馬建軍

摘要：近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多大跨度空間建筑結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn)在世界各地，而傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難滿足這些空間形式，由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有比以往傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更好的力學(xué)性能，因此，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)得到了很好的發(fā)展，本文闡述了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用狀況。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；住宅結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)

前 言

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成、且鋼管及其核心混凝土能共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。目前工程中最常用的鋼管混凝土柱按截面形式不同可分為圓鋼管混凝土柱、方鋼管混凝土柱和矩形鋼管混凝土柱。鋼管混凝土中的鋼管和混凝土是兩種力學(xué)性能截然不同的材料，鋼管混凝土受到兩種材料組合作用的影響：一方面，由于核心混凝土的存在，延緩了管壁局部屈曲現(xiàn)象的產(chǎn)生，一定程度上提高了薄壁受壓構(gòu)件由穩(wěn)定控制承載力的缺點(diǎn)；另一方面，由于鋼管外壁的存在，核心混凝土縱向受壓時(shí)，其橫向變形受到限制，處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高。

一、鋼管混凝土柱的特點(diǎn)

1.截面小，承載力高

隨著建筑物高度和跨度的增加，柱的軸向壓力值越來越大，為了滿足軸壓比限值的要求，在鋼筋混凝土柱中必然加大柱的截面尺寸。而采用鋼管混凝土柱后，由于兩種材料協(xié)同作用，可以提高柱的承載力，進(jìn)而減小柱的截面尺寸。

2.塑性和韌性好，抗震性能好

混凝土在單軸應(yīng)力狀態(tài)下屬于脆性材料，鋼材的塑性較好，混凝土阻止了鋼管的局部屈曲，鋼管限制了混凝土開裂變形，整體表現(xiàn)出較好的塑性和穩(wěn)定性，增加柱的含鋼率，必然提高整個(gè)柱的延性，延性好的結(jié)構(gòu)吸收地震能量的能力也就好。

3.耐火性能好

鋼管混凝土具有良好的耐火性能，總體上說主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是火災(zāi)作用下構(gòu)件具有優(yōu)越的抗火性能；鋼管混凝土由于核心混凝土的熱容量較高，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可以吸收部分熱量，降低鋼材的溫度，因而表現(xiàn)出較好的耐火性能。而且火災(zāi)后，隨著外界溫度的降低，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)屈服截面處鋼管的強(qiáng)度可以得到不同程度的恢復(fù)，為結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)提供了一個(gè)較安全的工作環(huán)境，也減少了補(bǔ)強(qiáng)工作量。

4.施工方便

和鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱時(shí)沒有綁扎鋼筋，支模和拆模等工序，施工簡便。與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比，鋼管混凝土柱構(gòu)造簡單，焊縫少，易于制作。

5.經(jīng)濟(jì)效果好

采用鋼管混凝土的承壓構(gòu)件比普通鋼筋混凝土承壓構(gòu)件約可節(jié)約混凝土 50%，減輕結(jié)構(gòu)自重 50%左右。鋼材用略高或者相等；和鋼結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)約鋼材 50%左右。此外，鋼管混凝土柱的防銹費(fèi)用較空鋼管柱有所降低。

二、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及人類文明的不斷進(jìn)步，許多大空間、大跨度建筑如體育館、展覽館、機(jī)場(chǎng)航站樓、地鐵站、大型工業(yè)廠房等不斷涌現(xiàn)出來，顯然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌筑結(jié)構(gòu)等很難實(shí)現(xiàn)這種大跨度空間結(jié)構(gòu)形式。由于鋼材產(chǎn)量的快速增長、國家政策導(dǎo)向以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、科研、施工隊(duì)伍日益強(qiáng)大等諸多有利因素的影響，鋼管結(jié)構(gòu)憑借其自身優(yōu)越的性能，近年來其應(yīng)用得到飛速發(fā)展，應(yīng)用范圍幾乎涉及所有結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺(tái)和塔桅結(jié)構(gòu)等。

1.鋼管混凝土在非住宅建筑中的應(yīng)用及特點(diǎn)

近十幾年，鋼管混凝土被廣泛地應(yīng)用于拱橋和空間桁架梁式橋梁結(jié)構(gòu)中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止1999年，我國共建造鋼管混凝土拱橋一百多座，鋼管混凝土勁性骨架拱橋10余座。與此同時(shí)，鋼管混凝土在我國高層和超高層建筑中的應(yīng)用發(fā)展很快，經(jīng)歷了由局部柱子采用，到大部分柱子采用，最后發(fā)展到全部柱子采用的過程。其中深圳賽格廣場(chǎng)大廈獲得 2000 年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，這是我國自行設(shè)計(jì)、自己加工制造自己施工并全部采用國產(chǎn)鋼材、自行投資的第一個(gè)組合結(jié)構(gòu)高層建筑。鋼管混凝土在橋梁及高層建筑中的應(yīng)用邁出了其在實(shí)際工程中應(yīng)用的第二步。

近十年，鋼管混凝土被應(yīng)用于疊合柱。隨著對(duì)鋼管混凝土理論研究的深入和工程應(yīng)用的日益廣泛，提高鋼管混凝土的抗火性能和核心高強(qiáng)混凝土的脆性等問題成為迫切需要解決的問題。目前，解決這一問題主要有兩種方法：其一是通過在鋼管內(nèi)填充配筋混凝土或鋼纖維混凝土來解決鋼管混凝土的脆性問題，通過在鋼管外表面噴涂防火涂料來解決鋼管混凝土的抗火問題；其二是采用疊合柱。疊合柱是將鋼管混凝土布置在柱的核心，外面再包圍灌澆一圈鋼筋混凝土所形成的鋼管、管內(nèi)素混凝土和管外鋼筋混凝土三種材料組成的組合柱，疊合柱由于外包混凝土，所以其防火、耐腐性較好，同時(shí)，因總軸力的大部分由核心內(nèi)鋼管混凝土承擔(dān)，外圍混凝土分擔(dān)（按豎向剛度比分配）的軸壓力小，因此軸壓比也較小，具有良好的延性。鋼管混凝土在疊合柱中的應(yīng)用邁出了其在實(shí)際工程中應(yīng)用的第三步。

2.鋼管混凝土在住宅中的應(yīng)用特點(diǎn)及其應(yīng)用

一方面是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身具有科技含量較高，利于環(huán)境保護(hù)，且可再生利用等優(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(jià)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(lì)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%。

三、結(jié)束語

以鋼管混凝土為例，在受力過程中，鋼管對(duì)混凝土產(chǎn)生約束作用，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，塑性和韌性性能大大改善。同時(shí)，由于混凝土的存在可以避免和延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證其材料的性能充分發(fā)揮。此外在鋼管混凝土的施工工程中，鋼管還可以作為澆筑核心混凝土的模版，與鋼筋混凝土相比可節(jié)省模板費(fèi)用，加快施工速度。總之，通過鋼管和混凝土的結(jié)合而成的鋼管混凝土，不僅可彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，這也正是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在。

參考文獻(xiàn)：

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