論鋼管混凝土結構在建筑工程中的應用

孔 祥

(太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

論鋼管混凝土結構在建筑工程中的應用

孔 祥

(太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

介紹了鋼管混凝土結構的優(yōu)勢，論述了其在高層建筑工程、單層及多層工業(yè)廠房柱、大跨度橋梁工程中的應用情況，對鋼管混凝土結構在建筑領域的發(fā)展前景進行了探索，以促進其推廣應用。

鋼管混凝土，建筑工程，結構承載力，耐火性能

1 鋼管混凝土結構的優(yōu)點

1.1 具有較高的承載力與延性

對于建筑工程中鋼管混凝土柱，鋼管可約束內部混凝土，使混凝土保持三向受壓狀態(tài)，混凝土抗壓強度得以提高。鋼管混凝土柱和混凝土柱及鋼管柱相比，前者在承載力方面有著后者無法比擬的巨大優(yōu)勢，其值遠遠高于二者之和。鋼管與混凝土二者的相互作用，可改變鋼管中混凝土破壞性質，由塑性破壞將脆性破壞替代，由此可見，這對于構件延性性能的改善有著積極的促進作用，其耗能水平得以提高。

1.2 縮短工期且施工便利

施工中，鋼管混凝土結構中的鋼管能發(fā)揮勁性骨架作用，混凝土澆筑、混凝土搗實更為方便；在施工過程中，模板這一環(huán)節(jié)在鋼管混凝土中也被省去，不僅能夠使材料與人工費用得以節(jié)約，同時相關施工時間也得到有效控制，使工期得以大大縮短[1]。

1.3 鋼管的抗火性與防火性增強

對于鋼管混凝土而言，由于將混凝土添加到了鋼管內部，使得其抗火性得以增強，大量的熱能可以被吸收，當火災發(fā)生后，不均勻的管柱截面溫度場分布，使柱子的耐火性更強，但凡鋼柱屈服，大部分軸向荷載可由混凝土承受，結構倒塌情況就可以得到控制。除此以外，鋼管混凝土結構還有很強的耐火性，其原因就在于鋼梁會把熱量由頂部翼緣傳遞給混凝土，使鋼梁溫度不斷下降。研究可知，和鋼柱相比，達到一級3 h耐火要求材料，可節(jié)省大約50%的防火涂料，其節(jié)約涂料的量與鋼管直徑成正比例關系。

1.4 具有較強的耐腐蝕能力

在鋼管混凝土結構中，將混凝土澆筑于鋼管中，可削減鋼管外露面積，結構因而具有較好的抗腐蝕力。和鋼結構比較，在抗腐與防腐工作方面產生的費用自然也要少一部分。對于鋼管混凝土構件而言，其截面形式非常重要，在很大程度上會影響到鋼管混凝土的諸多方面，諸如受力性能、混凝土柱以及施工難度等。以圓鋼管混凝土為例，其受壓構件通過圓鋼管約束內部混凝土，使其內部混凝土三向受力，混凝土抗壓強度得以強化。但圓鋼管混凝土結構也有著自身的不足之處，即施工難度大和施工成本高等。在施工各方面，方鋼管混凝土則有突出優(yōu)勢，但方鋼管混凝土結構承載力低[2]。

2 建筑工程鋼管混凝土結構應用

2.1 高層建筑工程

在高層建筑結構中，鋼管混凝土結構的應用十分普遍，鋼管混凝土結構所具備的優(yōu)勢就是有著較高的承載力和較好的抗震性，能夠在一定程度上取代鋼筋混凝土，在當前的建筑結構中，普通鋼筋混凝土結構存在底部“胖柱”現象，高強鋼筋混凝土結構中柱的破壞屬于脆性破壞，由此，鋼管混凝土則可以替代鋼筋混凝土，繼而解決上述問題。鋼管混凝土還能取代鋼結構體系中的鋼柱，減少鋼材使用量，強化結構抗側移剛度。建筑工程若全部使用的是鋼管混凝土，可選擇“全逆作法”“半逆作法”，這兩類施工方法可縮短施工工期。在鋼材取材、厚度和成本等方面，鋼管混凝土柱均有著突出的優(yōu)勢，同時，與鋼柱相比較可知，鋼管混凝土柱的防火性和耐腐蝕性更強。如圖1所示則是高層建筑柱子的圓鋼管混凝土結構示意圖。

2.2 單層及多層工業(yè)廠房柱

就單層的工業(yè)廠房柱，該類型的廠房柱屬于偏心受壓構件，因而要想保證鋼管混凝土結構所具備的特點得以最大限度的發(fā)揮，相當多的工程會以雙肢柱、三肢柱以及四肢柱等格構式組合柱為主要形式，將偏心彎矩向軸心力轉變。

2.3 大跨度橋梁工程

在我國拱橋結構中，鋼管混凝土的應用比較廣泛，其中斜拉橋結構中也有其應用。拱橋結構主要承擔的是軸向壓力，它的跨度和拱肋所承受的壓力之間成正比的關系，對此，需要通過鋼管混凝土，以便于更好的適用于拱橋結構。實踐表明，在拱橋修建過程中，勁性鋼骨架的作用除了施工受力，對于作為成橋后的受力結構而言也是比較理想。弦桿采用鋼管混凝土結構，提高了強度與穩(wěn)定性，同時施工過程中鋼管還具有澆筑混凝土模板與鋼筋的作用。因此，對于大跨度橋梁工程而言，鋼管混凝土的使用還是比較合理的[3]。

3 鋼管混凝土結構發(fā)展的前景探索

3.1 高強材料研發(fā)及其應用

隨著近些年高強混凝土材料的迅猛發(fā)展，在我國城市內已經廣泛應用C60混凝土，也有的開始使用C70或者C80，這使得鋼管混凝土柱的承載力更高，混凝土得以節(jié)約。然而高強混凝土仍然存在一些不足，其強度的提高導致脆性增加，結構的安全性與可靠性無法得到保障。鋼管混凝土中以處于三向受壓狀態(tài)的混凝土為核心，使得其延性性能得以大幅度改善，脆性破壞情況得到有效控制。就是說只有鋼管混凝土柱使用高強混凝土，才能夠使其強度優(yōu)勢得到發(fā)揮。由此可見，高強鋼管混凝土發(fā)展的潛力及其發(fā)展的空間可以說尤為可觀。

當前，相關研究學者已經開始對高強鋼管混凝土構件進行了一系列的分析及研究，在此過程中得知，高強鋼管混凝土構件和其他普通的鋼管混凝土比較，兩者力學性能有一定差別。對于一般類型的鋼管混凝土構件，它的設計公式在高強鋼管混凝土設計中并不適用，而現如今相關部門僅僅對一般類型的鋼管混凝土結構施工規(guī)范、設計要求及規(guī)程作了規(guī)定，所以，要對高強鋼管混凝土予以分析，盡快制定與之相應的設計施工規(guī)范。

3.2 耐火性能的研究

目前，我國針對鋼管混凝土的防火規(guī)范并沒有制定出來。就已建成的鋼管混凝土結構而言，其采用的形式也各有不同，有的按照鋼筋混凝土結構的要求采用的混凝土外包，有的會涂刷防火涂料，這些形式的規(guī)定并不統一，同時參考依據也并不科學。近幾年來，鋼管混凝土結構中關于耐火性的研究相對較多，隨之取得了諸多的研究成果，因而要結合具體國情，科學合理的編制防火規(guī)范，以便于和鋼管混凝土相配合。

3.3 鋼管混凝土結構的抗震性

就鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土柱的框架結構，對其抗震性的對比試驗，需要立足于理論，來分析這兩類結構的動力性，試驗表明，在抗震性能方面鋼管混凝土框架結構更加優(yōu)越。然而就現階段鋼管混凝土結構抗震性能的研究情況來看，基本構件依舊是其中不可或缺的一大研究內容，但是對于鋼管混凝土抗震性方面的研究仍需要進一步完善。對此，必須針對這些方面進行全方位的分析，繼而為工程施工建設提供更為科學的抗震設計參數[4]。

4 結語

相比于鋼筋混凝土結構與鋼結構，鋼管混凝土結構的應用與研究起步較晚，然而其具有的優(yōu)勢已經非常突出，并與我國國情相適應[5]，隨著其發(fā)展與研究的不斷深入，筆者相信在今后工程中鋼管混凝土結構可得到廣泛運用，而鋼管混凝土結構也普遍存在許多不足之處，所以，相關人員要有針對性的展開深入的研究，找出問題產生的原因，提出有效的改進措施，使其得到全面優(yōu)化，在工程建設中發(fā)揮出更大的作用。

[1] 王冰兄.淺談建筑工程中鋼管混凝土結構.中國新技術新產品,2012(5):179-181.

[2] 韓林海,陶 忠,劉 威,等.鋼管混凝土結構——理論與實踐.福州大學學報(自然科學版),2001,29(6):125-126.

[3] 李 浩.淺談鋼管混凝土結構在建筑工程中的應用與前景.建筑工程技術與設計,2015,28(6):129-130.

[4] 于 軍.鋼管混凝土結構的特點與應用.中小企業(yè)管理與科技,2011,9(10):203-204.

[5] 趙 硯.建筑自密實鋼管混凝土結構施工質量的管理措施.建筑安全,2015,11(3):157-159.

Discussion on the application of steel tube concrete structure in construction engineering

Kong Xiang

(ArchitecturalDesignandResearchInstitute,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the advantage of steel tube concrete structure, and elaborated the application situation of it in high-rise buildings engineering, monolayer and multilayer industrial workshop column, large span bridge engineering, and discussed its development prospect in construction field, to promote the popularization and application.

steel tube concrete, construction engineering, structural bearing capacity, fire resistance

2015-09-16

孔 祥(1980- )，男，工程碩士，工程師

1009-6825(2015)33-0036-02

TU375

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