论钢管混凝土结构在建筑工程中的应用

孔 祥

(太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)

论钢管混凝土结构在建筑工程中的应用

孔 祥

(太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)

介绍了钢管混凝土结构的优势，论述了其在高层建筑工程、单层及多层工业厂房柱、大跨度桥梁工程中的应用情况，对钢管混凝土结构在建筑领域的发展前景进行了探索，以促进其推广应用。

钢管混凝土，建筑工程，结构承载力，耐火性能

1 钢管混凝土结构的优点

1.1 具有较高的承载力与延性

对于建筑工程中钢管混凝土柱，钢管可约束内部混凝土，使混凝土保持三向受压状态，混凝土抗压强度得以提高。钢管混凝土柱和混凝土柱及钢管柱相比，前者在承载力方面有着后者无法比拟的巨大优势，其值远远高于二者之和。钢管与混凝土二者的相互作用，可改变钢管中混凝土破坏性质，由塑性破坏将脆性破坏替代，由此可见，这对于构件延性性能的改善有着积极的促进作用，其耗能水平得以提高。

1.2 缩短工期且施工便利

施工中，钢管混凝土结构中的钢管能发挥劲性骨架作用，混凝土浇筑、混凝土捣实更为方便；在施工过程中，模板这一环节在钢管混凝土中也被省去，不仅能够使材料与人工费用得以节约，同时相关施工时间也得到有效控制，使工期得以大大缩短[1]。

1.3 钢管的抗火性与防火性增强

对于钢管混凝土而言，由于将混凝土添加到了钢管内部，使得其抗火性得以增强，大量的热能可以被吸收，当火灾发生后，不均匀的管柱截面温度场分布，使柱子的耐火性更强，但凡钢柱屈服，大部分轴向荷载可由混凝土承受，结构倒塌情况就可以得到控制。除此以外，钢管混凝土结构还有很强的耐火性，其原因就在于钢梁会把热量由顶部翼缘传递给混凝土，使钢梁温度不断下降。研究可知，和钢柱相比，达到一级3 h耐火要求材料，可节省大约50%的防火涂料，其节约涂料的量与钢管直径成正比例关系。

1.4 具有较强的耐腐蚀能力

在钢管混凝土结构中，将混凝土浇筑于钢管中，可削减钢管外露面积，结构因而具有较好的抗腐蚀力。和钢结构比较，在抗腐与防腐工作方面产生的费用自然也要少一部分。对于钢管混凝土构件而言，其截面形式非常重要，在很大程度上会影响到钢管混凝土的诸多方面，诸如受力性能、混凝土柱以及施工难度等。以圆钢管混凝土为例，其受压构件通过圆钢管约束内部混凝土，使其内部混凝土三向受力，混凝土抗压强度得以强化。但圆钢管混凝土结构也有着自身的不足之处，即施工难度大和施工成本高等。在施工各方面，方钢管混凝土则有突出优势，但方钢管混凝土结构承载力低[2]。

2 建筑工程钢管混凝土结构应用

2.1 高层建筑工程

在高层建筑结构中，钢管混凝土结构的应用十分普遍，钢管混凝土结构所具备的优势就是有着较高的承载力和较好的抗震性，能够在一定程度上取代钢筋混凝土，在当前的建筑结构中，普通钢筋混凝土结构存在底部“胖柱”现象，高强钢筋混凝土结构中柱的破坏属于脆性破坏，由此，钢管混凝土则可以替代钢筋混凝土，继而解决上述问题。钢管混凝土还能取代钢结构体系中的钢柱，减少钢材使用量，强化结构抗侧移刚度。建筑工程若全部使用的是钢管混凝土，可选择“全逆作法”“半逆作法”，这两类施工方法可缩短施工工期。在钢材取材、厚度和成本等方面，钢管混凝土柱均有着突出的优势，同时，与钢柱相比较可知，钢管混凝土柱的防火性和耐腐蚀性更强。如图1所示则是高层建筑柱子的圆钢管混凝土结构示意图。

2.2 单层及多层工业厂房柱

就单层的工业厂房柱，该类型的厂房柱属于偏心受压构件，因而要想保证钢管混凝土结构所具备的特点得以最大限度的发挥，相当多的工程会以双肢柱、三肢柱以及四肢柱等格构式组合柱为主要形式，将偏心弯矩向轴心力转变。

2.3 大跨度桥梁工程

在我国拱桥结构中，钢管混凝土的应用比较广泛，其中斜拉桥结构中也有其应用。拱桥结构主要承担的是轴向压力，它的跨度和拱肋所承受的压力之间成正比的关系，对此，需要通过钢管混凝土，以便于更好的适用于拱桥结构。实践表明，在拱桥修建过程中，劲性钢骨架的作用除了施工受力，对于作为成桥后的受力结构而言也是比较理想。弦杆采用钢管混凝土结构，提高了强度与稳定性，同时施工过程中钢管还具有浇筑混凝土模板与钢筋的作用。因此，对于大跨度桥梁工程而言，钢管混凝土的使用还是比较合理的[3]。

3 钢管混凝土结构发展的前景探索

3.1 高强材料研发及其应用

随着近些年高强混凝土材料的迅猛发展，在我国城市内已经广泛应用C60混凝土，也有的开始使用C70或者C80，这使得钢管混凝土柱的承载力更高，混凝土得以节约。然而高强混凝土仍然存在一些不足，其强度的提高导致脆性增加，结构的安全性与可靠性无法得到保障。钢管混凝土中以处于三向受压状态的混凝土为核心，使得其延性性能得以大幅度改善，脆性破坏情况得到有效控制。就是说只有钢管混凝土柱使用高强混凝土，才能够使其强度优势得到发挥。由此可见，高强钢管混凝土发展的潜力及其发展的空间可以说尤为可观。

当前，相关研究学者已经开始对高强钢管混凝土构件进行了一系列的分析及研究，在此过程中得知，高强钢管混凝土构件和其他普通的钢管混凝土比较，两者力学性能有一定差别。对于一般类型的钢管混凝土构件，它的设计公式在高强钢管混凝土设计中并不适用，而现如今相关部门仅仅对一般类型的钢管混凝土结构施工规范、设计要求及规程作了规定，所以，要对高强钢管混凝土予以分析，尽快制定与之相应的设计施工规范。

3.2 耐火性能的研究

目前，我国针对钢管混凝土的防火规范并没有制定出来。就已建成的钢管混凝土结构而言，其采用的形式也各有不同，有的按照钢筋混凝土结构的要求采用的混凝土外包，有的会涂刷防火涂料，这些形式的规定并不统一，同时参考依据也并不科学。近几年来，钢管混凝土结构中关于耐火性的研究相对较多，随之取得了诸多的研究成果，因而要结合具体国情，科学合理的编制防火规范，以便于和钢管混凝土相配合。

3.3 钢管混凝土结构的抗震性

就钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱的框架结构，对其抗震性的对比试验，需要立足于理论，来分析这两类结构的动力性，试验表明，在抗震性能方面钢管混凝土框架结构更加优越。然而就现阶段钢管混凝土结构抗震性能的研究情况来看，基本构件依旧是其中不可或缺的一大研究内容，但是对于钢管混凝土抗震性方面的研究仍需要进一步完善。对此，必须针对这些方面进行全方位的分析，继而为工程施工建设提供更为科学的抗震设计参数[4]。

4 结语

相比于钢筋混凝土结构与钢结构，钢管混凝土结构的应用与研究起步较晚，然而其具有的优势已经非常突出，并与我国国情相适应[5]，随着其发展与研究的不断深入，笔者相信在今后工程中钢管混凝土结构可得到广泛运用，而钢管混凝土结构也普遍存在许多不足之处，所以，相关人员要有针对性的展开深入的研究，找出问题产生的原因，提出有效的改进措施，使其得到全面优化，在工程建设中发挥出更大的作用。

[1] 王冰兄.浅谈建筑工程中钢管混凝土结构.中国新技术新产品,2012(5):179-181.

[2] 韩林海,陶 忠,刘 威,等.钢管混凝土结构——理论与实践.福州大学学报(自然科学版),2001,29(6):125-126.

[3] 李 浩.浅谈钢管混凝土结构在建筑工程中的应用与前景.建筑工程技术与设计,2015,28(6):129-130.

[4] 于 军.钢管混凝土结构的特点与应用.中小企业管理与科技,2011,9(10):203-204.

[5] 赵 砚.建筑自密实钢管混凝土结构施工质量的管理措施.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，工程硕士，工程师

1009-6825(2015)33-0036-02

TU375

A