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1、钢管混凝土结构特点及其在建筑中的应用 摘要:在钢管中充填混凝土的结构称之为钢管混凝土结构。钢管混凝土结构是从型钢混凝土结构及螺旋箍柱发展而来的。国外最早应用型钢混凝土结构,主要是用混凝土来保护钢结构,使之防火性能及防腐蚀性能得到大大改善,不必要进行经常性的、工作量很大的日常维护。后来在结构中才主要利用混凝土来提高结构刚度,以减小结构的侧移。将型钢混凝土用于高层、超高层及高耸钢结构中,以及用于地震区的建筑中,将使建(构)筑物的侧移大大减小。本文对钢管混凝土结构在建筑中广泛应用进行探讨。 关键词:钢管混凝土结构;建筑;性能 一般在混凝土中再不配
2、纵向钢筋与钢箍。所用钢管一般为薄壁圆钢管或方钢管。方钢管混凝土结构的研究与应用历史较短,尽管其与圆钢管混凝土相比有一定的优点,钢管的制作,节点的构造较为简单,对某些受力构件,大偏心受压构件比圆钢管受力性能要好,不必一定做成双肢或多肢柱。 一、钢管混凝土结构具有以下的优点: (1)受力合理,能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁
3、钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。 (2)具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破坏具有明显的脆性性质,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。而钢管混凝土结构中,由于核心混凝土是处于三向约束状态,约束混凝土与普通混凝土不同,不仅改善了使用阶段的弹性性质,而且在破坏时产生很大
4、的塑性变形,钢管混凝土柱的破坏,完全没有脆性特征,属于塑性破坏。 此外,这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。 (3)施工简单,缩短工期。钢管本身就是模板,因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。3 (4)获得了很好的经济效果。与钢结构相比,节约了大量钢材
5、。根据多项工程统计,钢管混凝土大约能节省钢材50%,因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用,因此其取得了显著的经济效果。 (5)具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻,这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性,这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。 (6)具有美好的造型与最小的受风面积。圆形柱不仅以其美好的
6、造型而且因其无棱角,所以特别适用于公共建筑的门厅、大厅、车站车库、城市立交桥以及露天塔架等高耸结构。 由于钢管混凝土结构具有一系列的优点,因此被广泛采用于多高层建筑、桥梁结构、地铁车站及各种重型、大跨的工业厂房以及高耸塔架等建筑物。钢管混凝土结构在国外应用已有近百年历史,20世纪初,美国就在一些单层和多层房屋中采用钢管混凝土柱。 二、钢管混凝土结构在多层建筑中的应用 1984年在上海建成的基础公司特种基础研究所科研楼,地下2层,地上5层均为双跨钢管混凝土框架结构。边柱与中柱分别为令299与个35l的钢管混凝土柱,可见柱断面及结构占地面
7、积均比钢筋混凝土框架柱为小。其后又陆续用于高层建筑的全部与部分主体结构中。例如1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期,并且如果采用钢筋混凝
8、土,柱断面尤其是底下数层柱的断面将会很大,结构占据了很大的使用面积,也给使用带来诸多不便。 三、钢管混凝土结构在公共建筑中的应用
