钢管混凝土结构构件浅谈

李颀 房焕春

【摘 要】对钢管混凝土结构的发展，以及现阶段我过对钢管混凝土结构的应用情况进行介绍。

【关键词】钢管混凝土；承载力；塑性

钢管混凝土结构是一种在钢管内灌入混凝土而形成的组合结构。此类结构，正是科学合理的利用了钢管和混凝土结构各自的优点，使钢管和混凝土两种材料在共同受力过程中相互协调作用互补不足，使钢管混凝土结构既具有混凝土结构的抗压性能又具有钢材的抗拉性能。是一种现在被广泛应用的结构形式。

钢管混凝土结构是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变发展而来的。钢管混凝土结构最初主要应用在桥墩和工业厂房柱子等结构构件中，但早期的应用中一般不考虑由于钢管和混凝土的相互作用而对构件产生的承载力提高的影响。

通过近些年的研究，发现钢管混凝土结构具有如下特点：

（1）承载力高

钢管内加入了混凝土之后，在轴心受压荷载的作用下，钢管对混凝土起到了明显的约束作用，使混凝土三向受压，能有效的减缓一般钢筋混凝土、素混凝土受到压力时出现的纵向开裂；而钢管内混凝土的存在也有效避免或减缓了钢管过早的局部屈曲。正是因为如此，钢材和混凝土的组合才可以在弥补了各自劣势的情况下又能同时充分发挥各自的优势，从而使钢管混凝土具有较高的承载力，性能上显著高于单独钢管结构和单独的混凝土结构的承载力之和。

（2）塑性和韧性好

混凝土是种脆性材料，高强度混凝土（立方体抗压强度fcu≥60MPa）的脆性表现更为明显，其工作的可靠度也因此有所降低。但是钢管混凝土中的混凝土由于是在钢管和混凝土共同作用，由于钢管的的约束下，混凝土不但改善了使用阶段的弹性性质，而且使混凝土破坏时仍具有较好的塑性变形能力。鉴于钢管混凝土具有较高的塑性和韧性，其抗震性能也十分优越。

（3）施工方便

与传统的钢筋混凝土结构相比，采用钢管混凝土结构时，不需要绑扎钢筋、支模和拆模等复杂而又繁琐工序，使得工期大为缩短。而且钢管内一般也不再需要配置受力钢筋，这样浇筑混凝土时的难度降低，于此同时混凝土的密实度也更容易保证。尤其在采用免振自密实混凝土和泵送混凝土等施工工艺时，施工德优越性更加明显。此外，与钢筋混凝土预制构件相比，钢管混凝土结构可以有效的节约预制构件制作场地。与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造更简单。

（4）抗火性能较好

钢管混凝土结构抗火能力强，表现在结构抗火能力突出以及在火灾作用后可修复性较高。火灾发生时，在火灾高温的作用下，核心混凝土温度升高较慢且承载力较高，而外包钢管在火灾的作用下承载力会逐渐下降，并在应力重分配后，将卸下的荷载作用传递给混凝土承担。正是存在着这种混凝土与钢管之间协同互补和共同工作的作用，使钢管混凝土结构的抗火性能和灾后德可修复性较为优越。

（5）经济效果好

作为一种新型组合结构，钢管和混凝土的组合结构可以较好地同时发挥钢材和混凝土两种材料的优点和潜力，能够使两种材料的力学性能得到较为合理和充分的利用，因此，多数情况下，采用钢管混凝土结构能取得较好的经济效果。

钢管混凝土的应用已有近百年的历史，钢管混凝土优越的力学性能一开始就受到了各国土木工程工作者的高度重视并竞相开放利用，我国钢管混凝土的研发也有四十余年的历史，在这接近半个世纪的发展过程中经过众多理论工作者的理论和实践探索，我国的钢管混凝土发展事业在理论和施工方面已经取得了长足的进步。由于钢管混凝土自身的优越性，钢管混凝土结构在我国建筑业迅猛发展的同时也推动了我国建筑行业的飞速进步。下面就举出几个钢管混凝土结构在实际工程中应用的例子加以叙述。

（1）高层和超高层结构柱

在高层和超高层建筑中，钢管混凝土结构多用于抗侧移的柱构件。钢管混凝土柱多有一下优点①钢管混凝土柱子的截面一般都比较大，抗侧移作用明显；②钢管混凝土结构的抗震性能较好；③钢管混凝土结构的耐火性能优于钢结构和混凝土结构；④施工简便，钢管混凝土结构中的钢管可以充当混凝土结构的模板，因此在施工工序上有所减少。由于具有上述特点，钢管混凝土结构在高层和超高层的建筑结构中应用愈加广泛。

现在正在施工当中的沈阳茂业百货项目，就应用了圆形钢管混凝土柱子。此项目的圆形钢管混凝土柱从一层到七十五层通常应用，圆形截面直径500mm，有效的抵抗了风力施加在楼层面的风荷载。1999年建成的深圳赛格广场大厦，高度为291.6米，主要为框筒结构，圆截面钢管混凝土柱构成了框架柱以及体系内筒中的密排柱。1997年建成的天津晚报大厦，地下2层，地上28层，也是采用了圆形钢管混凝土柱的结构。

另外，钢管混凝土在高层建筑中的应用，还包括香港中心大厦、杭州瑞丰国际商务大厦和厦门阜康大厦等。

（2）地铁站台柱、送变电杆塔、桩、空间结构

地铁的站台柱通常都承受着较大的压力，因此采用承载力较高的钢管混凝土柱时可以适当减小截面面积，从而有效的扩大地下结构的使用空间。我国的地铁车站工程在20世纪60年代左右就开始使用钢管混凝土结构。首先使用钢管混凝土结构柱的包括北京地铁前门站和北京站等工程。对于间距较大的高压输电杆塔等结构，钢管混凝土构件可用来作为承受竖向荷载的立柱。目前为止，钢管混凝土柱已在松蚊220kW线路中的终端塔、沿葛洲坝水电站输出线路上等多个项工程项目中可靠服役多年。

（3）桥梁结构

在我国，钢管混凝土结构已在桥梁工程中已经得到了较为广泛的应用，不但取得了较好的社会效益而且取得了较好的经济效益，并且在实践过程中积累了许多宝贵的工程经验。1991年底通车的四川旺苍县东河大桥，跨度115米。钢管混凝土哑铃型截面外直径为800mm，钢管壁厚为10mm是我国最早建成的，采用钢管混凝土结构的桥梁之一。重庆万县长江公路大桥，跨度达420米，一跨过江。经过多年的理论和实践探索，我国在钢管混凝土桥梁建设上已经取得了长足的进步和发展并形成了一套科学的钢管混凝土桥梁建造技术。

（4） 单层和多层厂房柱、设备构架柱、支架柱和栈桥柱

我国在20世纪70年代左右开始逐渐推广各类钢管混凝土柱在各类厂房项目中的应用。例如在1972年建成的辽宁本溪钢铁公司车间、1980年左右建成的太原钢铁公司某小型厂以及1996年初建成的上海宝山钢铁公司某电炉废钢车间等颇多工业建筑中钢管混凝土柱应用较多。

1991年底建成通车的四川省旺苍县东河大桥，跨度115米，采用哑铃型截面，钢管混凝土的外直径为800mm，钢管壁厚为10mm是我国最早建成的采用钢管混凝土的拱桥之一。在之后二十年的时间里，我国已陆续出现了100多座各式各样的钢管混凝土拱桥，其中跨度在100米以上的就有30多座，尤其是重庆市万县长江公路大桥，跨度达到420米，一跨过江。经过多年的实践，我国在钢管混凝土拱桥建设上已经积累了丰富的经验，形成了一套较为完整的钢管混凝土拱桥建造技术。

近些年，由于对钢管混凝土结构的充分研究，各类钢管混凝土构件都已經广泛应用于各类建筑当中。相信随着科学技术的深入研究和施工工艺技术的进一步发展，钢管混凝土构件的优越性会更加突出显现，这样就会更加广泛合理的应用钢管混凝土构件。我们也有理由相信，由于钢管混凝土构建的进一步研究，也会推动对型钢钢管混凝土构件和各类钢管混凝土的研究，从而推动整个建筑行业的飞速进步。