钢管混凝土结构在高层建筑中的应用

1、钢管混凝土结构在高层建筑中的应用摘要：通过阐述钢管混凝土结构的特点，介绍了钢管混凝土结构的研究与发展现状，列举了钢管混凝土结构在我国的应用，并对钢管混凝土结构发展需要解决的问题进行了深入探讨。关键词：钢管混凝土; 应用; 发展一、钢管混凝土结构自60年代引入我国以来，迄今已有三十多年。它在我国的应用和发展历经了两个阶段：60年代至80年代中期为推广应用阶段，80年代后期至今为发展提高阶段。 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土后形成的构件，它是在型钢混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上发展起来的钢管混凝土利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和

2、韧性性能大为改善；同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证材料性能的充分发挥可见，二者相互贡献，协同互补，共同工作，提高了钢管混凝土构件的整体性，使其具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好、施工方便、较好的耐火性能和良好的灾后可修复性以及经济指标先进等优点，因而得到了广泛的应用。 钢管混凝土结构的特点 钢管混凝土结构利用钢管和混凝土2种材料在受力过程中相互间的组合作用 充分发挥2种材料的优点与其他结构形式相比，有其很大的优越性。 1.承载力提高 一方面，钢管混凝土构件轴心受压时，混凝土的横向变形受到钢管的约束而处于三向受压状态，从而提高了核心混凝土抗压强度，大大改善了混凝土

3、的力学性能，改善了混凝土的脆性的弱点。而填于钢管之内的混凝土，又增强了钢管管壁的稳定性，以致其不易屈曲另一方面，承载力高，可使构件截面减小，增加使用空间，且构件自重减轻，从而减小基础负担，降低基础造价。 2.变形能力好 钢管混凝土结构中，核心混凝土在钢管的约束下，既使其在使用阶段的变形能力改善了，同时在其破坏时产生很大的塑性变形。试验表明，钢管混凝土柱被破坏时可以压缩到原长的2/B钢管中的混凝土已经由脆性破坏转变为塑性破坏，使整个构件呈现出弹性工作塑性破坏的特征。 3.防火能力好 钢管混凝土柱在吸热后一些热量会传给混凝土，减慢钢管的升温速度，并且一旦钢管部分屈服混凝土可以继续承受轴向荷载，防止

4、结构倒塌。而且钢管混凝土构件在急骤降温(如消防冲水)时又不像钢筋混凝土那样爆裂，说明其防火性能比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越。 4.施工方便 a.钢管本身就是模板，在浇灌混凝土时，可省去模板的施工，并可适应先进的泵灌混凝土工艺。 b.钢管本身又兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，制作钢管远比制作钢筋骨架省工，而且便于浇灌混凝土。 c.钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架的作用，其焊接工作量远比一般型钢骨架少。 5.经济效果显著 实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材50%并节省大量的焊接工作，与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相近和承载力相

5、同的条件下，构件的横截面积可减少一半，从而使建筑空间得到加大。混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50%，另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价钢管混凝土结构在高层建筑中都得到了广泛应用，随着高度超过100 m 的超高层建筑的大量兴建，在高强混凝土还不普及的20世纪80年代后期，人们开始应用钢管混凝土柱以解决“胖柱”问题的探索，广州好世界广场大厦(33层)，率先于1993年采用了C60级的钢管高强混凝土柱并获得成功。 我国自上个世纪90年代初开始将钢管混凝土应用于高层建筑，到目前为止，全部或部分采用钢管混凝土的高层和超高层建筑已有近100座

6、。在采用钢管混凝土的超高层建筑中，规模最大的是1999年建成的深圳赛格广场大厦，地上72层，高291.6米，总建筑面积为16.67万平方米，是迄今为止全部采用钢管混凝土柱世界最高建筑。该建筑的框架柱结构及抗侧立体系内筒全部采用了钢管混凝土，该工程是完全由我国自行设计、制造和施工，为高层和超高层建筑采用钢管混凝土结构积累了宝贵的经验。 二钢管混凝土结构在高层和超高层建筑中的应用 20世纪6080年代钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑随着理论研究的深入、设计规程的颁布和其自身具有的优点，钢管混凝土被越来越广泛地应用于高层和超高层建筑中。 一方面是因为钢结构自身具有科技含量较高，利于环境保护，且可再

7、生利用等优点，另一方面是由于我国钢产量大幅度增加，世界钢产量日趋饱和，钢材价格随之下降，所以近年来我国开始大力推广钢结构，鼓励采用钢结构建设部等部门也为此制定了加速推广建筑钢结构发展和应用的目标，确定“十五”期间以推广住宅钢结构为重点，力争在“十五”期间使我国建筑钢结构用钢量达到全国钢材总产量的3，到2015年达到6。住宅建筑历来居建筑业首位，所以在住宅建筑中推广钢结构势在必行。由于目前我国人口众多，土地资源相对不足，在人口密度大的城市，仍然是以高层为主住宅钢结构，具有柱子用量少，室内有效使用空间大，房屋空间布置灵活，结构性能好等优点。它所选择的结构体系一般是：56层以下，框架体系或框架一支撑

8、体系；6层以上，框架一支撑体系或框架一混凝土剪力墙(核心筒)体系；多层，大多采用双重体系。钢结构住宅采用的框架柱有H型钢柱，钢管砼柱和钢骨砼柱，后两种为组合柱在小高层建筑中，组合柱比H型钢柱省钢，进而也就可以降低工程造价，但是，钢骨砼柱的施工较钢管混凝土柱施工复杂，因此，在住宅钢结构中推广钢管混凝土势在必行。 三钢管混凝土结构的发展方向 1.钢管混凝土结构体系抗震性能的研究。目前，对钢管混凝土抗震性能的研究主要集中在基本构件方面，而对由钢管混凝土柱和钢或钢筋混凝土等形式的梁组成的框架结构的抗震性能则很少涉及。今后应开展这方面的研究工作，并在充分考虑结构空间作用的基础上，提供合理的钢管混凝土框架

9、柱和节点的抗震技术参数，便于工程应用。 2.在防火设计方面，要简化钢管混凝土防火极限的设计方法，制定钢结构(钢管混凝土结构)住宅建筑的防火设计规范。只有这样，才能有助于推广钢管混凝土在住宅建筑中的应用。 3.钢管混凝土结构在火灾后的性能研究。火灾后钢管混凝土结构的性能有其特点，应当合理地评估其强度，为该类结构的维修加固提供科学的依据。 4.节点动力性能的研究。节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。 5.结合实际工程，进一步完善钢管混凝土住宅建筑的设计理论、不同类型结构设计规范和施工规程，尽快编制各类构件的配套图集。 此外，钢结构住宅对施工队伍的施工技术要求比较高，而国内大部分地区主要进行混凝土结构的施工建设，因此应该加强对钢结构专业施工队伍的培训，进一步促进钢管混凝土在高层建筑中的发展与应用。与钢筋混凝土和钢结构相比 钢管混凝土是一种相对年轻的结构 但它却以其特殊的优点，正愈来愈受到工程界的重视和青睐，相信随着人们对钢管混凝土这类结构的不断认识和了解，这类结构的科学研究必将更趋深入和完善，工程应用必将更趋广泛。 参考文献： 【1】钟善桐钢管混凝土结构北京：清华大学出版社，2003 【2】钟善桐钢管混凝土结构在我国的应用和发展建筑技术，2001(7)：3940 ， 【3】韩林海我国钢管混凝土结构研究与应用