【摘要】鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)，由于其具有巨大的優(yōu)越性，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。本文對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)論述及研究，列舉并討論了銅管混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，最后闡述了其在一些工程建筑方面的應(yīng)用狀況。

　　【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土   建筑工程    應(yīng)用   趨勢(shì)

　　【 Abstract 】 Steel tube concrete structure is a concrete fill in the steel pipe inside of the formation of a new type composite structure, since it has great superiority, now has been widely used. In this paper, the structure of concrete filled steel tube in structure engineering applications of the relevant discussion and research which, it was enumerated and discussed the structure characteristics of copper tube concrete structure, research progress and application situation, finally expounds its in some engineering application status in the field of architecture.

　　【 Key words 】 steel tube concrete building engineering application trend

　　中圖分類號(hào)： TV331           文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A             文章編號(hào)：

　　前言

　　鋼管混凝土作為一種較為年輕的結(jié)構(gòu)形式，因其具有的高承載力、良好的延性和塑性、較好的防火性能、較人的經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)點(diǎn)，受到較多工程師的青睞。相信隨著固民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究的深入，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)形式必將有更為廣闊的發(fā)展前景。

　　一、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

　　1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的概念及分類

　　鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構(gòu)件，是一種將鋼管和鋼筋混凝土的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而發(fā)展起來的新型組合結(jié)構(gòu)形式，利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對(duì)其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)之下，不但提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，而且還使其塑性和韌性性能得到了改善，不僅彌補(bǔ)了兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且還能充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)。

　　依據(jù)構(gòu)件截面形式的不同，鋼管混凝土構(gòu)件可分為圓形截面、方形截面、矩形截面和多邊形截面構(gòu)件等。其中，圓形截面、方形截面和矩形截面鋼管混凝土構(gòu)件的應(yīng)用最為廣泛。

　　2、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

　　1)施工簡(jiǎn)便

　　鋼管本身為耐側(cè)壓的模板，因而澆灌混凝土?xí)r可省去支模、拆模等工序和模板，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝。同時(shí)鋼管在施工階段可起勁性鋼骨架作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少，從而可以簡(jiǎn)化施工安裝工藝、節(jié)省腳手架、縮短工期、減少施工用地。

　　2)良好的耐火性能。

　　鋼管內(nèi)混凝土相對(duì)鋼材具有較大的熱容量，能吸收大量的熱量。在遭受火災(zāi)時(shí)，外部鋼管雖然升溫較快，但內(nèi)部混凝土升溫滯后，仍具有一定的承載力，因而增加了鋼管的耐火時(shí)間，相對(duì)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)可以大量節(jié)約防火涂料。

　　3)良好的塑性和韌性。

　　混凝土破壞通常表現(xiàn)為脆性特征。當(dāng)受壓鋼管混凝土構(gòu)件中的核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)時(shí)，材料呈現(xiàn)塑性性狀。鋼管混凝土破壞時(shí)形成顯著的鼓曲狀態(tài)，具有良好的耗能能力和延性，表現(xiàn)出較好的韌性。

　　4)良好的承載力。

　　在鋼管中填充混凝土，隨著受壓荷載的增大，鋼管由彈性工作狀態(tài)進(jìn)入塑性工作狀態(tài)。由于受壓鋼管混凝土構(gòu)件中的核心混凝土處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和變形能力顯著增強(qiáng)，因而受壓構(gòu)件的承載力得到大大提高。

　　5)良好的抗震性能。

　　鋼管和混凝土之間的相互作用使內(nèi)填混凝土的破壞由脆性變?yōu)樗苄裕瑯?gòu)件的延性明顯改善，耗能能力顯著提高。在壓彎反復(fù)荷載作用下，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的吸能性能好，基本無剛度退化和強(qiáng)度衰減現(xiàn)象，與不發(fā)生局部失穩(wěn)的鋼構(gòu)件基本相同，且無局部屈曲發(fā)生。與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱的自重大幅度減小，地震作用引起的地震反應(yīng)也將減小。

　　6)經(jīng)濟(jì)效果顯著。

　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢(shì)，不僅承載力高，而且與鋼結(jié)構(gòu)相比，采用鋼管混凝土柱可節(jié)約鋼材50％左右，造價(jià)也可以降低。與鋼筋混凝土柱相比可節(jié)約混凝土50％以上，減輕結(jié)構(gòu)自重50％以上，其耗鋼量和造價(jià)略為偏高或基本持平。如前蘇聯(lián)的Herb河鐵路橋與鋼拱橋相比節(jié)約鋼材52％，降低造價(jià)20％。

　　二、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用

　　1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用研究發(fā)展概況

　　我國(guó)最早主要集中研究在鋼管澆灌素混凝土的內(nèi)填型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，60年代,，中期鋼管混凝土開始在一些廠房柱和地鐵工程中采用。進(jìn)入70年代后這類結(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、建筑工程中鋼管混凝土施工工藝

　　（1）工藝流程：鉚管柱制作→鋼管柱柱腳定位環(huán)板及附件安裝→鋼管柱的現(xiàn)場(chǎng)安裝→鋼管混凝土柱環(huán)梁施工→鋼管混凝土施工。

　　（2）制作鋼管柱。鋼管柱要求各部件的制作、焊接尺寸、位置、標(biāo)高必須準(zhǔn)確。為減少現(xiàn)場(chǎng)工作量．保證質(zhì)量，鋼管及內(nèi)襯管、環(huán)形封頂板、抗剪環(huán)箍、柱腳定位環(huán)板及螺栓配件等的制作、組焊集中在工廠內(nèi)完成，經(jīng)檢驗(yàn)合格運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

　　（3）鋼管柱的拼接組裝

　　①構(gòu)件除銹、防腐處理

　　②鋼管的長(zhǎng)度，可根據(jù)運(yùn)輸條件和吊裝條件確定，一般以不長(zhǎng)于12m為宜，也可根據(jù)吊裝條件，在現(xiàn)場(chǎng)拼接加長(zhǎng)。

　　③鋼管對(duì)接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保持焊后肢管的平直。焊接時(shí)，除控制幾何尺寸外，還應(yīng)注意焊接變形對(duì)肢管的影響．焊接宜采用分段反向順序，分段施焊應(yīng)保持對(duì)稱。

　　④接前，對(duì)小直徑鋼管可采用點(diǎn)焊定位；對(duì)大直徑鋼管可另用附加鋼筋焊于鋼管外壁作臨時(shí)固定，固定點(diǎn)的間距可取300mm左右．且不得少于3點(diǎn)。鋼管在焊接過程中如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)焊定位處的焊縫出現(xiàn)微裂縫，則該微裂縫部位須全部鏟除重焊。

　　⑤為確保連接處的焊接質(zhì)量．可在管內(nèi)接縫處設(shè)置附加襯管，其寬度為20mm，厚度為3mm，與管內(nèi)壁保持0．5mm的膨脹間隙，以確保焊縫質(zhì)量。

　　（4）鋼管柱的吊裝安裝

　　（5）鋼管混凝土柱環(huán)梁鋼筋的制作安裝與施工

　　3、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用

　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向人跨、高聳、重載發(fā)展和受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而被越來越廣泛地應(yīng)用于單層和多層工業(yè)廠房、各種支架、地鐵站臺(tái)柱、設(shè)備構(gòu)架柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑以及橋梁結(jié)構(gòu)中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果和建筑效果。在我國(guó)，采用鋼管混凝上的大工程已有200項(xiàng)左右。我國(guó)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用也已有近40年的歷史。在我國(guó)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域中

　　（1）單層和多層工業(yè)廠房柱

　　鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土柱及普通鋼柱相比，其突出優(yōu)點(diǎn)是比較輕巧，因而被廣泛地用做廠房柱。單層工業(yè)廠房柱多屬于偏心受壓構(gòu)件，為了充分發(fā)揮鋼管混凝上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，多數(shù)工程的柱子設(shè)計(jì)成格構(gòu)式組合柱，如雙肢柱、三肢柱、四肢柱。

　　（2）高層和超高層建筑

　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高層和超高層建筑，具有抗壓、抗扭和抗剪性能好，承載力高、抗震性能優(yōu)越、延性好的優(yōu)點(diǎn)。此外所用鋼板厚度小，取材容易，價(jià)格低，制造和安裝都很方便。施工簡(jiǎn)單，可為逆作法施工創(chuàng)造條件，鋼管混凝上的耐火性能也優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。另外當(dāng)采用高強(qiáng)混凝上時(shí)，可有效地防止高強(qiáng)混凝上的脆性破壞，能充分發(fā)揮高強(qiáng)混凝土的承載力。如表1，列舉了我國(guó)采用鋼管混凝土工藝建造的高層建筑

　　表1.國(guó)內(nèi)采用鋼管混凝土建造的部分高層建筑

　　（3）大跨度橋梁工程

　　在拱橋結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝上構(gòu)件主要用來承受軸向壓力，拱橋的跨度很大時(shí)。拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管混凝上構(gòu)件是非常合理的。除了用作受壓構(gòu)件，鋼管還可以作為橋梁安裝架設(shè)階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。將鋼管混凝上用于拱橋，符合拱橋建設(shè)中要求材料高強(qiáng)和拱圈無支架施工及輕型化的發(fā)展要求，因而深受橋梁工程師的青睞。鋼管混凝上拱橋一般可分為兩種：一種是拱橋結(jié)構(gòu)的主要受力直接由鋼管混凝上來承擔(dān)，同時(shí)鋼管混凝上也作為結(jié)構(gòu)施工時(shí)的勁性骨架，截面設(shè)計(jì)由前者控制；另一種是先將鋼管用于施工時(shí)的勁性骨架，然后再內(nèi)灌混凝土并與外包混凝上共同形成斷面，鋼管混凝上參與拱橋建成后的受力，截面設(shè)計(jì)以施工階段控制。

　　三、管混凝土結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展趨勢(shì)

　　1、高強(qiáng)度材料的應(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>

　　2、耐火性能的研究

　　我國(guó)還沒有制定針對(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，都沒有統(tǒng)一規(guī)定和科學(xué)的依據(jù)。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者就鋼管混凝土的耐火性能問題進(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。

　　3、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。

　　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)語

　　近20年來。鋼管混凝士結(jié)構(gòu)逐漸被應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)中，隨著建筑物高度的增加，鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也將會(huì)得到快速的發(fā)展。隨著鋼管混凝土技術(shù)的日益完善．鋼管混凝土勢(shì)必成為高層建筑和大跨度橋梁等建筑工程中應(yīng)用高性能混凝土的一種最有效和最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]鐘善桐．高層鋼管混凝上結(jié)構(gòu)．黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1999，1．

　　[2]韓林海．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M]．北京：科學(xué)出版社，2000．

　　[3]蔡紹懷．現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M]．北京：人民交通出版社，2003．

　　[4]王曉鋒，郭長(zhǎng)青，張喜娥．鋼管混凝土應(yīng)用與分析．國(guó)外建材科技，2006。27(3)．