淺談鋼管混凝土在建筑工程中的應(yīng)用

1、<p>　　淺談鋼管混凝土在建筑工程中的應(yīng)用</p><p>　　【摘 要】本文簡(jiǎn)要介紹了鋼管混凝土的發(fā)展史和研究進(jìn)展及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用，闡述了鋼管混凝土在鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中應(yīng)用的特點(diǎn)及工程應(yīng)用，并對(duì)今后需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題進(jìn)行了展望。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土；住宅建筑；多高層建筑 </p><p>　　一、鋼管混凝土的發(fā)展 <

2、/p><p>　　按照截面的形式，鋼管混凝土可分為圓鋼管混凝土（習(xí)慣稱為鋼管混凝土）、方鋼管混凝土、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等。 </p><p>　　最早采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程之一是1879年英國(guó)的Severn鐵路橋的橋墩，當(dāng)時(shí)在鋼管內(nèi)填充混凝土在承受壓力的同時(shí)也用來(lái)防止鋼管銹蝕。早期的研究不考慮鋼管及其核心混凝土之間的相互作用對(duì)構(gòu)件承載力的提高，只是對(duì)兩者進(jìn)行簡(jiǎn)單地迭加。隨著研究

3、的深入，人們發(fā)現(xiàn)在受力過(guò)程中，由于鋼管對(duì)混凝土的約束作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能大為改善；同時(shí)由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，二者相互作用協(xié)同互補(bǔ)，提高了鋼管混凝土的整體性，使其具有一系列優(yōu)越的力學(xué)性能和先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 </p><p>　　對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能的研究存在各種不同的研究方法，如實(shí)驗(yàn)研究、實(shí)驗(yàn)系數(shù)回歸、極限狀態(tài)分析法、以及纖維模型法和有

4、限元法等的數(shù)值解法，它們的區(qū)別在于如何估算鋼管與核心混凝土之間的相互約束作用，這種約束作用的存在導(dǎo)致了其力學(xué)性能的復(fù)雜性。由于研究者們從不同角度對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)鋼管和混凝土之間的緊箍效應(yīng)理解不同，因此所獲計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果就會(huì)有所出入。各國(guó)研究者分別對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件在靜力、動(dòng)力、火災(zāi)作用下以及鋼管混凝土與鋼梁或鋼筋混凝土梁組成的框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。世界各國(guó)在有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上分別制訂了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程，

5、如歐洲的EC4（1996）、DIN18800（1997），美國(guó)的ACI-319-89、SSLC（1979）、LRFD（1994），日本的AIJ（1980，1997）。我國(guó)是在上世紀(jì)60年代開(kāi)始研究鋼管混凝土的，主要集中在鋼管中灌素混凝土，雖然起步較晚，特別是近十幾年取得了令人矚目的成就，已頒布了幾個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)程，如JCJ01-89、CECS28：90、DL/T5085-1999和GJB1029-2001。這些規(guī)程的制定，拉開(kāi)了鋼管混凝土在我

6、國(guó)建筑業(yè)中</p><p>　　二、鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用 </p><p>　　20世紀(jì)60-80年代鋼管混凝土開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑。隨著理論研究的深入、設(shè)計(jì)規(guī)程的頒布和其自身具有的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于單層和多層工業(yè)廠房柱、設(shè)備構(gòu)架柱、各種構(gòu)架、支架、棧橋柱、地鐵站臺(tái)柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結(jié)構(gòu)，近10年又被應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑中，特別是近

7、2-3年，它被越來(lái)越多地應(yīng)用于住宅建筑中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果。 </p><p>　　一方面是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身具有科技含量較高，利于環(huán)境保護(hù)，且可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，另一方面是由于我國(guó)鋼產(chǎn)量大幅度增加，世界鋼產(chǎn)量日趨飽和，鋼材價(jià)格隨之下降，所以近年來(lái)我國(guó)開(kāi)始大力推廣鋼結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)采用鋼結(jié)構(gòu)。建設(shè)部等部門(mén)也為此制定了加速推廣建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展和應(yīng)用的目標(biāo)， 確定“十五”期間以推廣住宅鋼結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，力爭(zhēng)在“十五”期

8、間使我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)到全國(guó)鋼材總產(chǎn)量的3%，到2015年達(dá)到6%。住宅建筑歷來(lái)居建筑業(yè)首位，所以在住宅建筑中推廣鋼結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。 </p><p>　　住宅鋼結(jié)構(gòu)，有低層、多層和高層之分。3層以下為低層，9層以下為多層， 9層以上為高層，10～12層又稱小高層。住宅鋼結(jié)構(gòu)，考慮抗震要求，一般不宜超過(guò)12層，同時(shí)又由于我國(guó)人口眾多，土地資源相對(duì)不足，城市住宅需求量迅速增長(zhǎng)，所以宜發(fā)展多層和小高層鋼結(jié)構(gòu)住宅，但

9、在人口密度大的城市，仍然是以高層為主。住宅鋼結(jié)構(gòu)，具有柱子用量少， 室內(nèi)有效使用空間大，房屋空間布置靈活，結(jié)構(gòu)性能好等優(yōu)點(diǎn)。它所選擇的結(jié)構(gòu)體系一般是：5～6層以下，框架體系或框架-支撐體系；6層以上，框架-支撐體系或框架-混凝土剪力墻（核心筒）體系；多層，大多采用雙重體系。鋼結(jié)構(gòu)住宅采用的框架柱有H型鋼柱，鋼管砼柱和鋼骨砼柱，后兩種為組合柱。在小高層建筑中，組合柱比H型鋼柱省鋼，進(jìn)而也就可以降低工程造價(jià)，但是，鋼骨砼柱的施工較鋼管混凝土

10、柱施工復(fù)雜，因此，在住宅鋼結(jié)構(gòu)中推廣鋼管混凝土勢(shì)在必行。 </p><p>　　我國(guó)在上海、天津、遼寧、新疆等地分別興建了一些以鋼管混凝土作為框架柱的鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國(guó)的發(fā)展歷程。眾所周知，上海人口密度大，土地資源寶貴，因此，上海的試點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)住宅多選用高層。而天津、遼寧、新疆等地人口密度相對(duì)較小，所以多選用了小高層和多層。鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用邁出了其在實(shí)際工程應(yīng)用的第四步，這一步的邁

11、進(jìn)意義重大，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了由高層到小高層、多層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，為其大量的應(yīng)用開(kāi)辟了新局面。 </p><p>　　三、鋼管混凝土發(fā)展應(yīng)該前景展望 </p><p>　　鋼管混凝土在我國(guó)的發(fā)展只有幾十年的歷史，但發(fā)展速度非?？欤缃?，已廣泛地應(yīng)用到各個(gè)工程領(lǐng)域。尤其是它在住宅中的應(yīng)用，使其由高層建筑中的應(yīng)用過(guò)渡到小高層、多層建筑中的應(yīng)用，為其發(fā)展創(chuàng)造了廣闊空間。預(yù)計(jì)在21世紀(jì)前20年，我

12、國(guó)每年需新建住房4.86-5.49億平方米，后30年每年需新建住房5.76億平方米。今后50年住宅建設(shè)將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)和消費(fèi)熱點(diǎn)。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展有著廣闊的空間，鋼管混凝土在住宅中的應(yīng)用有著廣闊的前景。所以，有必要對(duì)鋼管混凝土做進(jìn)一步的研究。今后應(yīng)該做好以下幾個(gè)方面的工作： </p><p>　?。?）在防火設(shè)計(jì)方面，要簡(jiǎn)化鋼管混凝土防火極限的設(shè)計(jì)方法，制定鋼結(jié)構(gòu)（鋼管混凝土結(jié)構(gòu)）住宅建筑的防火

13、設(shè)計(jì)規(guī)范。只有這樣，才能有助于推廣鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用。 </p><p>　?。?）加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)（鋼管混凝土）住宅建筑在火災(zāi)后的殘余力學(xué)性能評(píng)估與災(zāi)后的維修、加固措施的研究。 </p><p>　?。?）鋼結(jié)構(gòu)住宅的關(guān)鍵在于外墻板的價(jià)格、質(zhì)量、防水、耐久性及接縫的處理等。目前雖然有的墻板各個(gè)方面性能比較好，但價(jià)格較高，開(kāi)發(fā)商和住戶無(wú)法接受，所以暫時(shí)還無(wú)法大力推廣。因此，我們應(yīng)該大力

14、開(kāi)發(fā)價(jià)廉物美、輕質(zhì)高強(qiáng)且具有耐久性的外墻板與相應(yīng)的配套構(gòu)件。 </p><p>　?。?）結(jié)合實(shí)際工程，進(jìn)一步完善鋼結(jié)構(gòu)（鋼管混凝土）住宅建筑的設(shè)計(jì)理論、不同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)程，盡快編制各類構(gòu)件的配套圖集。 </p><p>　　此外，鋼結(jié)構(gòu)住宅對(duì)施工隊(duì)伍的施工技術(shù)要求比較高，而國(guó)內(nèi)大部地區(qū)主要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)，因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)施工隊(duì)伍的培訓(xùn)，進(jìn)一步促進(jìn)鋼管混凝土在