浅谈钢管混凝土在高层建筑中的应用

黎雪环

【摘要】本文主要介绍了钢管混凝土的结构特点，指出了钢管混凝土在高层建筑中的关键控制点，结合钢管混凝土比较好的前景，为钢管混凝土结构在高层建筑施工中的应用及推广提供一定的参考价值。

【关键词】高层建筑钢管混凝土施工技术

1、引言

随着社会经济的发展，科技的不断进步，以及土地资源的短缺，人们对高层建筑物的需求量也越来越大。而钢管混凝土可以大大提高高层建筑物的安全性及其使用寿命。因为钢管对填充混凝土具有一定的约束力以及钢和混凝土这两种材料在力学方面具有互补性，所以钢管混凝土柱也就有相当高的承载力，以及比较好的韧性和塑性；而且较钢筋混凝土而言，钢管混凝土施工更加简易，既可提高施工的速度，又可降低模板的费用。因此钢管混凝土在高层建筑的施工中得到越来越广泛的应用。

2、钢管混凝土结构的特征

钢管混凝土属于套箍混凝土，就是在钢管中浇灌混凝土而组合形成一种的结构。按照其截面的类型可分为：圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土以及多边形钢管混凝土等。近年来，钢管混凝土因其经济性和较高的物理性能而在港口建设、地下结构和桥梁，特别是在高层建筑中被广泛的推广使用。混凝土有很强的抗压度，但是其抗弯能力较弱，而钢材则有很强的弹塑性、抗弯性能，但是抗压能力不强。钢管混凝土可以在结构上将这二者的优势有效的结合起来，让混凝土处于侧向受压的状态，大幅度的提升其抗压强度；同时因为混凝土的存在，可大大的提升钢管的刚度，从而使其承载能力得到大幅度的提升。

2.1有较强的抗震性、承载力以及较好的延性

抗震性能指在地震或者动荷载的作用下，仍然有比较好的吸能性和延性。许多建筑工程表明，要想有相同的稳定性，钢柱用的钢板厚度比钢管混凝土厚的多，而且常常会因塑性弯曲而导致局部失去稳定性。所以，钢管混凝土的抗震性要比钢柱好很多。在钢管混凝土中，通过对灌入钢管内的混凝土产生约束力，能够使混凝土处于三向受压的状态，大大提升了混凝土的抗压能力；而浇灌在钢管中的混凝土又能够有效避免钢管产生局部的弯曲。通过钢管混凝土短柱的轴心受压实验发现，当钢管混凝土纵向应变高于30%，而长度压缩为2/3时，钢管混凝土依然有一定的承载力，因此钢管混凝土较强的承载力及较好的延性。

2.2施工方便，缩短工期

钢管混凝土的截面方式在一定程度上决定了其结构的施工难易度、受力能力、工程造价和施工周期。方形钢管混凝土结构在实际施工的过程中操作很方便，但其受到的约束力则相对较小，因而整体结构的承载力也较低。圆形钢管混凝土受压结构通过圆钢管约束浇筑在内的混凝土，使圆钢管内的混凝土受压于三个方向，从而提高混凝土的抗压度，然而圓形钢管混凝土不仅实际施工的成本相对较高，而且在实际施工中的操作比较困难。

2.3有效地节约成本

因为钢管本身就是一个很好的模板，所以钢筋混凝土结构不需要外加模板，这可以节省很多成本。钢管不仅是箍筋而且是纵筋，因此制作安装模板的工作也无需再做。制作并安装钢管的过程比钢筋骨架简易很多，而且钢管在施工过程中还能够当做承重的骨架使用，这样就省去了脚手架。上述几点都很有利于施工的进行，不仅可以省去许多建筑施工所需的材料，减少施工的工作量，同时在很大程度上缩减了工人在施工现场露天工作的时间，并且缩短了施工的工期、加快了施工的进程。将混凝土浇灌在钢管中减少了钢管接触空气的面积，与钢结构相比，其被气体腐蚀的概率大大减少了，因此防腐和抗腐的成本就比钢结构少了很多。

3、钢管混凝土在高层建筑中施工技术的控制点

3.1钢管的厚度要求

按照有关的规定，考虑到焊接，在钢管混凝土中的钢管厚度通常要大于等于4mm，但若再将钢管和高强混凝土的耐久性考虑在内，钢管的厚度就要大于等于8mm。考虑到钢管的管壁局部稳定性，我国钢管结构中钢管壁的标准径厚比小于等于90（235/fy）。

3.2钢管内混凝土的浇灌

钢管混凝土结构一个很突出的特点就是不需要模板，因为钢管本身就可以作为很好的模板，也因此钢管混凝土结构不仅有很好的整体性以及密闭性，而且有很强的耐侧压力。一般而言，钢管结构的里部没有钢筋骨架以及穿心部件，且钢管的横截面是圆形，因此在钢管内直接灌注混凝土比钢筋混凝土简便很多。但是不能直观的检查灌注在钢管内部的混凝土的质量，必须通过严谨的施工组织、分工明确的岗位责任制和施工人员的责任心来控制。很多研究结果指出，钢管混凝土的粘结强度主要受混凝土强度和龄期、钢管截面形式、钢管长细比、径厚比以及混凝土的浇灌质量等因素影响，而混凝土浇灌质量的影响非常突出，所以要控制好钢管混凝土的浇灌以提高高层建筑的质量。

3.3钢管的焊接控制

通常，钢管的焊接要使用对接焊接，其焊缝的强度必须要高于钢管材料的强度。钢管一般选用螺旋焊管，在条件达不到时也可以选用滚床自行卷制的钢管，但是卷管的方向必须和钢板压延的方向垂直。在焊接的过程中要保持钢管处于平直状态，表面不能有冲击痕迹和锈蚀，也不能有翘曲的现象。

3.4钢管柱的安装控制

在吊装钢管前要先在施工的地点将钢管混凝土的中心线放出来，以此确定安装钢管的位置，同时可以在钢管柱0°、90°、180°以及270°处弹线，以此控制定位。在第一段钢管设置完成后，把底端的4个垂直相位线和第一层预埋板的基准线重叠起来，利用两台经纬仪设置成垂直状态进行监测，再利用四台手动葫芦来将钢管柱调成垂直状态，同时借助水准仪控制其标高。确定完位置、角度和标高后，使用点焊将钢管柱焊在预埋板上，再把预埋板和钢管封口板焊接起来，安装时的偏差要在标准范围内。安装第二段钢管时，是在下一根钢管的顶端先焊上四条宽100mm的喇叭导向板，同时借助顶拉螺栓来调整钢管，其焊接方法及监测都和第一段钢管相同。每一节钢管安装完成后，均要及时检查钢管的标高、垂直度以及焊缝的质量。在安装完后还要对钢管做除锈处理，尤其是钢管内壁的除锈要彻底。

4、结束语

近年来，钢管混凝土结构凭借其较好的抗震性、较高的承载力、较高的耐火性、较强的混凝土延性、简单的施工操作流程和比较合理的经济造价等优势而被广泛的运用于高层建筑施工中。与其它结构材料相比，钢管混凝土结构的研究目前仍然较浅显，不是很深入，特别是结构体系的研究，还存在着许多需进一步研究和改进的方面。同时钢管混凝土高层建筑的前景很广阔，高性能、高效以及高强施工技术的钢管混凝土结构、大管径钢管混凝土结构、薄壁钢管混凝土结构都是未来高层建筑中钢管混凝土结构的发展方向。由此可见钢管混凝土的发展前景非常好，非常值得推广到高层建筑中。

参考文献

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