【摘要】鋼管混凝土結構是由混凝土填入鋼管內而形成的一種新型組合結構，由于其具有巨大的優(yōu)越性，現已經被廣泛應用。本文對鋼管混凝土結構在結構工程中的應用進行了相關論述及研究，列舉并討論了銅管混凝土結構的結構特點、研究進展和應用現狀，最后闡述了其在一些工程建筑方面的應用狀況。

　　【關鍵詞】鋼管混凝土   建筑工程    應用   趨勢

　　【 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： TV331           文獻標識碼：A             文章編號：

　　前言

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

　　一、鋼管混凝土結構及其特點

　　1、鋼管混凝土結構的概念及分類

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

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

　　2、鋼管混凝土結構的特點

　　1)施工簡便

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

　　2)良好的耐火性能。

　　鋼管內混凝土相對鋼材具有較大的熱容量，能吸收大量的熱量。在遭受火災時，外部鋼管雖然升溫較快，但內部混凝土升溫滯后，仍具有一定的承載力，因而增加了鋼管的耐火時間，相對傳統鋼結構可以大量節(jié)約防火涂料。

　　3)良好的塑性和韌性。

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

　　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)進入塑性工作狀態(tài)。由于受壓鋼管混凝土構件中的核心混凝土處于三向受壓應力狀態(tài)，混凝土的抗壓強度和變形能力顯著增強，因而受壓構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填混凝土的破壞由脆性變?yōu)樗苄裕瑯嫾�的延性明顯改善，耗能能力顯著提高。在壓彎反復荷載作用下，鋼管混凝土結構的吸能性能好，基本無剛度退化和強度衰減現象，與不發(fā)生局部失穩(wěn)的鋼構件基本相同，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也將減小。

　　6)經濟效果顯著。

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

　　二、鋼管混凝土結構在建筑工程中的應用

　　1、鋼管混凝土結構在我國應用研究發(fā)展概況

　　我國最早主要集中研究在鋼管澆灌素混凝土的內填型鋼管混凝土結構，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。進入70年代后這類結構在冶金、造船、電力等行業(yè)的工業(yè)廠房得到廣泛的推廣應用。1978年鋼管混凝土結構被列入國家科學發(fā)展規(guī)劃，使這一結構在我國的發(fā)展進入一個新階段,，無論是科學研究還是設計施工都取得較大進展，取得了良好的經濟效益和社會效益。

　　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→鋼管柱的現場安裝→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、標高必須準確。為減少現場工作量．保證質量，鋼管及內襯管、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、組焊集中在工廠內完成，經檢驗合格運至現場安裝。

　　（3）鋼管柱的拼接組裝

　　①構件除銹、防腐處理

　　②鋼管的長度，可根據運輸條件和吊裝條件確定，一般以不長于12m為宜，也可根據吊裝條件，在現場拼接加長。

　　③鋼管對接時應嚴格保持焊后肢管的平直。焊接時，除控制幾何尺寸外，還應注意焊接變形對肢管的影響．焊接宜采用分段反向順序，分段施焊應保持對稱。

　　④接前，對小直徑鋼管可采用點焊定位；對大直徑鋼管可另用附加鋼筋焊于鋼管外壁作臨時固定，固定點的間距可取300mm左右．且不得少于3點。鋼管在焊接過程中如發(fā)現點焊定位處的焊縫出現微裂縫，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量．可在管內接縫處設置附加襯管，其寬度為20mm，厚度為3mm，與管內壁保持0．5mm的膨脹間隙，以確保焊縫質量。

　　（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、鋼管混凝土結構在建筑工程中的應用

　　鋼管混凝土結構能適應現代工程結構向人跨、高聳、重載發(fā)展和受惡劣條件的需要，符合現代施工技術的工業(yè)化要求，因而被越來越廣泛地應用于單層和多層工業(yè)廠房、各種支架、地鐵站臺柱、設備構架柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結構、高層和超高層建筑以及橋梁結構中，并取得了良好的經濟效果和建筑效果。在我國，采用鋼管混凝上的大工程已有200項左右。我國鋼管混凝土結構技術的開發(fā)和應用也已有近40年的歷史。在我國，鋼管混凝土結構主要應用于以下領域中

　　（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件，為了充分發(fā)揮鋼管混凝上結構特點，多數工程的柱子設計成格構式組合柱，如雙肢柱、三肢柱、四肢柱。

　　（2）高層和超高層建筑

　　鋼管混凝土結構應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。此外所用鋼板厚度小，取材容易，價格低，制造和安裝都很方便。施工簡單，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)于鋼結構。另外當采用高強混凝上時，可有效地防止高強混凝上的脆性破壞，能充分發(fā)揮高強混凝土的承載力。如表1，列舉了我國采用鋼管混凝土工藝建造的高層建筑

　　表1.國內采用鋼管混凝土建造的部分高層建筑

　　（3）大跨度橋梁工程

　　在拱橋結構中，鋼管混凝上構件主要用來承受軸向壓力，拱橋的跨度很大時。拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管混凝上構件是非常合理的。除了用作受壓構件，鋼管還可以作為橋梁安裝架設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，符合拱橋建設中要求材料高強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：一種是拱橋結構的主要受力直接由鋼管混凝上來承擔，同時鋼管混凝上也作為結構施工時的勁性骨架，截面設計由前者控制；另一種是先將鋼管用于施工時的勁性骨架，然后再內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，截面設計以施工階段控制。

　　三、管混凝土結構研究的發(fā)展趨勢

　　1、高強度材料的應用

　　將高強混凝土灌入鋼管中形成高強鋼管混凝土，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，而其構件的承載力也得到了相應的提高。因此，高強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

　　我國還沒有制定針對鋼管混凝土結構的防火規(guī)定。對于已經建成的鋼管混凝土結構，有的采用鋼筋混凝土結構的要求外包混凝土，有的按照鋼結構的要求涂防火材料，都沒有統一規(guī)定和科學的依據。近年來，國內學者就鋼管混凝土的耐火性能問題進行了研究，已經取得了可喜的成績，應盡快編制出適合我國國情的鋼管混凝土結構防火規(guī)范。

　　3、節(jié)點動力性能的研究

　　節(jié)點是結構設計中的關鍵部位，也是施工的難點。對于鋼管混凝土節(jié)點，其合理與否直接關系到結構的安全性和整個工程的造價。鋼管混凝土節(jié)點可以分為兩種；鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點和鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節(jié)點。目前，國內對于鋼管混凝土節(jié)點靜力性能的研究較多，而對于節(jié)點動力性能的研究報導還較少。

　　4、鋼管混凝土結構體系抗震性能的研究

　　在對采用鋼管混凝土柱及鋼筋混凝土柱的框架結構進行了抗震性能的對比試驗研究，并從理論上分析比較了兩種結構的動力性能，得出了鋼管混凝土框架結構的抗震性能明顯優(yōu)于鋼筋混凝土框架結構的結論。但目前對鋼管混凝土結構抗震性能的研究，主要還是集中在基本構件方面，而對于鋼管混凝土整體結構的抗震性能的研究還不多。應開展這方面充分的研究，以提供合理的抗震設計參數，便于工程應用。

　　結語

　　近20年來。鋼管混凝士結構逐漸被應用于建筑結構尤其是在高層建筑結構中，隨著建筑物高度的增加，鋼管高強混凝土和鋼管超高強混凝土結構的應用也將會得到快速的發(fā)展。隨著鋼管混凝土技術的日益完善．鋼管混凝土勢必成為高層建筑和大跨度橋梁等建筑工程中應用高性能混凝土的一種最有效和最經濟的結構形式。

　　參考文獻：

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