钢管混凝土结构优势及应用

钢管混凝土结构优势及应用

在钢管中充填商品混凝土的结构称之为钢管商品混凝土结构。钢管商品混凝土结构是从型钢商品混凝土结构及螺旋箍柱发展而来的。本文对钢管商品混凝土结构性能特点及应用进行探讨。

随着社会经济的迅速发展和城市化进程的加快, 高层建筑尤其是一些超高层建筑日趋增多。钢与商品混凝土组合结构之一的钢管商品混凝土，因其承载力高、刚度大且抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，在高层和超高层、公共及大型桥梁等建筑得到了日益广泛的应用。

钢管商品混凝土结构特点及优势

钢管商品混凝土在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和商品混凝土两种材料的性质。实验和理论分析证明，钢管商品混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，商品混凝土则三向皆受压，钢管和商品混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的商品混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。钢管砼的特征与优势如下：

1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和商品混凝土二者之和的2倍以上，受力合理,能充分发挥商品混凝土与钢材的特

长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管商品混凝土构件的断面将比钢筋商品混凝土构件显著减小。对商品混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使商品混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于商品混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。

2、柱子截面减小，自重减小，相当于设防烈度下降一级，具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻,这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性,这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋商品混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。

3、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构，施工简单,缩短工期。钢管本身就是模板,因此比钢筋商品混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。

4、钢管砼柱内的商品混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上。此外具有良好的塑性性能。

商品混凝土是脆性材料,商品混凝土的破坏具有明显的脆性性质,即使是钢筋商品混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。而钢管商品混凝土结构中,由于核心商品混凝土是处于三向约束状态,约束商品混凝土与普通商品混凝土不同,不仅改善了使用阶段的弹性性质,而且在破坏时产生很大的塑性变形,钢管商品混凝土柱的破坏,完全没有脆性特征,属于塑性破坏。

5、钢管商品混凝土获得了很好的经济效果。钢管商品混凝土柱截面比钢筋商品混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积。与钢结构相比,节约了大量钢材，因而相应地也降低了造价。与钢筋商品混凝土结构相比,大约可减少商品混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用, 钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价，因此其取得了显著的经济效果。

二、钢管商品混凝土在工程中应用及效益

近年来，钢管商品混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，使钢管商品混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中，取得了较好的经济和社会效益。

1、高层建筑工程。据有关资料，达百米和超过百米的钢管砼结

构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。这些高层建筑中采用钢管商品混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期，经济效益显著。

2、公共建筑、工业厂房及大跨度桥梁工程。例如南宁青秀山高尔夫俱乐部打习馆改扩建工程，项目位于青秀山风景区，拟在改造原有主体框架的同时扩建二层的办公用房。由于打习馆已投入使用，在改、扩建施工的过程中应尽量减少对原有建筑已使用部分的影响，缩短工期，同时配合整个建筑物的立面造型及风格，经多方分析比较，决定在扩建工程中采用钢-商品混凝土组合结构，并采取一定的施工措施，充分利用组合结构的优越性，取得了良好的技术经济效益。钢管商品混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。在拱桥结构中，钢管商品混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管商品混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注商品混凝土的模板。因此，钢管商品混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。

近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管商品混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管商品混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。钢管商品混凝土空间桁架

组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。此外，钢管商品混凝土结构也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。北京地铁车站站台柱。在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管商品混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑商品混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌商品混凝土以形成钢筋商品混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑商品混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管商品混凝土与空腹桁架配钢的型钢商品混凝土结构的巧妙结合与新的发展。

三、结论

由于上述各项优点，钢管商品混凝土我国应用越来越广泛，研究也越来越深入，其优良性能和技术经济指标使它在我国有着更广泛的应用前景。