用鋼管混凝土柱還可以減少柱的用鋼量及自重，減少焊接工作量，節(jié)省大量的焊接材料，縮短制造工期。
（3）由于鋼管混凝土柱的工作性能完全滿足廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，有進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用的價(jià)值。
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鋼管混凝土指的是在將普通混凝土填充在薄壁鋼管內(nèi)，把不同性質(zhì)的兩種材料組合在一起而形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用兩種材料在受力時(shí)的相互作用，使鋼管結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，以改善混凝土的韌性和塑形，增強(qiáng)其整體承載力。與普通的鋼筋混凝土相比，不僅使截面減少，而且造價(jià)也比較低，目前已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用在民用建筑，尤其是高層建中。
1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1.1 承載力高、延性好、抗震性強(qiáng)
鋼管對(duì)于其內(nèi)部的混凝土來(lái)說(shuō)可起到約束作用，可使混泥土處于三向受壓的狀態(tài)，這種狀態(tài)下的混凝土要更加耐壓。同時(shí)，鋼管由于內(nèi)部混凝土的填充又會(huì)使其減少局部屈曲的發(fā)生。通過(guò)鋼管和混凝土之間的相互作用，還可以使鋼管內(nèi)混凝土的脆性破壞變成塑形破壞，使構(gòu)建的延性性能和耗能能力都得到改善，有較強(qiáng)的抗震性。
1.2 施工方便，使工期大大縮短
在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，鋼管可以扮演勁性骨架的角色，承擔(dān)施工階段的結(jié)構(gòu)重量和施工荷載，減少混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，使施工不受其影響。因?yàn)殇摴芑炷羶?nèi)部沒(méi)有鋼筋，因此也更方便對(duì)混凝土進(jìn)行搗實(shí)和澆筑。另外，因?yàn)殇摴芑炷两Y(jié)構(gòu)在施工時(shí)不需要模板，所以可以節(jié)省大量的時(shí)間，也能夠大量的材料和人工費(fèi)用。
1.3 有利于鋼管的防火與抗火
因?yàn)殇摴軆?nèi)填有混凝土，可以吸收熱能，所以在遇到火災(zāi)時(shí)，管面截面的溫度場(chǎng)分布就會(huì)不均勻，這樣一來(lái)就可以使柱子的耐火時(shí)間增加，放慢鋼柱的升溫速度，就算鋼柱發(fā)生屈服，其中的混凝土也能承受大部分的軸向荷載，可以有效地防止結(jié)構(gòu)的倒塌。同時(shí)，由于鋼梁的溫度也會(huì)隨著熱量由頂部翼緣向混凝土的傳遞而逐漸降低，是組合梁的耐火能力得到提高。
1.4 耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)
由于在鋼管內(nèi)澆筑混凝土使得鋼管外露的面積與鋼結(jié)構(gòu)相比相對(duì)較少，因此受外界氣體腐蝕的面積少，所以用于防腐和抗腐的費(fèi)用也會(huì)較少。而且鋼管混凝土構(gòu)件的截面形式對(duì)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、施工工期和難易程度以及工程造價(jià)等方面都有影響。例如，圓鋼管混凝土的圓鋼管可以很好的約束其內(nèi)部的混凝土，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，以增強(qiáng)其抗壓強(qiáng)度，但是實(shí)際施工的難度較大，成本也比較高。而方鋼管混凝土的施工難度小，成本低，但是其自身的承載力不高。
2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在民用建筑工程中的實(shí)踐
2.1 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)，用鋼量低
除了深圳賽格廣場(chǎng)大廈之外，我國(guó)其他大多數(shù)地方的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程都普遍采用了鋼管混凝注，而梁板仍然采用普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在民用高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，會(huì)將消防梯和電梯井道組成混凝土核心，并利用其作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，并且包括樓板在內(nèi)的以承重垂直為主的鋼框架就全部采用鋼混組合結(jié)構(gòu)。
2.2 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)，建筑物自重大幅下降
若采用鋼管混凝土柱、鋼一混凝土組合梁板結(jié)構(gòu)房屋的話，建筑物的自重會(huì)處于1.0t/m2-1.11t/m2之間，如果不計(jì)算筒體的多層框架結(jié)構(gòu)的話，建筑物的自重會(huì)更輕，例如庫(kù)爾勒住宅樓，它的自重是0.76t/m2。這樣一來(lái)，建筑物的自重就會(huì)比傳統(tǒng)的采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重輕上30%以上。因此會(huì)使樁的用量減少，地基負(fù)荷減少，也會(huì)減小筏板基礎(chǔ)的厚度，從而使工程造價(jià)降低。
2.3 采用鋼管混凝土柱.可增加有效使用面積
與鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土的承載能力更強(qiáng)，可以達(dá)到單獨(dú)的鋼管或者單獨(dú)的混凝土的承載力之和的1.7-2.0倍，可以鋼管混凝土不受軸壓比的限制，所以將鋼管混凝土應(yīng)用到高層建筑中，可以將截面減少到50%以上。例如，有專(zhuān)家曾經(jīng)對(duì)深圳賽格廣場(chǎng)大廈進(jìn)行計(jì)算，它的最大柱受力N=9×104kN，柱斷面Ф1600×28，若果采用的是鋼筋混凝土的話，其斷面是2.4m×2.2m，要是采用的是鋼管混凝土柱的話，其截面會(huì)減少62%，從而會(huì)大大增加建筑物的可用面積達(dá)到8000O。
2.4 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)施工方便、速度快
在設(shè)計(jì)鋼管混凝土柱，輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)時(shí)，需要做到節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一和構(gòu)件統(tǒng)一，只有做到這兩點(diǎn)才會(huì)使工廠制作的難度降低，使施工更方便，并能夠使室外作業(yè)工廠化，高空作業(yè)地面化。例如陸海城工程的6幢樓統(tǒng)一采用300鋼管混凝土立柱，只是對(duì)鋼管混凝土立柱的厚度進(jìn)行改變而不改變其直徑。梁則全部采用H一320×150×5×8這一種規(guī)格。而鋼質(zhì)樓承板也是通過(guò)供貨商統(tǒng)一定尺切割成型的，只需要在施工現(xiàn)場(chǎng)用栓釘將其固定住就可以了，因此在整個(gè)安裝施工的過(guò)程中，所有工序都比較方便。而且鋼管本身的剛度高，質(zhì)量輕也不容易變形，因此對(duì)其的運(yùn)輸?shù)跹b也比較方便，一般控制在3層樓一節(jié)用耳板定位，所以現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作也會(huì)比較輕松。除此之外，鋼管混凝土柱也不用進(jìn)行鋼筋和綁扎和支模拆模等復(fù)雜的工序，相比混凝土土柱來(lái)說(shuō)，施工方便，可以根據(jù)工程的實(shí)際情況對(duì)管內(nèi)的混凝土可以采用泵送頂升法、高空拋落不振和手工逐段澆搗等方法進(jìn)行澆灌。舉目前正在施工的精工商務(wù)大廈為例，Ф500的鋼管混凝土采用了泵送混凝土逐段澆搗法，其施工過(guò)程十分的方便快捷。和梁連接的柱上下之間加強(qiáng)環(huán)板，因其接點(diǎn)統(tǒng)一，所以可以在工廠中沖壓成型，進(jìn)行批量化的生存。而且依據(jù)實(shí)際需要，事先焊在鋼管柱上，用高強(qiáng)螺栓將框架梁腹板進(jìn)行聯(lián)結(jié)，上下異緣剖口對(duì)接，這樣施工起來(lái)也相當(dāng)?shù)姆奖恪ｄ撡|(zhì)樓承板的鋪設(shè)不僅不需要進(jìn)行支模、拆模等復(fù)雜的工序，而且還會(huì)節(jié)省掉樓板底部受拉鋼筋，使施工更加方便，將大大提升現(xiàn)場(chǎng)的施工速度。
3 結(jié)語(yǔ)
從我國(guó)實(shí)行改革開(kāi)放政策以來(lái)，民用建筑工程行業(yè)就迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，以北京、上海、深圳等地的民用建筑發(fā)展最為突出。它們相繼建成了數(shù)百幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，層數(shù)累計(jì)起來(lái)已經(jīng)超過(guò)90余層，總建筑面積將近200×104O，但是這些建筑的造價(jià)之高有嚴(yán)重影響了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展的廣泛性，尤其是在低層的民用建筑中，建造商一般都不愿意采用鋼結(jié)構(gòu)。近幾年，鋼一混凝土結(jié)構(gòu)體系憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸被建筑商所重視，被廣泛應(yīng)用于民用建筑工程之中。有些專(zhuān)業(yè)對(duì)已經(jīng)竣工的森茂大廈、世界廣場(chǎng)、商辦大樓進(jìn)行造價(jià)統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鋼一混凝土結(jié)構(gòu)體系在工程造價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯的，在加上其其他的綜合優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)民用建筑行業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。
