钢管混凝土结构

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇钢管混凝土结构范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

钢管混凝土结构范文第1篇

近30年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中，如厂房和高层。钢管混凝土结构与传统结构进行经济对比分析，在造价、耗材、施工等各方面的综合经济效益显著。特别是钢管高强和超高强混凝土结构在高层或超高层建筑中有广阔的应用前景。

1 钢管混凝土结构的特点及与传统结构的对比分析

1. 1 结构面积减小，有效使用面积增加

在建筑工程中钢管混凝土通常用做柱子，由于钢管混凝土是延性材料，在地震区可以做到不受轴压比的限制，只控制其长细比，因此，柱截面面积可减少很多，有效使用面积增大，结构自重减轻在50%以上，因此，地震作用和地基荷载均可减小，从而经济有效地解决了我国建筑工程领域长期存在而未能解决的“胖柱”问题。

1. 2 施工简便，可大大缩短工期

钢管混凝土柱和普通混凝土柱相比，免除了支模、拆模、绑扎钢筋或焊接钢筋骨架等工序，省工省时；和普通钢柱相比，不用节点板，焊缝少，构造简单。缩短工期，提前投产，其综合经济效益较好。

1. 3 同等承载力条件下有更大的经济效益

钢管超高强混凝土柱的造价比普通混凝土柱的造价降低30%左右；钢管高强混凝土柱的造价比普通混凝土柱的造价偏高或大略相等。可见，采用钢管超高强混凝土柱有更大的经济效益。

1. 4 耐火性能好

钢管混凝土柱（空心钢柱用混凝土填实）有较高的耐火能力，因为钢柱吸热后有若干热量会传递到混凝土部分，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。

2 钢管混凝土结构目前存在和需要进一步解决的问题

从现有的文献资料来看，国内外对钢管混凝土的研究主要集中在结构设计、静力学性能、动力学性能等方面，而真正对材料的研究相对较少。材料与结构是一体不可分的，有了良好的材料设计，才会有良好的结构性能，而目前钢管混凝土所出现的一系列问题如施工不稳定、脱空、膨胀性能低、混凝土力学性能达不到要求等都可以先从材料方面着手找到解决问题的方法。以下几个方面是有待解决的问题。

2. 1 材料的要求高，成本提高

混凝土特别是高强度混凝土的配制较困难，目前，强度等级在C100以上的混凝土仍处于试验室阶段，高强度钢材的应用在一定程度上提高了成本。

2. 2 材料的自身性质

钢管混凝土在收缩、徐变、温度等影响下的材料自身性质还需做系统全面的研究。

2. 3 复杂受力状态

复杂受力状态如弯、剪、压、扭共同作用时构件的计算方法还没有完全确定，造成设计时只能简单地忽略构件的受扭和受剪，并加大构件承载力的富裕度来处理。

2. 4 节点性能的研究

钢管混凝土结构工程采用的节点形式有很多样。按材料分，现浇钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱节点，钢梁与钢管混凝土柱节点；按梁柱间的弯矩传递情况来分，有刚接节点、铰接节点和弹性连接节点。目前，关于节点的试验和理论研究严重滞后于实际工程的应用。

2. 5 动力性能的研究

钢管混凝土尤其钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土的耐疲劳性能和抗震性能需做进一步研究。

2. 6 钢结构防护技术的要求

钢结构防护包括防火、防腐、防锈。钢结构体系房屋造价高的主要原因是钢结构的防护技术要求较高，费用较高。

3 钢管混凝土结构的应用现状和应用前景

我国于上世纪50 年代末开始进行钢管混凝土组合结构的研究，主要集中在钢管中浇灌混凝土的内填充型钢管混凝土结构。目前，在钢管混凝土组合结构力学性能和设计方法、施工技术、耐火性能等方面展开了比较系统的研究工作，取得了巨大成就，其构件性能、理论研究和实际应用在国际上处于领先。

1963 年在北京地铁车站首次应用了钢管混凝土柱，随后，在一些厂房的柱子中逐步得到推广应用。上世纪80年代以来这种结构材料在多层和高层建筑中得到进一步应用。自1990年在我国四川省建成了跨度110m 的下承式系杆钢管混凝土拱桥―――旺港天桥以来，混凝土拱桥在我国得到了迅猛发展。广州丫髻沙大桥为主跨360m的钢管混凝土带悬臂中承式刚架系杆，拱的跨径突破了300m大关；四川省巫山长江大桥为跨径400m的钢管混凝土拱桥，这两座桥梁的修建，标志着我国钢管混凝土拱桥的研究与应用整体水平已经提升至一个新的高度。钢管混凝土拱桥在我国迅速发展，并先后颁布了有关钢管混凝土结构的设计规程。

国内一些大专院校、科研院所也对钢管混凝土进行了系统的研究，取得了一些成果。韩林海和钟善桐等对工程中常用的几种形状的钢管混凝土力学性能进行了探索和研究，提出了极限平衡法理论和钢管混凝土统一理论，为钢管混凝土的研究奠定了基础；哈尔滨建筑大学王湛等通过试验研究了核心混凝土为C30～C50强度等级的钢管膨胀混凝土；魏美娟等给出了钢管混凝土构件的计算条件，对构件在临时荷载作用下受弯的力学性能进行了分析和计算；武汉理工大学的胡曙光和丁庆军等针对钢管高强膨胀混凝土的特性，围绕钢管混凝土工程应用中所普遍存在的混凝土与钢管脱粘问题和大跨度结构工程的施工难题，进行了长期深入、系统的研究；韩冰等在对钢管混凝土受弯构件徐变分析的基础上，建立了长期荷载作用下钢管混凝土受弯构件的承载力计算方法，认为徐变将降低钢管混凝土受弯构件的承载力。

目前，钢管混凝土和钢管高强混凝土结构的应用很广泛，但钢管超高强混凝土还处于试验室研究阶段，随着科研成果的积累和完善，本世纪钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构在高层和超高层建筑中一定会有广阔的应用前景。

参 考 文 献

[1]钟善桐.钢管混凝土结构在我国的应用和发展[J ].建筑技术， 2001 （2）

[2]蔡健.钢管混凝土柱节点的应用现状和存在问题[J ].建筑结构. 2001 （7）

钢管混凝土结构范文第2篇

【关键词】钢管混凝土结构;建筑;性能

0.前言

国外最早应用型钢混凝土结构,主要是用混凝土来保护钢结构,使之防火性能及防腐蚀性能得到大大改善,不必要进行经常性的、工作量很大的日常维护。后来在结构中才主要利用混凝土来提高结构刚度,以减小结构的侧移。将型钢混凝土用于高层、超高层及高耸钢结构中,以及用于地震区的建筑中,将使建(构)筑物的侧移大大减小。一般在混凝土中再不配纵向钢筋与钢箍。所用钢管一般为薄壁圆钢管或方钢管。方钢管混凝土结构的研究与应用历史较短,尽管其与圆钢管混凝土相比有一定的优点,钢管的制作,节点的构造较为简单,对某些受力构件,大偏心受压构件比圆钢管受力性能要好,不必一定做成双肢或多肢柱。

1.钢管混凝土结构计算模型假设

对于实心钢管混凝土的研究，国内有学者提出钢管混凝土统一理论，即将钢和混凝土视为一种组合材料来研究其综合力学性能。

钢管混凝土统一理论有如下基本假设：

(1)钢管混凝土可视为一种组合材料。可以由构件的工作曲线来研究其组合力学性能指标，由整个构件的形常数来计算其承载力。

(2)钢管混凝土构件在不同荷载组合作用下的性能变化是连续、统一的。

(3)钢管混凝土构件的性能随几何参数如长细比、含钢率等的变化是连续、统一的。

(4)钢管混凝土构件的性能变化随其截面形状如圆形、多边形、方形的改变是连续、统一的。

根据这些假设，统一理论研究的基本思路是：首先分别确定钢材和核心混凝土的应力－应变关系模型，再将应力—应变关系模型编入数值计算的程序当中，利用数值分析方法计算出构件受轴压（拉）、纯弯、纯扭或纯剪的荷载－变形关系曲线，进而由荷载－变形关系曲线导出钢管混凝土各项综合力学性能指标（如轴压模量及强度指标，抗弯刚度及抗弯模量等）。由于计算时采用的核心混凝土的应力－应变关系模型中考虑了钢材对混凝土的约束作用，所以在综合荷载－变形关系中也就包含了这种作用效应，因而在各项综合力学性能指标中也包含了这种效应，比较符合实际应用。

2.钢管混凝土结构的优点

2.1受力合理

能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。

2.2具有良好的塑性性能

混凝土是脆性材料,混凝土的破坏具有明显的脆性性质,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。而钢管混凝土结构中,由于核心混凝土是处于三向约束状态,约束混凝土与普通混凝土不同,不仅改善了使用阶段的弹性性质,而且在破坏时产生很大的塑性变形,钢管混凝土柱的破坏,完全没有脆性特征,属于塑性破坏。此外,这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。

2.3施工简单,缩短工期

钢管本身就是模板,因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。

2.4显著的经济效果

与钢结构相比,节约了大量钢材。根据多项工程统计,钢管混凝土大约能节省钢材50%,因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用,因此其取得了显著的经济效果。

2.5良好的抗震性能

由于结构自重大大减轻,这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性,这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。

2.6具有美好的造型与最小的受风面积

圆形柱不仅以其美好的造型而且因其无棱角,所以特别适用于公共建筑的门厅、大厅、车站\车库、城市立交桥以及露天塔架等高耸结构。

由于钢管混凝土结构具有一系列的优点,因此被广泛采用于多高层建筑、桥梁结构、地铁车站及各种重型、大跨的工业厂房以及高耸塔架等建筑物。钢管混凝土结构在国外应用已有近百年历史,20世纪初,美国就在一些单层和多层房屋中采用钢管混凝土柱。

3.钢管混凝土结构在多层建筑中的应用

例如1984年在上海建成的基础公司特种基础研究所科研楼,地下2层,地上5层均为双跨钢管混凝土框架结构。边柱与中柱分别为299与35l根钢管混凝土柱,可见柱断面及结构占地面积均比钢筋混凝土框架柱为小。1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层\地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期,并且如果采用钢筋混凝土,柱断面尤其是底下数层柱的断面将会很大,结构占据了很大的使用面积,也给使用带来诸多不便。

4.钢管混凝土结构在公共建筑中的应用

在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。首钢陶楼展览馆,全部柱子也采用了钢管混凝土柱。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。

5.钢管混凝土结构在工业构筑物中的应用

钢管混凝土结构经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种工业构筑物中。

工业构筑物支架柱常为轴心受压或接近轴心受压,塔架等构架的杆件常常以轴力为主,因此用钢管混凝土柱受力合理,尤其对于室外的高度较高的塔架或仓库等,用圆形柱减小了受风面积,对承受风力是理想的断面形式。这些构筑物中比较典型的有江西德兴铜矿矿石贮仓柱。圆筒贮仓高达42m,包括矿石在内总重达16000t,采用了16根钢管混凝土柱支承。荆门热电厂锅炉构架1982年建成,锅炉及附属结构总重为4220t,构架高50m,由六根钢管混凝土平腹杆双肢柱支承。构架跨度22.4m,柱距12m,柱顶标高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的钢管,显得非常轻巧。另外笔者在莱钢2x60万吨水渣微粉项目中，立磨机框架高度52m，框架顶部工艺安置一台50吨行车，框架柱采用了钢管混凝土框架柱结构，较好解决整体框架结构顶部受力过大的问题。

华北电管局的微波塔于1988年建成,塔顶标高117m,塔身由20根令273mmX8mm无缝钢管内注C15混凝土的钢管辊凝土柱构成空心圆柱形结构。华东电力设计院1979年设计的500kV门式变电构架采用钢管混凝土A形柱,构架高27.5m,采用420mmX6mm的钢管,取得较好的经济效果。

6.结论

由于钢管混凝土的合理受力性能,施工简便,可加速工期并取得一定经济效果,因此已广泛用于各种建构筑物及桥梁工程。当然,根据其受力特点,主要用于以轴力为主尤其是以轴压为主的构件更显其优越性。由于工程中各种类型构件均有,受力复杂,因此使用时应根据构件受力特点,可与钢结构/钢筋混凝土结构及其他组合结构结合使用,使各自发挥本身的特长而构成合理受力结构,而不可勉强地一定采用某种单一的结构体系。

【参考文献】

［1］李俊峰.浅谈钢管混凝土结构的应用与优缺点.宝钢科技,2001,9(27).

钢管混凝土结构范文第3篇

关键词：钢管混凝土 优点 应用

Abstract: the concrete filled steel tube and the traditional reinforced concrete structure, compared for concrete filled steel tube has many aspects of advantages and a wide range of applications in the engineering construction. This paper in construction of concrete filled steel tube engineering application is discussed.

Keywords: steel tube concrete application advantages

中图分类号：TV331文献标识码：A 文章编号：

引言

钢管混凝土，是将混凝土填入薄壁钢管内而形成的组合结构材料。因其承载力高、塑性和韧性好、制作和施工方便、耐火性能好、经济效果好等优势，被广泛应用于各种建筑物中，取得了良好的经济效益，成为目前结构工程科学的一个重要发展方向，有着广阔的应用前景。

1 钢管混凝土的发展概况

钢管混凝土结构的出现和应用已有上百年的历史 最早的钢管混凝土出现在上个世纪八十年代，在英国，钢管混凝土首次被用于桥墩的设计，它是在钢管内灌筑混凝土以防止锈蚀并承受压力。随后又被用作多层、高层建筑物的结构柱。对钢管混凝土力学性能进行较为深入的研究始于20世纪六七十年代，美国等国家开展了大量的钢管混凝土试验研究和理论分析工作，取得了很大进展。并在一些工程中加以应用近些年来．对长期荷载作用下的钢管混凝土力学性能的研究取得新进展。对钢管混凝土动力性能研究的也进一步深入，此外，对采用高强钢材和高强混凝土的钢管混凝土构件力学性能以及对钢管局部屈曲等问题也进行了不少研究工作。我国最早主要集中研究在钢管浇灌素混凝土的内填型钢管混凝结构，60年代中期，钢管混凝土开始在一些厂房柱和地铁工程中采用。进入70年代后，这类结构在冶金、造船、电力等行业的工业厂房得到广泛的推广应用。1978年，钢管混凝土结构被列入国家科学发展规划，使这一结构在我国的发展进入一个新阶段，无论是科学研究还是设计施工都取得较大进展，取得了良好的经济效益和社会效益。

2 钢管混凝土的特点

2．1 承载力高

钢管和混凝土之间的相互作用使该组合结构的承载力显著提高。经实验和理论分析证明钢管混凝土受压构件强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的I．7～2．0 倍。

2.2 塑性和韧性好

钢管的套箍作用，使核心混凝土的物理性能发生了质的变化，不但在使用阶段提高了弹性性质， 而且破坏时产生很大的塑性变形，由脆性破坏转变为塑性破坏， 构件的延性明显改善。试验结果表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时可以压缩到原长的三分之二，完全没有脆性破坏的特征 这种新结构在承受冲击和振动荷载时，也具有很大的韧性，因而抗震性能良好。

2．3 制作和施工方便

与现浇钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱时没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便。此外混凝土的浇灌更为方便，加快施工速度：与预制钢筋混凝土构件相比，钢管混凝土不需要构件预制作场地：与钢结构相比，钢管混凝土的构造通常更为简单，因而焊缝少，更易于制作。

2．4 耐火性能较好

钢管混凝土的核心混凝土能吸收部分热量，减慢钢管的升温速度，并且在钢管部分屈服后还可以继续承受轴向荷载， 防止结构倒塌。另外钢管混凝土构件在急骤降温(如消防冲水) 时不会发生钢筋混凝土那样爆裂， 说明其防火性能比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越。

2．5 经济效果好

采用钢管混凝土具有很好的经济效果，大量工程实际经验表明：采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土约可节约混凝土50％，减轻结构自重50％左右 钢材用量略高或约相等；和钢结构相比，呵节约钢材50％左右。此外，由于在钢管内填充了混凝土，钢管混凝土柱的防锈费用会较空钢管柱有所降低。

3 钢管混凝土在建筑施工中的应用

正是由于钢管混凝土结构具有优越的力学性能和省工省料、施工快捷等特点，所以在国内外的高层建筑和大跨度拱桥等结构中得到广泛的应用。例如1997年10月建成的四川万县长江大桥跨度达到420米。据桥梁工程师们预测，采用钢管混凝土拱桥结构，单孔蹁有望达到500至600米高384米，采用钢管混凝土柱建成的高层建筑也起来越多。其中江西华龙国际大厦位于江西南昌市繁华的老福山商贸区，总建筑面积为42000平方米，建筑总高度为120米，为江西省第一座高层钢管混凝土柱钢框架、混凝土核心筒混合结构建筑。

3.1 施工过程受力分析

由于在进行钢管混凝土构件施工时，一般郁是先发装好儿层的。钢管结构，待几层楼面结构施工完后一次浇筑其中的混凝土，同时，在许多高层建筑的地下室施工中常采用逆作法或半逆作法，这样钢管往往又作为施工阶段的支撑从而可能引起钢管局部应力集中或局部屈曲现象，严重时可导致钢管胀裂。国内某拱桥在进行钢管混凝土拱肋的施工时由于上述原因导致了爆管事故。钢管混凝土结构施工阶段的力学分析问题和安全性已经受到工程界的高度重视。目前国内外对组合结构的施工力学问题开展了一些初步研究：如对方钢管混凝土柱的施工力学分析：对异型带肋组合墙结构的施工力学分析；空钢管在竖向施工荷载作用下管壁初应力对钢管混凝土后期承载力的影响等。

3.1施工质量要求

3．1．1 钢管的制作、连接等要求

有关钢管的一些要求，均属于构造的基本要求，可以参考《钢结构工程施工及验收规范》(GBJ205-83)的有关内容以及国内已建钢管混凝土结构的施工经验。

3．1．2 混凝土浇灌及养护

由于钢管混凝土具有很好的整体性和密闭性，所以对钢管内混凝土的浇灌质量无法作直观检查，所以必须依靠严密的施工组织来保证其浇灌质量。另外，由于钢管混凝土构件周身都为密闭，造成在养护过程中，构件中间大部分地方均难以获得充足的水分，混凝土硬化难以继续，后期强度得不到保证。

4钢管混凝土应用存在问题

尽管钢管混凝土结构有诸多优点，但是由于其特性以及发展还不完善，钢管混凝土结构在应用中还存在一些问题。

钢管混凝土结构节点连接问题

目前，钢管混凝土节点的试验研究主要是针对具体工程而进行的，试验研究缺乏系统性，节点的计算模型不明确，还没有形成一套完整的计算理论和设计方法，往往只能依靠经验进行截面和配筋设计， 这不利于整个结构的可靠度控制， 可能造成材料上的浪费和安全隐患。另外节点的设计选型也较困难。由于穿心构件对钢管的削弱很严重，影响钢管的强度，并且不利于核心混凝土的浇筑，不方便施焊， 所以在设计上要避免。

(2)钢管混凝土核心混凝土质量控制问题

钢管混凝土内的核心混凝土被钢管所包裹，其浇注属于隐蔽工程浇筑质量很难控制。研究结果表明，混凝土密实度对钢管混凝土构件的力学性能影响很显著。这种影响对轴压短构件相对较小， 对轴压长构件相对较大，而对偏压构件影响最为显著。所以在混凝土的施工过程中，既要保证混凝土的强度，还要保证混凝土的密实度，确保其力学性能不受影响。从减小变形和经济角度考虑，核心混凝土宜采用强度等级不低于C30的混凝土。

4 结语：

钢管混凝土能够适应现代结构想大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的要求，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于工业厂房，高层与超高层建筑、拱桥和地下结构中，并已取得良好的经济效益和建筑效果，是结构工程科学中一个重要的发展方向。相信随着对钢管混凝土结构近一步的研究与探索，其优点会充分体现出来，成为一种更加完善的结构形式。

参考：

[1] 钟善桐．高层钢一混凝土组合[M]．华南理工大学出版社，2003．

[2] CECS 28：90钢管混凝土结构设计与施工规程[s]．

钢管混凝土结构范文第4篇

关键词：钢管混凝土结构；民用建筑工程；特点；实践

钢管混凝土指的是在将普通混凝土填充在薄壁钢管内，把不同性质的两种材料组合在一起而形成的复合结构，利用两种材料在受力时的相互作用，使钢管结构和钢筋混凝土结构的优点相结合，以改善混凝土的韧性和塑形，增强其整体承载力。与普通的钢筋混凝土相比，不仅使截面减少，而且造价也比较低，目前已经逐渐被广泛应用在民用建筑，尤其是高层建中。

1 钢管混凝土结构的特点

1.1 承载力高、延性好、抗震性强

钢管对于其内部的混凝土来说可起到约束作用，可使混泥土处于三向受压的状态，这种状态下的混凝土要更加耐压。同时，钢管由于内部混凝土的填充又会使其减少局部屈曲的发生。通过钢管和混凝土之间的相互作用，还可以使钢管内混凝土的脆性破坏变成塑形破坏，使构建的延性性能和耗能能力都得到改善，有较强的抗震性。

1.2 施工方便，使工期大大缩短

在钢管混凝土结构的施工过程中，钢管可以扮演劲性骨架的角色，承担施工阶段的结构重量和施工荷载，减少混凝土养护的时间，使施工不受其影响。因为钢管混凝土内部没有钢筋，因此也更方便对混凝土进行捣实和浇筑。另外，因为钢管混凝土结构在施工时不需要模板，所以可以节省大量的时间，也能够大量的材料和人工费用。

1.3 有利于钢管的防火与抗火

因为钢管内填有混凝土，可以吸收热能，所以在遇到火灾时，管面截面的温度场分布就会不均匀，这样一来就可以使柱子的耐火时间增加，放慢钢柱的升温速度，就算钢柱发生屈服，其中的混凝土也能承受大部分的轴向荷载，可以有效地防止结构的倒塌。同时，由于钢梁的温度也会随着热量由顶部翼缘向混凝土的传递而逐渐降低，是组合梁的耐火能力得到提高。

1.4 耐腐蚀性能优于钢结构

由于在钢管内浇筑混凝土使得钢管外露的面积与钢结构相比相对较少，因此受外界气体腐蚀的面积少，所以用于防腐和抗腐的费用也会较少。而且钢管混凝土构件的截面形式对于钢管混凝土结构的受力性能、施工工期和难易程度以及工程造价等方面都有影响。例如，圆钢管混凝土的圆钢管可以很好的约束其内部的混凝土，使混凝土处于三向受压状态，以增强其抗压强度，但是实际施工的难度较大，成本也比较高。而方钢管混凝土的施工难度小，成本低，但是其自身的承载力不高。

2 钢管混凝土结构在民用建筑工程中的实践

2.1 采用钢管混凝土柱、轻钢组合梁板结构，用钢量低

除了深圳赛格广场大厦之外，我国其他大多数地方的钢管混凝土结构工程都普遍采用了钢管混凝注，而梁板仍然采用普通的钢筋混凝土结构。在民用高层建筑结构的设计中，会将消防梯和电梯井道组成混凝土核心，并利用其作为抗侧力结构，并且包括楼板在内的以承重垂直为主的钢框架就全部采用钢混组合结构。

2.2 采用钢管混凝土柱、轻钢组合梁板结构，建筑物自重大幅下降

若采用钢管混凝土柱、钢一混凝土组合梁板结构房屋的话，建筑物的自重会处于1.0t/m2-1.11t/m2之间，如果不计算筒体的多层框架结构的话，建筑物的自重会更轻，例如库尔勒住宅楼，它的自重是0.76t/m2。这样一来，建筑物的自重就会比传统的采用钢筋混凝土结构的自重轻上30%以上。因此会使桩的用量减少，地基负荷减少，也会减小筏板基础的厚度，从而使工程造价降低。

2.3 采用钢管混凝土柱.可增加有效使用面积

与钢筋混凝土相比，钢管混凝土的承载能力更强，可以达到单独的钢管或者单独的混凝土的承载力之和的1.7-2.0倍，可以钢管混凝土不受轴压比的限制，所以将钢管混凝土应用到高层建筑中，可以将截面减少到50%以上。例如，有专家曾经对深圳赛格广场大厦进行计算，它的最大柱受力N=9×104kN，柱断面Ф1600×28，若果采用的是钢筋混凝土的话，其断面是2.4m×2.2m，要是采用的是钢管混凝土柱的话，其截面会减少62%，从而会大大增加建筑物的可用面积达到8000O。

2.4 采用钢管混凝土柱、轻钢组合梁板结构施工方便、速度快

在设计钢管混凝土柱，轻钢组合梁板结构时，需要做到节点统一和构件统一，只有做到这两点才会使工厂制作的难度降低，使施工更方便，并能够使室外作业工厂化，高空作业地面化。例如陆海城工程的6幢楼统一采用300钢管混凝土立柱，只是对钢管混凝土立柱的厚度进行改变而不改变其直径。梁则全部采用H一320×150×5×8这一种规格。而钢质楼承板也是通过供货商统一定尺切割成型的，只需要在施工现场用栓钉将其固定住就可以了，因此在整个安装施工的过程中，所有工序都比较方便。而且钢管本身的刚度高，质量轻也不容易变形，因此对其的运输吊装也比较方便，一般控制在3层楼一节用耳板定位，所以现场的焊接工作也会比较轻松。除此之外，钢管混凝土柱也不用进行钢筋和绑扎和支模拆模等复杂的工序，相比混凝土土柱来说，施工方便，可以根据工程的实际情况对管内的混凝土可以采用泵送顶升法、高空抛落不振和手工逐段浇捣等方法进行浇灌。举目前正在施工的精工商务大厦为例，Ф500的钢管混凝土采用了泵送混凝土逐段浇捣法，其施工过程十分的方便快捷。和梁连接的柱上下之间加强环板，因其接点统一，所以可以在工厂中冲压成型，进行批量化的生存。而且依据实际需要，事先焊在钢管柱上，用高强螺栓将框架梁腹板进行联结，上下异缘剖口对接，这样施工起来也相当的方便。钢质楼承板的铺设不仅不需要进行支模、拆模等复杂的工序，而且还会节省掉楼板底部受拉钢筋，使施工更加方便，将大大提升现场的施工速度。

3 结语

从我国实行改革开放政策以来，民用建筑工程行业就迎来了新的发展机遇，以北京、上海、深圳等地的民用建筑发展最为突出。它们相继建成了数百幢钢结构高层建筑，层数累计起来已经超过90余层，总建筑面积将近200×104O，但是这些建筑的造价之高有严重影响了钢结构的发展的广泛性，尤其是在低层的民用建筑中，建造商一般都不愿意采用钢结构。近几年，钢一混凝土结构体系凭借其独特的优势逐渐被建筑商所重视，被广泛应用于民用建筑工程之中。有些专业对已经竣工的森茂大厦、世界广场、商办大楼进行造价统计时发现，钢一混凝土结构体系在工程造价方面的优势十分明显的，在加上其其他的综合优势势必会对我国民用建筑行业的发展起到巨大的推动作用，势必会带来丰厚的经济效益。

参考文献

钢管混凝土结构范文第5篇

[关键词]钢管混凝土结构吊装塔式起重机吊架

钢管混凝土结构融合了钢结构与钢筋混凝土结构的优点,是高层建筑的主要结构类型之一。当前钢管混凝土结构应用广泛,施工实践丰富,但吊装部分论述较少。本文以某超高层办公楼为背景,对钢管混凝土结构施工中的吊装做了总结与探讨。

1工程概况

1.1 项目概况

厦门港国际旅游客运码头配套地产A1项目办公楼为超高层高级写字楼,屋面高度127.1 m。地上31层,与相邻公寓楼共用2层地下室,-2层层高3.9 m,-1层与首层层高6.0 m,2层层高5.1 m其他标准层层高4.0 m。西面局部二层板挑空形成入口大堂。

建筑与施工道路,钢构件堆场平面(地下室施工阶段)关系见图1。

图1办公楼总平面位置示意图

1.2 结构概况

办公楼结构由核心筒与周边16根圆钢管混凝土柱两部分构成。南、北两端柱间设工字钢劲性梁,以加强侧向刚度(图2)。包括地下室,02#~06#、10#~14#柱高92.95m(至21/F),其余柱高137.00m。首层10#~14#共5根钢管柱位于入口大堂内。钢管壁厚由下至上分为24、22、20mm三种。

01~16-圆钢管混凝土柱(16根)A1~A4-工字钢混凝土劲性梁(4根) M-入口大堂范围

图2办公楼平面示意

1.3 钢管混凝土的构件分析

钢构件分解示意图见图3、4。图3、4为按单个楼层进行钢管柱分段的情况。钢管柱也可按多个楼层分段,对结构构造和运输有利,但成倍增加了吊装难度。此外,原设计从结构构造考虑,劲性梁部位的钢管柱段与劲性梁牛腿、斜支撑牛腿(即图4中3与5、7、8)三部分为工厂焊接。经研究,改为现场焊接,如此劲性梁部位钢管柱段的起吊重量减少了40%左右,且便于拼车运输。

图3图4劲性梁部位钢管柱构件分解示意

1-钢管柱段 2-环形牛腿 3-带劲性梁的钢管柱段 4-水平劲性梁工字钢

5-劲性梁牛腿 6-斜支撑工字钢 7-斜支撑牛腿 8-水平悬挑梁工字钢

按单层钢管柱段且不带牛腿,主要钢结构构件情况见表1。可以看出,层高11.1m的大堂钢管柱段,层高6.0m的地下一层、首层钢管柱段,以及A2、A3劲性梁工字钢等构件重量、尺寸较大。

表1主要钢结构构件

楼层部位 构件 质量(Kg) 长度(m)

-2/F、-1/F、1/F 水平劲性梁工字钢,共4根 A1 2490; A2 3680;A3 3800; A4 2970; A1 4.8; A2 8.6;A3 8.6; A4 6.2;

2/F及以上 水平劲性梁工字钢,共4根 A1 2420; A2 3570;A3 3690; A4 2880; A1 4.8; A2 8.6;A3 8.6; A4 6.2;

-1/F、1/F(入口大堂另计) 劲性梁部位钢管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 4790 3.9、6.0

其他部位02#~06#、10#~14#钢管柱共10根 4930 3.9、6.0

2/F 劲性梁部位钢管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 4290 5.1

其他部位02#~06#钢管柱共5根 4250 5.1

入口大堂 钢管柱10#~14#共5根 8780 11.1

-2/F、3/F及以上 劲性梁部位钢管柱01#、07#~09#、15#、16#共6根 ≤3420 3.9、4.0

其他部位02#~06#、10#~14#钢管柱共10根 ≤3460 3.9、4.0

2吊装方法初步比选

2.1 钢结构吊装原则

本工程垂直运输规划,应首先考虑钢结构吊装,其次满足土建材料、机电设备的运输需要。钢管柱无法在楼板转运,吊装应满足以下要求:①吊装无盲区,覆盖所有钢管柱位置;②减少吊装量以加快工程进度;③适应地下室与上部施工阶段的不同特点,便于将构件从堆场转运到办公楼;④满足其他材料(如混凝土)与设备运输需要;⑤经济合理,设备容易供应。塔式起重机是最主要的垂直运输与吊装设备。

2.2 塔式起重机与混凝土运输关系

本工程采用泵送混凝土,布料机施工。布料机全机重约2t,布料半径15m。钢管柱内混凝土采用混凝土吊斗吊送,采用高位抛落法或手工逐段浇捣法浇筑。每斗混凝土0.5m3能满足浇筑要求,混凝土与吊斗重约1.6t。混凝土运输对塔机基本没有特殊要求。

2.3 塔式起重机布置与选择

塔式起重机选择包括,单塔还是群塔,塔机类型、定位,以及塔机参数等内容,如工作幅度、起升高度、起重量与起重力矩等。常规做法,由塔机生产率,及平面分区可确定塔机数量;由场地条件、建筑平面尺寸,建筑高度,混凝土吊斗重量可估算臂长,起升高度,臂端最大吊重等参数。但钢管混凝土结构的质量分布在平面上不连续,其塔机选择与钢筋混凝土结构相比,较为复杂。

本工程南北长65m,东西宽35m,南接公寓楼,周边场地开阔,无高压电网等障碍物。钢结构工期接近14个月。办公楼为框筒结构,钢管柱形心、建筑平面形心,钢管柱外接圆(半径32.8m)与建筑平面外接圆(半径33.8m),钢管柱平面最长线与建筑平面最长线PQ(长67.4m)三者基本重合(图5)。RS为PQ的垂直平分线,R点位于建筑东边线上。

1-钢管柱形心 2-建筑平面形心 3-钢管柱外接圆 4-建筑平面外接圆

5-建筑平面最长线PQ6-PQ的中垂线RS

图5办公楼平面几何特征

按单层钢管柱吊装,利用图解法,从有效利用起重能力出发,塔机的初步布置如下。如设两台附墙式QTZ120塔机,可布置在最长线PQ两端的附近(图6a);如设单台QTZ200附墙式塔机,兼顾RS方向的吊装,可布置在R点偏北处(图6b);如设单台内爬式QTZ120塔机,考虑东面堆场,可布置在建筑平面形心偏东处(图6c)。

(a)(b)(c)

1-QTZ120塔机 2-QTZ120塔机 3-QTZ200塔机 4-QTZ120塔机

5-塔机工作范围6-钢结构吊装范围 7-钢构堆场

图6办公楼平面几何特征

几种布置方式各有利弊。双塔吊装可满足要求,但成本较高,且不利于单元式幕墙中间介入安装;单塔有利于堆场及土建材料吊装,但对塔机要求高,吊装任务繁重;内爬升塔机可充分利用臂长,但堆场材料吊装较难,塔机爬升后要浇筑楼板,封顶后塔机拆除困难,且对土建材料帮助较小。

2.4 吊架(四脚扒杆)吊装

经多个工程成功实践,可利用吊架(四脚扒杆)辅助吊装。具体为用方钢制作吊架,汽车吊、塔机与吊架三者接力吊装。图7从左至右为汽车吊与塔机、塔机与吊架、吊架之间接力吊装以及钢管柱段安装的示意图。

1-起重机 2-塔式起重机 3-钢管柱段 4-吊架(四脚扒杆)

5-吊架缆风(其余缆风略) 6-卷扬机

图7吊架吊装示意

吊架吊装机动灵活,对于吊装死角、场地障碍等优势明显,是有效的辅助吊装方法。但应考虑吊架底座,抗侧向力构造措施等,以免造成重大安全隐患。

3吊装方案

3.1 方案编制与专家论证要求

采用非常规起重设备、方法,且单件起吊重量在10KN及以上的起重吊装工程,属于危险性较大工程,应在施工前编制专项方案。如采用非常规起重设备、方法,且单件起吊重量在100kN及以上的起重吊装工程,属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程,还需要组织召开专家论证会。

3.2 QTZ160塔机为主,吊架辅助吊装

综合考虑设备供应、经济因素等情况,吊装采用单台附墙式塔机,吊架辅助吊装。塔机选用江麓QTZ160F(JL6516),臂长65m。见图8。

1-QTZ160塔机 2-钢构堆场 3-塔机起重范围 4-塔机3.45t起重范围

01~16-钢管柱 A1~A4-劲性梁

图8塔机现场布置图

塔机吨位较小,但能满足劲性梁吊装需要,对钢管柱段则采取以下辅助吊装措施:①牛腿与钢管柱段采用现场焊接,降低柱段重量;②地下二层与地下一层、首层与二层(包括入口大堂)两层一吊,所有16根柱由吊架进行吊装;③三层及以上楼层,柱08#~10#、13#~15#(以下称为远端柱)每层柱分为两段吊装;④三层及以上楼层,除远端柱外,采用每层一吊。

地下室施工阶段构件堆场距离较远,采用50t汽车吊与塔吊接力。基坑土方回填后,采取加固措施,将堆场移到地下室顶板。

3.3 吊架吊装

吊架尺寸为2.4 m×2.4 m或2.4 m×1.9 m,高14.0 m,采用150×150×8方管制作,自重约2.0t,吊装能力约为20t。卷扬机安装在焊接平台上,平台与吊架固定,在吊耳上挂横吊梁,钢丝绳起吊钢管。相邻吊架接力时,拆除临时水平支撑,以便柱段通过。除基础地板外,吊架必须用普通螺栓与连接板固定在下层钢管柱上。如缆风绳设置困难,应增加有效的抗水平力钢支撑等节点。见图9、图10。

1-吊架(均用150×150×8方管制作) 2-可拆卸的临时支撑,与吊架螺栓连接3-吊架底座(用于基础底板) 4-吊耳,挂横吊梁

图9吊架示意

1- I 250×160×12×12吊架底座,用螺栓、连接板与钢管连接 2-吊架

3-钢管柱

图10基础底板外的吊架底座示意

地下二层与地下一层钢管柱段重约8.4T,长约11m;首层与二层钢管柱段重约9.2T,长约11.1m;入口大堂部位重约8.8T,长约11.1m。吊架吊装如图11所示。

图11钢管柱段吊架接力吊装路线

塔机臂长2m~15m范围内,起重量10t。在钢管柱部位设置吊架,按箭头所示路线将钢管柱段接力到指定位置。12#柱首先就位,然后与接力路线相反,其他柱段依次就位。03#~06#柱由塔机直接吊装。

柱段吊到位后,将上下柱段吊耳用螺栓临时固定。如需调整,可在上、下钢管柱段上焊接临时牛腿,用千斤顶将上段钢管调整到位。校核无误后,分段点焊定位。

3.4 塔机吊装

三层开始,吊架临边缆风设置困难,钢结构全部由塔机吊装,每层一吊。经设计认可,远端柱(08#~10#、13#~15#)每层分为两段,每段长约2m,进行吊装。至此,塔机覆盖所有钢管柱范围(图12)。

图12塔机吊装

塔机附墙件锚固部位砼强度必须满足附墙要求。应对吊装起升高度进行验算,以满足构件(包括吊架)高度要求,见公式(1)。如不满足,可在低楼层预先增加附墙预埋件,利用临时附墙增大起升净高度。根据塔机说明,自由高度时起升高度53m;在七、十三、十九、二十五、三十一层进行附墙;塔机工作允许自由悬高=35.5m。

H塔-H架>H构…………………………………………(1)

H塔――塔机起升高度(m)。塔机首次附墙,即楼层施工至七层以前,H塔取53 m;塔机附墙后,即八层及以上楼层,H塔=自基础面起的附墙高度+塔机工作允许自由悬高35.5 m,以楼层施工至九层为例,H塔=37.0+35.5=72.5 m;

H架――施工楼层外架高度(m)。H架=自基础面起的施工楼层高度+1.8m;

H构――塔机首次附墙前,H构取吊架高度14.0 m;附墙后,H构取单层吊装的钢管柱段高度4.0m。

计算可知,塔机相对于施工面的最小起升高度,自由高度时为14.2m,附墙后为9.7m,可满足吊装要求。施工中,为避免塔机在三十一层附墙,塔机于五层梁处第一次附墙。

3.5 主要质量、安全保证措施

钢结构吊装应严格执行各项质量安全措施。

3.5.1吊架卷扬机等吊装设备由总配电箱专线供电。每次吊装前应检查限位开关,超载、超速等保护装置,保证其灵敏可靠。

3.5.2柱吊耳必须在工厂制作完成,以保证吊装准确定位。

3.5.3吊架组装完毕后,拉力试验合格方可投入使用。

3.5.4汽车吊、塔机与吊架之间夺吊时,应保证汽车吊中心与吊臂,塔机回转中心、吊臂与小车,吊架顶的定滑轮两两在同一个垂直平面上,避免侧向力的产生。汽车吊决不能抗侧向力。

3.5.5柱四周对称点焊临时固定,确定安全后,吊钩方可摘除。为防止施焊时柱口变形引起偏差,钢管柱段接缝必须对称反向施焊,吊耳临时固定必须在焊缝冷却后方可拆除。

4实施效果与总结

现本工程办公楼已施工至主体结构九层,以上措施经现场实施,效果良好。精心组织后,每层钢管柱段吊装需塔机半个台班左右,加上劲性梁吊装在1个台班以内,标准层每层结构工期能控制在八天。对本工程钢管混凝土结构的吊装施工总结如下:

4.1 钢管柱段的分段情况为吊装的前提。本工程基本按楼层分段下料制作,牛腿现场焊接。但应综合考虑构造与运输要求。

4.2 钢管混凝土结构施工中,内爬式塔机能充分利用其吊装能力。不考虑堆场因素,本工程QTZ120内爬式塔机的起重能力,接近QTZ200附墙式塔机。如采用QTZ200内爬式塔机,可以考虑钢管柱三层一吊的方案,对工期相当有利,且减少大量的焊接。

4.3 吊架(扒杆)吊装是有效的辅助吊装方式,对局部超重、超长、超大构件以及吊装死角等优势明显,但应注意其构造措施。如本工程采用吊架辅助QTZ120内爬式塔机,可进一步降低成本。

本工程QTZ160附墙式塔机起重能力稍有不足,远端柱采用一层两吊。但该塔机的选择成本优势明显,且设备容易供应。

参考文献: