【鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層住宅中的應(yīng)用5100字（論文）】

-1-鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層住宅中的應(yīng)用研究目錄前言 -1-1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)概述 -1-1.1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的定義 -1-1.2鋼管混凝土分類(lèi)及工作機(jī)理 -1-1.2.1方鋼管混凝土 -1-1.2.2圓鋼管混凝土 -1-1.2.3矩形鋼管混凝土 -1-1.3鋼管混凝土構(gòu)件的特點(diǎn) -2-1.3.1軸壓承載力高 -2-1.3.2塑性和韌性好 -2-1.3.3施工方便，加快施工速度 -2-1.3.4耐火性能較好 -2-1.3.5經(jīng)濟(jì)效益顯著 -2-2、鋼管混凝土在高層住宅應(yīng)用中的問(wèn)題 -3-2.1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)合理形式的選擇問(wèn)題 -3-2.2鋼管混凝土中設(shè)置栓釘?shù)膯?wèn)題 -3-2.3節(jié)點(diǎn)連接的改進(jìn)問(wèn)題 -3-2.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中支撐的連接問(wèn)題 -4-2.5施工中核心混凝土質(zhì)量控制問(wèn)題 -4-3未來(lái)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展對(duì)策分析 -4-3.1在防火設(shè)計(jì)方面 -4-3.2施工技術(shù) -4-3.3對(duì)于節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì) -5-3.4抗震性能的研究 -5-結(jié)論 -6-參考文獻(xiàn) -6-3-前言近幾年來(lái)，隨著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)逐漸被廣泛應(yīng)用于高層建筑中，其所表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)揮的作用越來(lái)越受重視。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土柱有很強(qiáng)的兼容性，它即可在混凝土結(jié)構(gòu)體系中因時(shí)制宜地取代重載鋼筋混凝土柱，以解決高層建筑底部的“胖柱”問(wèn)題和鋼筋高強(qiáng)混凝土柱的脆性破壞問(wèn)題；也可在鋼結(jié)構(gòu)體系中取代鋼柱，以大幅度地減小鋼材用量，減輕施工難度和減輕建筑物的風(fēng)振響應(yīng)等。深入開(kāi)展鋼管高強(qiáng)混凝土的研究具有十分重要的意義，將對(duì)高層工程等的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。本文的探討都還只是初步的，今后還應(yīng)作更進(jìn)一步的深入研究，為鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用提供更有價(jià)值的參考依據(jù)。1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)概述1.1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的定義在鋼管中填充混凝土而成的構(gòu)件，按照截面形式的不同分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土構(gòu)件等.它利用了鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)程中相互之間的組合作用，充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，不僅使混凝土的強(qiáng)度大大提高，塑性和韌性大為改善，而且可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而使鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)。1.2鋼管混凝土分類(lèi)及工作機(jī)理建筑上，按截面形式不同，分為方鋼管混凝土、圓鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等。1.2.1方鋼管混凝土所謂方鋼管混凝土，是指用鋼板或角鋼拼焊而成的方形空鋼管，其內(nèi)充填混凝土而形成的一類(lèi)組臺(tái)構(gòu)件。它一方面通過(guò)鋼管內(nèi)混凝土的支撐作用防止鋼管壁發(fā)生向內(nèi)屈曲，提高了鋼管壁的屈曲承載力；另一方面通過(guò)四壁的鋼板對(duì)內(nèi)填混凝土提供側(cè)向約束，能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。因此兩者的組合承載力大于兩者獨(dú)立承載力之和。方形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱與梁連接容易處理，其焊接工作量少，可簡(jiǎn)化施工安裝工藝和縮短工期，克服了圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于截面形式特殊所帶來(lái)的施工上的不便。1.2.2圓鋼管混凝土圓鋼管結(jié)構(gòu)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，與其于身具來(lái)的特性密不可分。圓鋼管截面慣性矩對(duì)任意軸都相等，因而受彎時(shí)各向等強(qiáng)，有利于單根桿件的穩(wěn)定性閉合截面抗扭剛度大，使板件具有較好的局部穩(wěn)定性外表面積相對(duì)于同樣承載力的開(kāi)口截面鋼構(gòu)件要小，因而防腐、防火涂漆的消耗量以及涂裝工程的工作量相對(duì)減少。1.2.3矩形鋼管混凝土矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于兼有鋼結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，能夠降低工程造價(jià)、縮短工期、節(jié)約材料、減少能耗，應(yīng)用前景良好，我國(guó)已越來(lái)越多地在工程中采用。矩形鋼管混凝土柱抗壓和抗剪承載能力相對(duì)普通鋼筋混凝土優(yōu)勢(shì)較為明顯和鋼柱相比,抗壓承載力雖略低,但卻無(wú)局部失穩(wěn)問(wèn)題。而且矩形鋼管混凝土的塑性性能好,防止了管內(nèi)砼的脆性破壞。1.3鋼管混凝土構(gòu)件的特點(diǎn)1.3.1軸壓承載力高由于薄壁鋼管臨界承載力極不穩(wěn)定，在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土后，鋼管約束了混凝土，在軸心受壓荷載作用下，混凝土三向受壓，延緩了受壓時(shí)的縱向開(kāi)裂?；炷恋拇嬖诳梢员苊饣蜓泳彵”阡摴苓^(guò)早地發(fā)生局部屈曲，兩種材料相互彌補(bǔ)了彼此的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮彼此的長(zhǎng)處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，大大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。1.3.2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。1.3.3施工方便，加快施工速度鋼管混凝土柱可以直接插入混凝土基礎(chǔ)的預(yù)留杯口中，與鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱沒(méi)有綁扎鋼管、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。1.3.4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。由于鋼管混凝土柱仍然具有很好的整體性，進(jìn)行修復(fù)時(shí)，在受損柱子外面加套管，再將空隙處灌入混凝土，僅兩天時(shí)間就加固完畢，施工極為簡(jiǎn)便。1.3.5經(jīng)濟(jì)效益顯著與鋼結(jié)構(gòu)柱子相比，鋼管混凝土柱所用的鋼管對(duì)材質(zhì)要求低，焊接也容易得多，而且厚度也大大小于鋼柱厚度，可節(jié)約鋼材50％左右，造價(jià)也可降低，由此更增大了經(jīng)濟(jì)效益。與鋼筋混凝土柱相比，節(jié)約混凝土50％以上，減輕結(jié)構(gòu)自重50％以上，而耗鋼量和造價(jià)略高或大約相等。2、鋼管混凝土在高層住宅應(yīng)用中的問(wèn)題盡管鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有以上眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是由于它本身的特性和研究的深度限制，決定了它尚存在的一些弊端，同時(shí)產(chǎn)生不少的工程事故和工程問(wèn)題。2.1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)合理形式的選擇問(wèn)題隨著組合結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，方形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)日益引起工程界的關(guān)注。方形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與圓形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比，方形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的交貫線在一個(gè)平面內(nèi)，節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單，便于加工。在桁架結(jié)構(gòu)中，方形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)方面的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更加充分。但是在中長(zhǎng)柱范圍，當(dāng)柱的承載力由失穩(wěn)來(lái)決定時(shí)，方形鋼管混凝土構(gòu)件就顯示出截面相對(duì)開(kāi)展而慣性矩大、穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。但是，如何更加深化這一領(lǐng)域的科學(xué)研究，并在實(shí)際工程中更大范圍的推廣應(yīng)用這種新型結(jié)構(gòu)，還存在一些亟待解決的問(wèn)題。2.2鋼管混凝土中設(shè)置栓釘?shù)膯?wèn)題鋼管混凝土柱是在鋼管與混凝土共同作用下受力的，當(dāng)鋼管截面較小時(shí)，共同受力情況良好，但隨著鋼管尺寸的增大，混凝土硬化后的收縮量將增加，必將對(duì)其受力產(chǎn)生影響。國(guó)內(nèi)對(duì)較小直徑鋼管混凝土的填充度曾做過(guò)實(shí)物試驗(yàn)，表明填充情況良好，但在大直徑鋼管混凝土柱情況如何，沒(méi)有類(lèi)似的經(jīng)驗(yàn)和信息。深圳塞格廣場(chǎng)大廈采用了大直徑鋼管混凝土柱，但在大直徑鋼管混凝土柱內(nèi)側(cè)設(shè)置栓釘方面并沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)研究。大直徑鋼管混凝土柱中混凝土硬化后，鋼與混凝土是否會(huì)脫開(kāi)直接關(guān)系到鋼管混凝土柱的承載力，關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全。因此這方面的試驗(yàn)研究是很有必要進(jìn)行的。2.3節(jié)點(diǎn)連接的改進(jìn)問(wèn)題由于目前節(jié)點(diǎn)的研究理論還不成熟，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，只能靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不利于整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度，可能造成浪費(fèi)或安全隱患。另外節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)選型較難，有些節(jié)點(diǎn)研究較為成熟，節(jié)點(diǎn)剛度大，力學(xué)性能好，但材料用量大、施工復(fù)雜，如加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)；也有些節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，但節(jié)點(diǎn)剛度小、力學(xué)性能稍差，如錨板式節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前推廣鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵就是要研究出一種力學(xué)性能好、傳力又合理、施工也方便而且節(jié)省材料的節(jié)點(diǎn)形式。剛度和承載力是決定節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的重要指標(biāo)，只注重承載力而忽略剛度，容易造成一些工程隱患或影響了使用功能。2.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中支撐的連接問(wèn)題在鋼管混凝土設(shè)計(jì)時(shí)，要將鋼管和混凝土視為一體考慮。鋼管和混凝土之間的組合作用是很重要的，混凝土依靠鋼管的約束作用提高它的承載力，鋼管靠混凝土提高自身的局部穩(wěn)定性。采用框架支撐體系時(shí)，比較合理的一種做法是在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，將支撐與框架的連接在構(gòu)造上做成鉸接，通過(guò)鉸軸傳遞支撐力。鋼管支撐兩端鉸接，具有各方向長(zhǎng)細(xì)比相等的優(yōu)點(diǎn)，可以減少支撐連接產(chǎn)生的次彎矩對(duì)鋼管混凝土的不利影響，從而避免混凝土與鋼管脫開(kāi)，是一種可取的截面形式。2.5施工中核心混凝土質(zhì)量控制問(wèn)題在進(jìn)行鋼管混凝土構(gòu)件的施工時(shí)，混凝土被外圍鋼管所包裹，增加澆筑質(zhì)量控制的難度。由于對(duì)這個(gè)問(wèn)題處理不當(dāng)，已造成一些工程事故。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。因此，在進(jìn)行鋼管混凝土中混凝土澆灌質(zhì)量問(wèn)題的研究時(shí)，要充分考慮控制混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度，前者可以保證混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，后者則可以保證鋼管和核心混凝土相互協(xié)同作用的充分發(fā)揮。3未來(lái)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展對(duì)策分析3.1在防火設(shè)計(jì)方面要簡(jiǎn)化鋼管混凝土防火極限的設(shè)計(jì)方法，制定鋼管混凝土結(jié)構(gòu)住宅建筑的防火設(shè)計(jì)規(guī)范，更有利的推廣鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用。在理論研究和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，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、應(yīng)當(dāng)對(duì)火災(zāi)后的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行合理的評(píng)估，從而為維修加固提供科學(xué)的依據(jù)。加強(qiáng)鋼管混凝土住宅建筑在火災(zāi)后的殘余力學(xué)性能評(píng)估與災(zāi)后的維修、加固措施的研究。弄清預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力變形特性和破壞機(jī)理，建立計(jì)算理論和設(shè)計(jì)分析方法，使得鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的防火性能和耐火極限也高于同等火災(zāi)情況下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，便可拓展這一新型組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。3.2施工技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)住宅對(duì)施工隊(duì)伍的施工技術(shù)要求比較高，而國(guó)內(nèi)大部分施工隊(duì)伍主要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)，因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍的培訓(xùn)，進(jìn)一步促進(jìn)鋼管混凝土在住宅中的發(fā)展與應(yīng)用。對(duì)接前根據(jù)上節(jié)柱安裝偏差值，計(jì)算后在管口實(shí)行機(jī)械打磨，保持焊縫間隙基本一致，以保證鋼管柱的軸線偏差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。應(yīng)將推廣普及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)放在眾多設(shè)計(jì)院身上，還有就是應(yīng)從可靠性方面加大研究力度，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)難度，以減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，真正使先進(jìn)的工程技術(shù)成為一種能方便設(shè)計(jì)、方便使用的結(jié)構(gòu)技術(shù)手段。3.3對(duì)于節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)注意鋼梁—鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)，必須注意保證強(qiáng)柱、弱梁、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)的原則；符合計(jì)算的簡(jiǎn)圖；正確合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可以提高節(jié)點(diǎn)的剛度，減小節(jié)點(diǎn)的變形。對(duì)梁整體貫通式節(jié)點(diǎn)的一種改變，減少了梁翼緣對(duì)柱核心混凝土的澆灌與振搗的影響，節(jié)點(diǎn)中傳力明確、簡(jiǎn)潔；構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作方便且節(jié)約鋼材，這也是保證結(jié)構(gòu)安全可靠的關(guān)鍵。3.4抗震性能的研究目前對(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。提高框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和變形能力，而且在結(jié)構(gòu)加荷后期，具有穩(wěn)定的變形能力和承載能力，提高了結(jié)構(gòu)抗震的主動(dòng)性，可避免結(jié)構(gòu)在大震作用時(shí)發(fā)生倒塌，位移角值完全滿足抗震規(guī)范對(duì)框架彈塑性位移角的限值要求。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。結(jié)論綜上所述，我國(guó)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用取得了巨大的成就。然而，如何更加深化這一領(lǐng)域的科學(xué)研究，并且在實(shí)際工程中更大范圍地推廣應(yīng)用這類(lèi)結(jié)構(gòu)，尚有許多工作要做。隨著研究的不斷深入，施工工藝不斷的提高，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)必將有良好的發(fā)展前景。本文的主旨在于明確這種材料的基本性能、研究和應(yīng)用中的不足之處及可能存在的問(wèn)題。使工程設(shè)計(jì)人員對(duì)鋼管混凝土技術(shù)有個(gè)全面的、深入的了解。并期望施工人員在施工過(guò)程中有所借鑒。參考文獻(xiàn)[1]趙均海，顧強(qiáng)，馬淑芳.鋼管混凝土承載力的研究[J].西北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2011(15)[2]黃襄云，周福霖，徐忠根.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的比較研究[J].世界地震工程.2011(15)[3]劉力方，宗景美，謝運(yùn)龍.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2012(18)[4]工程建設(shè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》召開(kāi)(送審稿)審查會(huì)議[J].商品混凝土.2012(07)[5]于軍.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科