钢管混凝土结构在我国的应用和发展

张跃峰

（河北科技师范学院城市建设学院，河北 秦皇岛 066004）

1 钢管混凝土结构的内涵

我们将混凝土注入钢管中，改变混凝土的受力状态，从常见受压状态变为三向受压的应力状态，抑制了纵向裂缝的发展，在材料力学的脆性材料压缩实验中，往往是纵向微裂缝处混凝土率先达到强度极限而破坏，因此抑制纵向裂缝的发展，从而大大提升混凝土的承载能力，钢管作为塑性材料，柔度大，变形能力强，受压时常常局部失稳破坏，而混凝土变形比功很小，不易变形，钢管与混凝土在受力中相互扶持，混凝土的塑性和韧性提高，增强了钢管的稳定性，因此钢管混凝土的横截面的减小显而易见，随之而来的是自重的减小，再到成本的减少，引发了良好的连锁反应。

2 钢管混凝土结构在我国发展阶段探究

2.1 推广应用阶段

1897年美国的JohnLally使用圆钢管混凝土作为房屋建筑的承重柱，1901年，SwellJS发表了第一篇有关钢管混凝土柱应用的文章。1902年法国的Conidere发现横向箍筋约束产生的侧向压力可以提高构件的竖向承载力，为钢管混凝土的应用提供了理论依据。此后苏联，美国，日本等国家开展了关于钢管混凝土大量研究，并开始广泛使用。虽然起步晚，我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近多年，我国是于上世纪50年代开始研究钢管混凝土的，主要方向为钢管灌素混凝土。80年代，钢管混凝土被列入国家科学发展规划。1966年，钢管混凝土结构应用于北京地铁站工程，1990年，中国第一座钢管混凝土拱桥四川旺苍东河大桥建成。

2.2 发展提高阶段

因为钢管混凝土具有良好的优点，钢管混凝土被广泛地应用于多种结构，例如工业厂房柱、地铁站台柱、桁架压杆、桩等主要受压构件。近些年，钢管混凝土又被应用于桥梁结构、高层和超高层建筑中，中国建成的钢管混凝土拱桥数量超过了400座，2013年建成的合江长江一桥是目前世界跨径最大的钢管混凝土拱桥。钢管混凝土结构在我国高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效的应用，推动了建造技术的发展。我国采用或部分采用钢管混凝土的高层建筑主要有：天津今晚报大厦（高168m）和广州的好世界等。我国用于超高层的最大建筑为深圳赛格广场，总高达355.8米，总建筑层共79层，地上75层，地下4层。

2.3 实际应用阶段

1）拱桥结构，为了满足人们对交通便利和流量的需要，现在的桥梁逐渐向承重更大、跨度更大、高度更高的方向发展。钢筋混凝土材料很难达到大跨度桥梁承重的标准。钢管混凝土结构有更优越的稳定性和承载能力，因而用作建筑的承重结构柱进行受力。拱桥以拱作为主要受力构件，钢管混凝土是拱肋的主要材料。拱结构主要承受压力，是压弯构件，需要使用高强度材料的，并且施工较为困难，因而开始逐渐把钢管混凝土结构用于拱桥上。使用钢管做拱圈外壁，钢管内注入混凝土形成拱圈结构，是拱桥承受轴向压力为主的构件，这恰好充分利用了钢管混凝土结构的优点。因此现在桥的跨度比早前更大。

来源：百度百科-深圳赛格广场

2）超高层建筑工程结构，中国人口基数大，农村越来越多的人到城市生活，住房问题日趋严重，成为城市的突出问题。人口也在不断增加，急需更大容量的建筑满足人民的需要，高层结构在同样大的占地面积上提供了更大容量。于是在寸土寸金，高度开发的大城市把建筑向更高的方向建设，更多的城市生活水平提高，高层建筑也就成了当今建筑发展的潮流之一。但高层建筑也需要更高的建筑要求，也要高层结构具有非常高的稳定性，这要求结构柱也要有更大的承载力和刚度，于是具有高承载能力的钢管混凝土就派上了用场。在我国著名的实例：深圳赛格广场，实际高达296.1米，总高达355.8米，总建筑层共79层，地上75层，地下4层，大楼荣获1996年中建总公司优秀工程设计一等奖；1999年“深十大明星楼盘”之一；2000年国家科技进步二等奖。天津高银117大厦高达597米，宽高比达9.5，使用了承载能力最强，施工难度最高的多腔异形混凝土柱。天津高银117大厦也成为我国《超高层建筑结构与基础安全保障技术研究》示范工程。应用于超高层建筑中的钢管混凝土相比于普通混凝土来说有以下优点：1）承载能力强：2）具有良好的塑性和抗震性能：3）物美价廉：4）施工方便：5）较好的耐火性。

来源：百度百科-高银金融117大厦

理论研究进展，现阶段已经进行异型钢管混凝土柱的研究以及应用。异形截面钢管混凝土柱在使用中更适应我们的使用要求，合理的使用截面，既可以达到结构要求的美观，也增大了结构实际使用面积。但异型钢管混凝土柱截面形式不均匀，钢管对混凝土的约束力较弱，从而导致异型钢管混凝土柱相比于圆形截面混凝土柱承载能力觉较低、抗震性能略差等问题，影响其在高层建筑建筑和抗震设防烈度较高地区的应用。

3 钢管混凝土结构的特点

3.1 承载能力强

钢管混凝土构件受压时，混凝土要向两侧分开，钢管受力，同时以等于钢管的反力又压迫混凝土，混凝土三向受压，抗压强度大大提高，又增强钢管稳定性。两种材料强强联手，承载能力大大提高。

3.2 具有良好的塑性和抗震性能

钢管混凝土的抗震性能优于钢筋混凝土独自工作。钢管混凝土钢管约束混凝土，混凝土对钢管反作用，改善了钢管过早发生局部屈曲的的问题。钢管的稳定性得到增加，且刚度提升。

3.3 物美价廉

混凝土钢管达到了一加一大于二的效果，钢管混凝土柱需要的钢材和混凝土只需要单独使用的一半，就可以达到钢筋混凝土承载能力的约1.5倍，耗材的减少也带来了自重的减轻，施工量减轻，以及节省维护费用，无论和钢柱还是钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土需要更少的材料，利于环境保护。

3.4 施工方便

钢管混凝土构造较简单，制造较简便，采用在薄壁钢管内灌输混凝土，减少了减少结构自重，运输业更方便。钢管混凝土不需要支模拆模，施工中混凝土施工方式一般是泵送混凝土和免振自密实混凝土，也无需配置预制钢筋。无支架施工节省模板拼接时间，减少了焊接的使用，焊缝长度也减少了，结构稳定性得以提升。

3.5 耐火性

耐火性优于钢结构，混凝土钢管可以吸收大量热量，钢管升温快，但混凝土升温慢，延缓了升温速度，钢管又保护混凝土不发生脱落，从而使结构支撑更久才会坍塌，为灭火和结构修复提供了帮助。

3.6 适用范围有限

钢管混凝土大部分使用仍然局限于拱，桥墩，柱等。主要由于钢管混凝土对截面形状有要求，应用于其他结构时，钢管混凝土的受力状态较现在有较大改变。

4 前景展望

钢管混凝土在拥有众多优势的情况下，逐渐应用于更多的超高层，高层，桥梁结构，充分研究钢管混凝土耐火性和抗震性能，使其应用有足够的理论数据和规范。

5 结语

钢管混凝土的特点：承载力能力、良好的塑性和抗震性能、物美价廉、施工方便、耐火性等优点，使钢管混凝土在高层结构，大跨结构以及民用建筑方面大展拳脚。钢管混凝土不仅能够增加稳定性和强度，还能明显的缩短工期。稳定的超高层结构是我们国家未来发展的重要目标。