鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用摘要：通過闡述鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，介紹了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，列舉了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用，并對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展需要解決的問題進(jìn)行了深入探討。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土; 應(yīng)用; 發(fā)展一、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自60年代引入我國以來，迄今已有三十多年。它在我國的應(yīng)用和發(fā)展歷經(jīng)了兩個階段：60年代至80年代中期為推廣應(yīng)用階段，80年代后期至今為發(fā)展提高階段。 鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土后形成的構(gòu)件，它是在型鋼混凝土及螺旋配筋混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鋼管混凝土利用鋼管和混凝土在受力過程中的相互作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和

2、韌性性能大為改善；同時由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證材料性能的充分發(fā)揮可見，二者相互貢獻(xiàn)，協(xié)同互補(bǔ)，共同工作，提高了鋼管混凝土構(gòu)件的整體性，使其具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好、施工方便、較好的耐火性能和良好的災(zāi)后可修復(fù)性以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼管和混凝土2種材料在受力過程中相互間的組合作用 充分發(fā)揮2種材料的優(yōu)點(diǎn)與其他結(jié)構(gòu)形式相比，有其很大的優(yōu)越性。 1.承載力提高 一方面，鋼管混凝土構(gòu)件軸心受壓時，混凝土的橫向變形受到鋼管的約束而處于三向受壓狀態(tài)，從而提高了核心混凝土抗壓強(qiáng)度，大大改善了混凝土

3、的力學(xué)性能，改善了混凝土的脆性的弱點(diǎn)。而填于鋼管之內(nèi)的混凝土，又增強(qiáng)了鋼管管壁的穩(wěn)定性，以致其不易屈曲另一方面，承載力高，可使構(gòu)件截面減小，增加使用空間，且構(gòu)件自重減輕，從而減小基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，降低基礎(chǔ)造價。 2.變形能力好 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，核心混凝土在鋼管的約束下，既使其在使用階段的變形能力改善了，同時在其破壞時產(chǎn)生很大的塑性變形。試驗表明，鋼管混凝土柱被破壞時可以壓縮到原長的2/B鋼管中的混凝土已經(jīng)由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?，使整個構(gòu)件呈現(xiàn)出彈性工作塑性破壞的特征。 3.防火能力好 鋼管混凝土柱在吸熱后一些熱量會傳給混凝土，減慢鋼管的升溫速度，并且一旦鋼管部分屈服混凝土可以繼續(xù)承受軸向荷載，防止

4、結(jié)構(gòu)倒塌。而且鋼管混凝土構(gòu)件在急驟降溫(如消防沖水)時又不像鋼筋混凝土那樣爆裂，說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。 4.施工方便 a.鋼管本身就是模板，在澆灌混凝土?xí)r，可省去模板的施工，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝。 b.鋼管本身又兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工，而且便于澆灌混凝土。 c.鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性鋼骨架的作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少。 5.經(jīng)濟(jì)效果顯著 實踐表明，鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比，在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節(jié)省鋼材50%并節(jié)省大量的焊接工作，與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相

5、同的條件下，構(gòu)件的橫截面積可減少一半，從而使建筑空間得到加大?；炷梁退嘤昧恳约皹?gòu)件自重相應(yīng)減少50%，另外，鋼管混凝土本身的施工特點(diǎn)符合現(xiàn)代施工技術(shù)工業(yè)化的要求，可大量節(jié)約人工費(fèi)用，降低工程造價鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中都得到了廣泛應(yīng)用，隨著高度超過100 m 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，人們開始應(yīng)用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問題的探索，廣州好世界廣場大廈(33層)，率先于1993年采用了C60級的鋼管高強(qiáng)混凝土柱并獲得成功。 我國自上個世紀(jì)90年代初開始將鋼管混凝土應(yīng)用于高層建筑，到目前為止，全部或部分采用鋼管混凝土的高層和超高層建筑已有近100座

6、。在采用鋼管混凝土的超高層建筑中，規(guī)模最大的是1999年建成的深圳賽格廣場大廈，地上72層，高291.6米，總建筑面積為16.67萬平方米，是迄今為止全部采用鋼管混凝土柱世界最高建筑。該建筑的框架柱結(jié)構(gòu)及抗側(cè)立體系內(nèi)筒全部采用了鋼管混凝土，該工程是完全由我國自行設(shè)計、制造和施工，為高層和超高層建筑采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)積累了寶貴的經(jīng)驗。 二鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中的應(yīng)用 20世紀(jì)6080年代鋼管混凝土開始應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑隨著理論研究的深入、設(shè)計規(guī)程的頒布和其自身具有的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土被越來越廣泛地應(yīng)用于高層和超高層建筑中。 一方面是因為鋼結(jié)構(gòu)自身具有科技含量較高，利于環(huán)境保護(hù)，且可再

7、生利用等優(yōu)點(diǎn)，另一方面是由于我國鋼產(chǎn)量大幅度增加，世界鋼產(chǎn)量日趨飽和，鋼材價格隨之下降，所以近年來我國開始大力推廣鋼結(jié)構(gòu)，鼓勵采用鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)部等部門也為此制定了加速推廣建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展和應(yīng)用的目標(biāo)，確定“十五”期間以推廣住宅鋼結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，力爭在“十五”期間使我國建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)到全國鋼材總產(chǎn)量的3，到2015年達(dá)到6。住宅建筑歷來居建筑業(yè)首位，所以在住宅建筑中推廣鋼結(jié)構(gòu)勢在必行。由于目前我國人口眾多，土地資源相對不足，在人口密度大的城市，仍然是以高層為主住宅鋼結(jié)構(gòu)，具有柱子用量少，室內(nèi)有效使用空間大，房屋空間布置靈活，結(jié)構(gòu)性能好等優(yōu)點(diǎn)。它所選擇的結(jié)構(gòu)體系一般是：56層以下，框架體系或框架一支撐

8、體系；6層以上，框架一支撐體系或框架一混凝土剪力墻(核心筒)體系；多層，大多采用雙重體系。鋼結(jié)構(gòu)住宅采用的框架柱有H型鋼柱，鋼管砼柱和鋼骨砼柱，后兩種為組合柱在小高層建筑中，組合柱比H型鋼柱省鋼，進(jìn)而也就可以降低工程造價，但是，鋼骨砼柱的施工較鋼管混凝土柱施工復(fù)雜，因此，在住宅鋼結(jié)構(gòu)中推廣鋼管混凝土勢在必行。 三鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系抗震性能的研究。目前，對鋼管混凝土抗震性能的研究主要集中在基本構(gòu)件方面，而對由鋼管混凝土柱和鋼或鋼筋混凝土等形式的梁組成的框架結(jié)構(gòu)的抗震性能則很少涉及。今后應(yīng)開展這方面的研究工作，并在充分考慮結(jié)構(gòu)空間作用的基礎(chǔ)上，提供合理的鋼管混凝土框架

9、柱和節(jié)點(diǎn)的抗震技術(shù)參數(shù)，便于工程應(yīng)用。 2.在防火設(shè)計方面，要簡化鋼管混凝土防火極限的設(shè)計方法，制定鋼結(jié)構(gòu)(鋼管混凝土結(jié)構(gòu))住宅建筑的防火設(shè)計規(guī)范。只有這樣，才能有助于推廣鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用。 3.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后的性能研究。火災(zāi)后鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的性能有其特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)合理地評估其強(qiáng)度，為該類結(jié)構(gòu)的維修加固提供科學(xué)的依據(jù)。 4.節(jié)點(diǎn)動力性能的研究。節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵部位，也是施工的難點(diǎn)。對于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)，其合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和整個工程的造價。 5.結(jié)合實際工程，進(jìn)一步完善鋼管混凝土住宅建筑的設(shè)計理論、不同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)程，盡快編制各類構(gòu)件的配套圖集。 此外，鋼結(jié)構(gòu)住宅對施工隊伍的施工技術(shù)要求比較高，而國內(nèi)大部分地區(qū)主要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)，因此應(yīng)該加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)施工隊伍的培訓(xùn)，進(jìn)一步促進(jìn)鋼管混凝土在高層建筑中的發(fā)展與應(yīng)用。與鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)相比 鋼管混凝土是一種相對年輕的結(jié)構(gòu) 但它卻以其特殊的優(yōu)點(diǎn)，正愈來愈受到工程界的重視和青睞，相信隨著人們對鋼管混凝土這類結(jié)構(gòu)的不斷認(rèn)識和了解，這類結(jié)構(gòu)的科學(xué)研究必將更趨深入和完善，工程應(yīng)用必將更趨廣泛。 參考文獻(xiàn)： 【1】鐘善桐鋼管混凝土結(jié)構(gòu)北京：清華大學(xué)出版社，2003 【2】鐘善桐鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用和發(fā)展建筑技術(shù)，2001(7)：3940 ， 【3】韓林海我國鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用