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篇1
隨著社會經濟的迅速發展和城市化進程的加快, 高層建筑尤其是一些超高層建筑日趨增多。鋼與混凝土組合結構之一的鋼管混凝土，因其承載力高、剛度大且抗震性能好、節約鋼材和施工簡捷等突出優點，在高層和超高層、公共及大型橋梁等建筑得到了日益廣泛的應用。
鋼管混凝土結構特點及優勢
鋼管混凝土在高層建筑工程中，主要是作為受壓管柱的建筑構件使用，與鋼梁和梁柱節點等共同構成建筑物的框架結構體系。 鋼管砼柱因其結構特征，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質。實驗和理論分析證明，鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處于三向應力狀態。三向受壓的混凝土抗壓強度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發生了質的變化，由原來的脆性材料轉變為塑性材料。正是這種結構力學性質的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點，并作為新型的第五種建筑組合結構顯示出巨大的生命力和發展前景。鋼管砼的特征與優勢如下：
1、鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上，受力合理,能充分發揮混凝土與鋼材的特長,從而使構件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對于同樣的負荷,鋼管混凝土構件的斷面將比鋼筋混凝土構件顯著減小。對混凝土來說,由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強度提高了幾倍。對鋼管來說,薄壁鋼構件對于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對稱缺陷的存在,將使實際的穩定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩定,使其弱點得到了彌補。2、柱子截面減小，自重減小，相當于設防烈度下降一級，具有良好的抗震性能。由于結構自重大大減輕,這對減小地震作用大為有利。結構具有良好的延性,這在抗震設計中是極為重要的。而對于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點。
3、鋼管壁薄便于選材、制造與現場焊接，是施工最為快捷的建筑結構，施工簡單,縮短工期。鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節省腳手架。這些方面對施工都大為有利,不僅節省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現場露天工作,改善了工作條件,同時也加快了施工、縮短工期。 4、鋼管砼柱內的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優于鋼柱，從而比鋼柱可節省耐火涂料50%以上。此外具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質,即使是鋼筋混凝土受壓構件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構件的破壞,也是脆性破壞。而且在實際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結構中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態,約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質,而且在破壞時產生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒有脆性特征,屬于塑性破壞。
5、鋼管混凝土獲得了很好的經濟效果。鋼管混凝土柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴大了建筑物的使用空間和面積。與鋼結構相比,節約了大量鋼材，因而相應地也降低了造價。與鋼筋混凝土結構相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當。這樣隨之帶來的優越性是構件自身大大減輕、構件斷面大大減小,減少了結構占地面積。由于省去了大量的模板,節省了大量木材,降低了費用, 鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應降低了地基基礎造價，因此其取得了顯著的經濟效果。
二、鋼管混凝土在工程中應用及效益
近年來，鋼管混凝土結構的施工技術也在迅猛發展，涌現出很多新的施工工藝和施工方法，使鋼管混凝土結構廣泛應用于各種大型建筑工程和交通運輸工程中，取得了較好的經濟和社會效益。 1、高層建筑工程。據有關資料，達百米和超過百米的鋼管砼結構的高層建筑已有20多座。其中最高的是深圳72層的賽格廣場大廈，結構高度291.6米，堪稱世界之最。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節約材料、減輕自重、縮短工期，經濟效益顯著。 2、 公共建筑、工業廠房及大跨度橋梁工程 。例如南寧青秀山高爾夫俱樂部打習館改擴建工程，項目位于青秀山風景區，擬在改造原有主體框架的同時擴建二層的辦公用房。由于打習館已投入使用，在改、擴建施工的過程中應盡量減少對原有建筑已使用部分的影響，縮短工期，同時配合整個建筑物的立面造型及風格，經多方分析比較，決定在擴建工程中采用鋼-混凝土組合結構，并采取一定的施工措施，充分利用組合結構的優越性，取得了良好的技術經濟效益。鋼管混凝土已經被廣泛地應用于拱橋結構中，也開始應用于斜拉橋結構中。 在拱橋結構中，鋼管混凝土構件主要用來承受軸向壓力。拱橋的跨度很大時，拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管混凝土構件是非常合理的。另外，鋼管可以做為橋梁安裝架設階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。因此，鋼管混凝土被認為是建造大跨度拱橋的一種比較理想的復合結構材料。
近年來，在斜拉橋和梁式橋中也開始采用鋼管混凝土結構，同樣取得了良好的經濟效益。例如，廣東南海市紫洞大橋、湖北秭歸縣向家壩大橋和四川萬縣萬洲大橋都采用了鋼管混凝土空間桁架組合梁式結構，減輕了結構恒載，提了結構承載力利用系數，同時采用與之相適應的、合理的施工工藝，簡化了施工程序，減少了施工設備，加快了施工進度，降低了工程造價。鋼管混凝土空間桁架組合梁式結構適用于多種橋型，如系桿拱橋結構、特大跨徑斜拉橋結構、特大跨徑懸索橋結構等，推廣其應用必將帶來顯著的經濟效益和社會效益。
篇2
1. 1 結構面積減小，有效使用面積增加
在建筑工程中鋼管混凝土通常用做柱子，由于鋼管混凝土是延性材料，在地震區可以做到不受軸壓比的限制，只控制其長細比，因此，柱截面面積可減少很多，有效使用面積增大，結構自重減輕在50%以上，因此，地震作用和地基荷載均可減小，從而經濟有效地解決了我國建筑工程領域長期存在而未能解決的“胖柱”問題。
1. 2 施工簡便，可大大縮短工期
鋼管混凝土柱和普通混凝土柱相比，免除了支模、拆模、綁扎鋼筋或焊接鋼筋骨架等工序，省工省時；和普通鋼柱相比，不用節點板，焊縫少，構造簡單。縮短工期，提前投產，其綜合經濟效益較好。
1. 3 同等承載力條件下有更大的經濟效益
鋼管超高強混凝土柱的造價比普通混凝土柱的造價降低30%左右；鋼管高強混凝土柱的造價比普通混凝土柱的造價偏高或大略相等。可見，采用鋼管超高強混凝土柱有更大的經濟效益。
1. 4 耐火性能好
鋼管混凝土柱（空心鋼柱用混凝土填實）有較高的耐火能力，因為鋼柱吸熱后有若干熱量會傳遞到混凝土部分，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結構倒塌。組合梁的耐火能力也會提高，因為鋼梁的溫度會從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。
2 鋼管混凝土結構目前存在和需要進一步解決的問題
從現有的文獻資料來看，國內外對鋼管混凝土的研究主要集中在結構設計、靜力學性能、動力學性能等方面，而真正對材料的研究相對較少。材料與結構是一體不可分的，有了良好的材料設計，才會有良好的結構性能，而目前鋼管混凝土所出現的一系列問題如施工不穩定、脫空、膨脹性能低、混凝土力學性能達不到要求等都可以先從材料方面著手找到解決問題的方法。以下幾個方面是有待解決的問題。
2. 1 材料的要求高，成本提高
混凝土特別是高強度混凝土的配制較困難，目前，強度等級在C100以上的混凝土仍處于試驗室階段，高強度鋼材的應用在一定程度上提高了成本。
2. 2 材料的自身性質
鋼管混凝土在收縮、徐變、溫度等影響下的材料自身性質還需做系統全面的研究。
2. 3 復雜受力狀態
復雜受力狀態如彎、剪、壓、扭共同作用時構件的計算方法還沒有完全確定，造成設計時只能簡單地忽略構件的受扭和受剪，并加大構件承載力的富裕度來處理。
2. 4 節點性能的研究
鋼管混凝土結構工程采用的節點形式有很多樣。按材料分，現澆鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱節點，鋼梁與鋼管混凝土柱節點；按梁柱間的彎矩傳遞情況來分，有剛接節點、鉸接節點和彈性連接節點。目前，關于節點的試驗和理論研究嚴重滯后于實際工程的應用。
2. 5 動力性能的研究
鋼管混凝土尤其鋼管高強混凝土和鋼管超高強混凝土的耐疲勞性能和抗震性能需做進一步研究。
2. 6 鋼結構防護技術的要求
鋼結構防護包括防火、防腐、防銹。鋼結構體系房屋造價高的主要原因是鋼結構的防護技術要求較高，費用較高。
3 鋼管混凝土結構的應用現狀和應用前景
我國于上世紀50 年代末開始進行鋼管混凝土組合結構的研究，主要集中在鋼管中澆灌混凝土的內填充型鋼管混凝土結構。目前，在鋼管混凝土組合結構力學性能和設計方法、施工技術、耐火性能等方面展開了比較系統的研究工作，取得了巨大成就，其構件性能、理論研究和實際應用在國際上處于領先。
1963 年在北京地鐵車站首次應用了鋼管混凝土柱，隨后，在一些廠房的柱子中逐步得到推廣應用。上世紀80年代以來這種結構材料在多層和高層建筑中得到進一步應用。自1990年在我國四川省建成了跨度110m 的下承式系桿鋼管混凝土拱橋―――旺港天橋以來，混凝土拱橋在我國得到了迅猛發展。廣州丫髻沙大橋為主跨360m的鋼管混凝土帶懸臂中承式剛架系桿，拱的跨徑突破了300m大關；四川省巫山長江大橋為跨徑400m的鋼管混凝土拱橋，這兩座橋梁的修建，標志著我國鋼管混凝土拱橋的研究與應用整體水平已經提升至一個新的高度。鋼管混凝土拱橋在我國迅速發展，并先后頒布了有關鋼管混凝土結構的設計規程。
國內一些大專院校、科研院所也對鋼管混凝土進行了系統的研究，取得了一些成果。韓林海和鐘善桐等對工程中常用的幾種形狀的鋼管混凝土力學性能進行了探索和研究，提出了極限平衡法理論和鋼管混凝土統一理論，為鋼管混凝土的研究奠定了基礎；哈爾濱建筑大學王湛等通過試驗研究了核心混凝土為C30～C50強度等級的鋼管膨脹混凝土；魏美娟等給出了鋼管混凝土構件的計算條件，對構件在臨時荷載作用下受彎的力學性能進行了分析和計算；武漢理工大學的胡曙光和丁慶軍等針對鋼管高強膨脹混凝土的特性，圍繞鋼管混凝土工程應用中所普遍存在的混凝土與鋼管脫粘問題和大跨度結構工程的施工難題，進行了長期深入、系統的研究；韓冰等在對鋼管混凝土受彎構件徐變分析的基礎上，建立了長期荷載作用下鋼管混凝土受彎構件的承載力計算方法，認為徐變將降低鋼管混凝土受彎構件的承載力。
目前，鋼管混凝土和鋼管高強混凝土結構的應用很廣泛，但鋼管超高強混凝土還處于試驗室研究階段，隨著科研成果的積累和完善，本世紀鋼管高強混凝土和鋼管超高強混凝土結構在高層和超高層建筑中一定會有廣闊的應用前景。
參 考 文 獻
[1]鐘善桐.鋼管混凝土結構在我國的應用和發展[J ].建筑技術， 2001 （2）
篇3
0引言
鋼管混凝土就是由混凝土填入薄壁圓形鋼管而形成的組合結構材料。其基本原理是借助圓形鋼管對核心混凝土的套箍約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強度和壓縮變形能力。由于鋼管混凝土結構具有強度高、重量輕、延性好、耐疲勞、耐沖擊等優越力學性能，在土木工程的高層建筑、大跨徑橋梁結構中廣泛運用。由于計算步驟復雜，設計中常采用試算法和經驗法來確定截面尺寸，往往使得設計人員設計工作量大和和結構不經濟，提高了工程造價，造成浪費。因此，編制出優化設計程序進行優化設計是非常必要的。
為此，本文結合鋼管混凝土結構受力特點，建立鋼管混凝土結構的優化數學模型，運用優化算法和數值迭代計算原理，編制了平面桿系結構內力計算優化程序，對鋼管混凝土結構進行了初步優化設計研究。
1鋼管混凝土結構優化的數學模型
1.1目標函數
主要從經濟實用角度考慮，以鋼管混凝土結構的造價最低為目標來構造目標函數，因此提出了如下目標函數表達式：
(1－1)
式中：P(x) 為工程造價；為鋼管的單位造價；為混凝土的單位造價；為鋼管的密度；為鋼管混凝土桿件長度。
1.2設計變量
設計變量為鋼管混凝土型號中的混凝土標號、鋼材種類、橫截面面積、慣性矩、含鋼率以及桿件長度尺寸等。在混凝土標號、鋼材種類和結構中桿件布局已經確定的情況下，影響結構造價主要因素是桿件中各材料的截面面積，因此，設計變量如下：
（1）桿件中鋼管的截面面積：
（2）桿件中混凝土的截面面積：
1.3約束條件
約束條件均取自于鋼管混凝土設計相關規范及實際設計工程要求。
（1）應力約束
桿件為拉彎桿件：
(1－2)
桿件為壓彎桿件：
時，(1－3)
時，(1－4)
式中：、分別為第個桿件的軸力和彎矩；為桿件中鋼管的截面面積；為桿件截面面積；為桿件截面抵抗矩；為桿件組合強度設計值；―鋼材抗拉強度設計值。
（2）穩定約束
時，(1－5)
時， (1－6)
式中：為歐拉臨界力，；為截面的組合彈性模量；為桿件長細比；為等效彎矩系數；為穩定設計安全系數。
（3）撓度約束
(1－7)
式中：為桿件頂點的設計撓度；為規范容許撓度。
2優化程序編制
2.1編程思路
（1）首先運用桿系結構內力計算程序計算出各工況下內力值，提取出內力值（軸力、彎矩）數據；然后按照序列兩級算法思路對約束進行分類優化：即先用滿應力法對應力約束條件進行優化，在滿足應力約束條件后，再用射線步法進行位移約束條件優化，在滿足位移約束條件后，輸出數值結果；最后判斷數值結果是否滿足造價收斂條件，如果滿足收斂條件，結束運算，輸出結果文件，如果不滿足收斂條件，把當前的數值結果代入桿件結構內力計算程序計算各工況下內力值，開始新的循環計算。
（2）用滿應力法對桿件截面進行優化的過程中，在某工況下，如桿件為壓桿，先對桿件的混凝土截面積用滿應力法優化，得出優化的截面面積后，再根據鋼管混凝土桿件規定的最小含鋼率計算鋼管的截面面積；如桿件為拉桿，先對桿件的鋼管的截面面積進行滿應力優化，得出優化的鋼管截面面積后，根據鋼管混凝土桿件規定的最大含鋼率計算混凝土截面面積。通過這樣的方式處理，可以保證在規定的含鋼率條件下，單根鋼管混凝土桿件的截面造價最低。
（3）鋼管混凝土桿件中混凝土面積和鋼管面積的變化，會使得其含鋼率發生變化，這樣就會導致鋼管混凝土彈性模量發生較大變化，如果再按滿應力法中內力不變的假設進行優化，就會使得結構內力偏差太大，優化無從進行。因此，本程序中對滿應力優化的結果都重新進行了結構內力的計算，以保證優化的結果偏差盡量減小。
（4）當對位移約束條件進行優化時，是在假設鋼管混凝土桿件的含鋼率不變的前提下進行桿件截面的優化，這樣降低了優化的復雜性，還可以利用先前計算的內力值數據，通過單位荷載法求解位移，使得位移約束由隱性約束變成顯性約束，盡可能的減少結構內力計算次數。
2.2優化設計程序步驟
1.輸入初始設計數據，及基本參數；
2.進行各種工況下的結構分析；
3.判斷第號桿件在第工況下受拉還是受壓；如果受拉，用滿應力計算公式，得到鋼管的截面值；如果受壓，用滿應力計算公式，得到混凝土的截面值；
4.在所有工況中，選取鋼管截面面積和混凝土截面面積；
5.如果且，轉到第6步；如果兩個條件中有一個不滿足，轉到第2步；
6.在材料離散集合中，用一維搜索法查找和值最小的截面組合，可得新的截面值，即：和；
7.進行單位虛位移和各種工況下的結構重分析；
8.在所有的工況中，選取跨中節點撓度最大值；
9.計算位移比，如果，轉到第10步；如果，轉到第13步；
10.通過射線步調整截面，即：和；
11.計算，轉到第9步；
12.在材料離散集合中，用一維搜索法查找和值最小的截面組合，可得新的截面值，即：和；
13.收斂判斷：（為優化后混凝土和鋼管總造價），得出最終截面，結束計算；否則，轉到第2步。
3設計實例及計算結果分析
圖1 人行橋立面圖
本文以一鋼管混凝土全焊空間桁架人行橋作為研究對象，結構立面見圖1所示。橋梁跨徑是20.58米，整根主梁為兩個平面桁架拱組成，橫橋方向桁架間距均為5m，主梁桿件均采用鋼管混凝土桿件，人行道板為槽鋼與鋼筋混凝土板組成的鋼―混凝土組合板，其設計人群荷載4，混凝土采用C50，鋼管采用16Mn，混凝土價格擬用300元/立方米，鋼管價格擬用4500元/噸。
優化設計后的工程造價與原設計工程造價比較見表1，優化后混凝土用量降低了6.49%，鋼管用量降低了11.86%，總造價降低了11.53%，優化后的設計能取得良好的經濟效益。
表1原設計與優化設計比較
類別 原設計 優化設計 優化比例
混凝土體積（m3） 20.533 19.2 6.49%
鋼管體積（m3） 2.667 2.351 11.86%
造價（元） 99900.63 88386 11.53%
4結語
通過鋼管混凝土結構的優化設計，可以減少設計人員的工作量，提高設計人員的工作效率，改變設計中通常采用的試算法進行鋼管混凝土結構的傳統設計方法；同時可以使鋼管和混凝土兩種材料配比合理，減少材料浪費，降低工程造價，取得很好的經濟效益。優化設計也是今后鋼管混凝土結構設計的必然發展趨勢。
參考文獻
孫煥純，柴山，王躍方，離散變量結構優化設計［M］.大連理工大學出版社，1995年
篇4
1鋼管混凝土結構的施工特點
根據構造和施工工藝條件可將鋼管混凝上結構的施工分為鋼管結構的制造和組裝以及管內混凝土的澆灌兩部分，整個工藝兼有鋼結構和混凝土結構的特點。從鋼管混凝土結構的具體施工條件來看，其施工特點主要為。
1.1管內混凝土是在狹小的管道中澆灌的，由于結構條件所限，混凝土的澆灌質量難以檢查，當采用人工澆灌并振搗時，只能依靠操作人員的責任心，加強振搗，仔細操作，確保管內混凝土的密實。當采用高位拋落無振搗施工法以及泵送頂升法時，都應嚴格遵守相關的施工技術要求。
1.2由于鋼管混凝土結構中的管肢均較長，而且管肢中間通常不設澆灌孔，致使管內混凝土一次施工高度較大，一般都在10。以上，國外最高已達100 m,
1.3鋼管混凝土結構管肢的內徑一般均不大于混凝土振搗器的有效作用半徑，約為振搗棒直徑的10倍左右。而且鋼管不漏漿，當采用人工澆灌并振搗時，只要在施工中采用具有足夠振搗能力的內部或外部振搗器，加強操作，并保證不間斷連續施工，餛凝土的質量是能夠得到保證的。
1.4為避免鋼管外部焊接對混凝土燒傷的可能，對管外焊縫較為密集的部位應先焊接，然后再進行混凝土的澆灌施工。竣工后，允許加焊必要的零部件，并應采取相應的措施減少局部高溫作用的影響口
1.5鋼管構件的加工與一般金屬結構制作稍有不同，如各附屬焊件與管肢多為曲面連接.結構拼裝問隙不易保證，必須采用鋼管自動切割機或胎架m裝.才能保證制造質量。
1.6由于鋼管混凝土優越的力學性能，近些年被用于高層和超高層建筑中，為了加快現場、施工進度.采用地上和地下層同時進行施工的逆作法施工，大大縮短了工期。鋼管構件的制作優先采用螺旋焊接管，也可使用滾床卷制符合要求的鋼管。為適應鋼管拼裝后的軸線要求.鋼管坡口端應與管軸嚴格垂直。在卷板過程中，應注意保證管端與管軸線形成垂直的平面。當采用滾床卷管時，應特別注意直縫的焊接質量，盡可能采用自動焊縫。當采用手工焊縫時.宜采用直流焊機，這樣可以得到較為穩定的焊弧，且焊縫的含氫量較低，這對具有雙向受力的鋼管是必要的。
2鋼管混凝土結構的優點
2.1延性好
據有關實驗數據表明:鋼管混凝土軸向壓縮到原長的z/3，構件表面己褶曲，但仍有一定的承載能力，可見塑性之好。在壓彎剪循環荷載作用下，水平力與位移之間的滯回曲線十分飽滿，吸能能力很好，基本無剛度退化。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內部混凝土的破壞由脆性破壞轉變為塑性破壞，構件的延性性能明顯改善。
2.2抗震性能優越
抗震性能是指在動荷載或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在這方面，鋼管混凝土構件要比鋼筋混凝土構件強得多。在壓彎反復荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線表明，結構的吸能性能特別好，無剛度退化，且無下降段，不喪失局部穩定性的鋼柱相同。但在一些建筑中，鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穗定性，但還常發生塑性彎曲后喪失局部穩定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優于鋼柱。
2.3施工方便
鋼管混凝土結構施工時，鋼管可以作為勁性骨架承擔施工階段的施工荷載和結構重量，施工不受混凝土養護時間的影響。該種結構形式和鋼結構相比零件少，焊縫短，可以采用構造簡單的插入式柱腳，免去了復雜的柱腳構造。和鋼筋混凝土柱相比，由于鋼管本身就是耐側壓的模板，因此在澆灌混凝土時可以免去支模、拆模等工和料。鋼管還是“鋼筋”，它兼有混凝土柱中縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋之作用。從施工過程看制作鋼管遠比制作鋼筋骨架省工得多，而且便于澆灌。鋼管本身就是勁性結構構件，在施工階段可以起勁性鋼骨架的作用，節省了許多支撐構件和腳手架，簡化了施工安裝工藝。
2.4防火耐火性能好
鋼管混凝土的耐火性比鋼結構好，由于鋼管內填有混凝土，能吸收大量的熱能，混凝土的導熱系數低而比熱大，因此遭受火災時管柱截面溫度場的分布很不均勻，越到中心，溫度越滯后，增加了柱子的耐火時間。
2.5耐腐蝕性強
鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼結構少得多，抗腐和防腐所需費用比鋼結構節省。
3鋼管內混凝土的施工
根據國內外鋼管混凝土結構的施工經驗，澆灌混凝土有下種方法，即立式手工澆搗法、高位拋落無振搗法和泵送頂升澆灌法。
3.1.立式手工澆搗法
一般混凝土施工都是在構件安裝就位，固定完畢并經檢查無誤后，開始向管內澆灌混凝土的，澆灌工作應連續進行。在澆灌混凝上之前，應先澆灌一層水泥砂漿.厚度不小于100mm，用以封閉管底并使自由下落的混凝土不致產生彈跳現象。混凝土由鋼管上口灌人，井用振搗器搗實。鋼管管徑大于350mm時、采用內部振搗器〔振搗棒或鍋底形振搗器等)振搗，每次振搗時間不少子30s，一次澆灌的混凝土高度不宜大于2m。當管徑小于350mm時，可采用附著在鋼管外部的外部振搗器進行振搗，振搗時間不小于1 min。外部振搗器的位置應隨混凝土澆灌的進展加以調整。外部振搗器的工作效果.以鋼管橫向振幅不小于0.3mm為有效，振幅可用百分表實測。一次澆灌的混凝土高度不應大于振搗器的有效工作范圍，，一般為2-3 m。
立式手工澆搗法施工速度較慢，且施工人員必須嚴格遵守操作紀律，才能保證混凝土的施工質量。
3.2.高位拋落無振搗法
該法利用混凝土從高位順鋼管下落時產生的動能達到振實混凝土的目的，免去了繁重的振搗工作，是混凝土施工工程中的一個創舉。它適合于管徑大于350 mm，高度不小于4m的場合。對于拋落高度不足4m的區段，仍須用內部振搗器振實。
混凝土高位拋落無振搗法的關鍵是混凝土拋落后不產生離析現象，需要對混凝土的配合比提出特殊的要求.采用此法施工時，必須先進行配比試驗，確定合理的配合比和水灰比。要控制水灰比，適當加大水泥用量，并摻適量的外加劑，以改變混凝土的內聚性，增加附著力和流動性。
3.3.混凝土泵送頂升澆灌法
該法是在鋼管接近地面的適當位置安裝一個帶閘門的進料支管，直接與泵的輸送管相連，由泵車將混凝土連續不斷地自下而上灌人鋼管。根據泵的壓力大小，一次壓人高度可達s0---100 m。鋼管直徑宜不小于泵徑的兩倍。
[結束語]
工程實踐表明，現代鋼管混凝土結構既是一種使用高強、高性能材料的結構，也是一種具有高效施工技術的結構.鋼管混凝土內混凝土的施工較鋼筋混凝土構件和鋼構件的施工有許多優勢。與鋼筋混凝土柱相比.由于鋼管混凝土柱沒有綁扎鋼筋，因而澆灌混凝土比現澆鋼筋混凝土柱簡便;因管內無鋼筋和鋼箍，澆灌容易且質量容易保證。它必將為新世紀的國家建設和土建工程的技術進步發揮積極作用。
[參考文獻]
篇5
國外最早應用型鋼混凝土結構,主要是用混凝土來保護鋼結構,使之防火性能及防腐蝕性能得到大大改善,不必要進行經常性的、工作量很大的日常維護。后來在結構中才主要利用混凝土來提高結構剛度,以減小結構的側移。將型鋼混凝土用于高層、超高層及高聳鋼結構中,以及用于地震區的建筑中,將使建(構)筑物的側移大大減小。一般在混凝土中再不配縱向鋼筋與鋼箍。所用鋼管一般為薄壁圓鋼管或方鋼管。方鋼管混凝土結構的研究與應用歷史較短,盡管其與圓鋼管混凝土相比有一定的優點,鋼管的制作,節點的構造較為簡單,對某些受力構件,大偏心受壓構件比圓鋼管受力性能要好,不必一定做成雙肢或多肢柱。
1.鋼管混凝土結構計算模型假設
對于實心鋼管混凝土的研究，國內有學者提出鋼管混凝土統一理論，即將鋼和混凝土視為一種組合材料來研究其綜合力學性能。
鋼管混凝土統一理論有如下基本假設：
(1)鋼管混凝土可視為一種組合材料。可以由構件的工作曲線來研究其組合力學性能指標，由整個構件的形常數來計算其承載力。
(2)鋼管混凝土構件在不同荷載組合作用下的性能變化是連續、統一的。
(3)鋼管混凝土構件的性能隨幾何參數如長細比、含鋼率等的變化是連續、統一的。
(4)鋼管混凝土構件的性能變化隨其截面形狀如圓形、多邊形、方形的改變是連續、統一的。
根據這些假設，統一理論研究的基本思路是：首先分別確定鋼材和核心混凝土的應力－應變關系模型，再將應力—應變關系模型編入數值計算的程序當中，利用數值分析方法計算出構件受軸壓（拉）、純彎、純扭或純剪的荷載－變形關系曲線，進而由荷載－變形關系曲線導出鋼管混凝土各項綜合力學性能指標（如軸壓模量及強度指標，抗彎剛度及抗彎模量等）。由于計算時采用的核心混凝土的應力－應變關系模型中考慮了鋼材對混凝土的約束作用，所以在綜合荷載－變形關系中也就包含了這種作用效應，因而在各項綜合力學性能指標中也包含了這種效應，比較符合實際應用。
2.鋼管混凝土結構的優點
2.1受力合理
能充分發揮混凝土與鋼材的特長,從而使構件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對于同樣的負荷,鋼管混凝土構件的斷面將比鋼筋混凝土構件顯著減小。對混凝土來說,由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強度提高了幾倍。對鋼管來說,薄壁鋼構件對于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對稱缺陷的存在,將使實際的穩定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩定,使其弱點得到了彌補。
2.2具有良好的塑性性能
混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質,即使是鋼筋混凝土受壓構件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構件的破壞,也是脆性破壞。而且在實際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結構中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態,約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質,而且在破壞時產生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒有脆性特征,屬于塑性破壞。此外,這種結構具有良好的抗疲勞、耐沖擊的性能。
2.3施工簡單,縮短工期
鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節省腳手架。這些方面對施工都大為有利,不僅節省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現場露天工作,改善了工作條件,同時也加快了施工、縮短工期。
2.4顯著的經濟效果
與鋼結構相比,節約了大量鋼材。根據多項工程統計,鋼管混凝土大約能節省鋼材50%,因而相應地也降低了造價。與鋼筋混凝土結構相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當。這樣隨之帶來的優越性是構件自身大大減輕、構件斷面大大減小,減少了結構占地面積。由于省去了大量的模板,節省了大量木材,降低了費用,因此其取得了顯著的經濟效果。
2.5良好的抗震性能
由于結構自重大大減輕,這對減小地震作用大為有利。結構具有良好的延性,這在抗震設計中是極為重要的。而對于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點。
2.6具有美好的造型與最小的受風面積
圓形柱不僅以其美好的造型而且因其無棱角,所以特別適用于公共建筑的門廳、大廳、車站\車庫、城市立交橋以及露天塔架等高聳結構。
由于鋼管混凝土結構具有一系列的優點,因此被廣泛采用于多高層建筑、橋梁結構、地鐵車站及各種重型、大跨的工業廠房以及高聳塔架等建筑物。鋼管混凝土結構在國外應用已有近百年歷史,20世紀初,美國就在一些單層和多層房屋中采用鋼管混凝土柱。
3.鋼管混凝土結構在多層建筑中的應用
例如1984年在上海建成的基礎公司特種基礎研究所科研樓,地下2層,地上5層均為雙跨鋼管混凝土框架結構。邊柱與中柱分別為299與35l根鋼管混凝土柱,可見柱斷面及結構占地面積均比鋼筋混凝土框架柱為小。1992年泉州市郵電局大廈,高87.5m,采用框架剪力墻結構,底部三層的框架柱采用的鋼管混凝土柱。廈門信源大廈高96m,地下2層\地上28層。地下至20層的全部框架柱及20～23層的四角柱采用了鋼管混凝土。廈門埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱。惠州嘉駿大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱。惠州富紳商住樓28層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節約材料、減輕自重、縮短工期,并且如果采用鋼筋混凝土,柱斷面尤其是底下數層柱的斷面將會很大,結構占據了很大的使用面積,也給使用帶來諸多不便。
4.鋼管混凝土結構在公共建筑中的應用
在北京地鐵車站站臺中廣泛采用了鋼管混凝土柱,不僅充分發揮了其優良的受力性能,也獲得美好的景觀,縮短了工期。首鋼陶樓展覽館,全部柱子也采用了鋼管混凝土柱。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m的拱懸掛。拱采用箱形截面,分別用四根鋼管置于箱形截面的四角,用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土,以此箱形拱為依托,掛上模板,澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣解決了如此高大拱體現場澆筑混凝土的困難。充分體現了前述鋼管可作為施工時承重骨架的優越性。這一結構,實際上是鋼管混凝土與空腹桁架配鋼的型鋼混凝土結構的巧妙結合與新的發展。
5.鋼管混凝土結構在工業構筑物中的應用
鋼管混凝土結構經常用于各種設備支架、塔架、通廊與倉庫支柱等各種工業構筑物中。
工業構筑物支架柱常為軸心受壓或接近軸心受壓,塔架等構架的桿件常常以軸力為主,因此用鋼管混凝土柱受力合理,尤其對于室外的高度較高的塔架或倉庫等,用圓形柱減小了受風面積,對承受風力是理想的斷面形式。這些構筑物中比較典型的有江西德興銅礦礦石貯倉柱。圓筒貯倉高達42m,包括礦石在內總重達16000t,采用了16根鋼管混凝土柱支承。荊門熱電廠鍋爐構架1982年建成,鍋爐及附屬結構總重為4220t,構架高50m,由六根鋼管混凝土平腹桿雙肢柱支承。構架跨度22.4m,柱距12m,柱頂標高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的鋼管,顯得非常輕巧。另外筆者在萊鋼2x60萬噸水渣微粉項目中，立磨機框架高度52m，框架頂部工藝安置一臺50噸行車，框架柱采用了鋼管混凝土框架柱結構，較好解決整體框架結構頂部受力過大的問題。
華北電管局的微波塔于1988年建成,塔頂標高117m,塔身由20根令273mmX8mm無縫鋼管內注C15混凝土的鋼管輥凝土柱構成空心圓柱形結構。華東電力設計院1979年設計的500kV門式變電構架采用鋼管混凝土A形柱,構架高27.5m,采用420mmX6mm的鋼管,取得較好的經濟效果。
6.結論
由于鋼管混凝土的合理受力性能,施工簡便,可加速工期并取得一定經濟效果,因此已廣泛用于各種建構筑物及橋梁工程。當然,根據其受力特點,主要用于以軸力為主尤其是以軸壓為主的構件更顯其優越性。由于工程中各種類型構件均有,受力復雜,因此使用時應根據構件受力特點,可與鋼結構/鋼筋混凝土結構及其他組合結構結合使用,使各自發揮本身的特長而構成合理受力結構,而不可勉強地一定采用某種單一的結構體系。
【參考文獻】
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鋼管混凝土結構是由混凝土填入鋼管內而形成的一種新型組合結構。由于鋼管混凝土結構能夠更有效地發揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優點，同時克服了鋼管結構容易發生局部屈曲的缺點。近年來，隨著理論研究的深入和新施工工藝的產生，工程應用日益廣泛。鋼管混凝土結構按照截面形式的不同可以分為矩形鋼管混凝土結構、圓鋼管混凝土結構和多邊形鋼管混凝土結構等，其中矩形鋼管混凝土結構和圓鋼管混凝土結構應用較廣。
一. 鋼管混凝土結構的工作原理
眾所周知，混凝土的抗壓強度高。但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩而喪失軸向抗壓能力。在受壓時，結構不僅發生縱向變形，也發生一定程度上的橫向變形，后者與前者之比即泊松比。將鋼管和混凝土結合在一起時，鋼管的泊松比小于混凝土的泊松比時，可使混凝土處于側向受壓狀態，其抗壓強度可成倍提高。同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發揮作用，從而大大地提高了承載能力。
二．鋼管混凝土結構的特點
1．承載力高、延性好，抗震能力強
鋼管混凝土柱中，鋼管對其內部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態，提高了混凝土的抗壓強度；鋼管內部的混凝土又可以有效地防止鋼管發生局部屈曲。研究表明，鋼管混凝土柱的承載力高于相應的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內部混凝土的破壞由脆性破壞轉變為塑性破壞，而混凝土的存在也使同樣長細比的鋼管在相同受壓條件下穩定性提高，同時構件的延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具有優越的抗震性能。
塑性是指在靜載作用下的塑性變形能力。鋼管混凝土短柱軸心受壓試臉表明，試件壓縮到原長的2/3,縱向應變達30%以上時，試件仍有承載力。剝去鋼管后，內部混凝土雖已有很大的鼓凸褶皺，但仍保持完整，并未松散，用小錘輕輕敲擊后粉碎脫落，說明混凝土雖然已經失去承載力且達到脆性破壞，但兩者作為整體使得原本的脆性破壞變為塑性破壞并且發生破壞的時候產生較大的塑性變形。抗震性能是指在動荷載或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在這方面，鋼管混凝土構件要比鋼筋混凝土構件強得多。在壓彎反復荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線表明，結構的吸能性能特別好，無剛度退化，且無下降段，和不喪失局部穩定性的鋼柱相同，但在一些建筑中，鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穩定性。但還常發生塑性彎曲后喪失局部穩定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優于鋼柱。
2．施工方便，工期大大縮短
鋼管混凝土結構施工時，鋼管可以做為勁性骨架承擔施工階段的施工荷載和結構重量，施工不受混凝土養護時間的影響；由于鋼管混凝土內部沒有鋼筋，便于混凝土的澆注和搗實；鋼管混凝土結構施工時，不需要模板，既節省了支模、拆模的材料和人工費用，也節省了時間。
3．有利于鋼管的防火和抗火
當溫度升高時，混凝土的熱容大于鋼管的熱容，因此管柱截面溫度場的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時間，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結構倒塌。組合梁的耐火能力也會提高，因為鋼梁的溫度會從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。經實驗統計數據表明:達到一級耐火3小時要求和鋼柱相比可節約防火涂料1/3一2/3甚至更多，隨著鋼管直徑增大，節約涂料也越多。
4．耐腐蝕性能得到提高
鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼管結構少了二分之一，抗腐和防腐所需費用比鋼管結構節省較多。
三.鋼管混凝土結構的應用現狀
從十九世紀八十年代開始，鋼管混凝土結構就已經出現并在應用中取得了顯著地經濟效益。在二十世紀六十年代后，由于泵送混凝土結束的發展，解決了現場鋼管內部澆灌混凝土的技術問題，加上現代高強混凝土需要用鋼管約束來克服其脆性，因此鋼管混凝土結構在各國的高層建筑中得到了廣泛應用，被熱衛視高層建造技術的一次重大突破。在我國，鋼管混凝土技術的開發和應用從1966年的北京地鐵車站工程到現在有四十多年的歷史。近十年來，隨著國家經濟的發展，使得鋼管混凝土技術有了更廣泛卓越的應用。
1．鋼管混凝土在橋梁工程中的應用
1.1橋墩
對高架橋橋墩采用鋼管混凝土技術有以下有點：1）施工快捷2）承載力大，抗震安全系數高3）結構柔細，與風景協調。
1.2斜拉橋
對斜拉橋的主梁來說，應力求提高材料強度，增大跨越能力；減小橫載，節約材料用量；簡化結構，提高施工速度。鋼管混凝土桁架結構在這方面有著卓越的優勢。
1.3連續鋼構橋
在同跨徑同樣結構體系的情況下，鋼管混凝土桁架連續鋼構承載力利用系數大于預應力混凝土連續鋼構大，預應力鋼材和混凝土用量都大大減少，整體結構的輕型化產生明顯的經濟效益。
2．鋼管混凝土在工民建工程中的應用
2.1在高層建筑中的應用
在高層建筑中，鋼管混凝土具有很大的優勢：具有承載力高，抗震能力好的特點，
既可以取代鋼筋混凝土柱，解決高層建筑結構中普通鋼筋混凝土結構底部的“胖柱”問題和高強鋼筋混凝土結構中柱的脆性破壞問題，也可以取代鋼結構體系中的鋼柱，以減少鋼材用量，提高結構的抗側移剛度。鋼管混凝土構件的自重較輕，可以減小基礎的負擔。
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Keyword: steel tube concrete; Application; development
中圖分類號：TU37文獻標識碼：A 文章編號：
鋼管混凝土結構自60年代引入我國以來，迄今已有三十多年。它在我國的應用和發展歷經了兩個階段：60年代至80年代中期為推廣應用階段，80年代后期至今為發展提高階段。
鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土后形成的構件，它是在型鋼混凝土及螺旋配筋混凝土的基礎上發展起來的．鋼管混凝土利用鋼管和混凝土在受力過程中的相互作用使混凝土處于復雜應力狀態下，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善；同時由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發生局部屈曲，從而保證材料性能的充分發揮．可見，二者相互貢獻，協同互補，共同工作，提高了鋼管混凝土構件的整體性，使其具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好、施工方便、較好的耐火性能和良好的災后可修復性以及經濟指標先進等優點，因而得到了廣泛的應用。
鋼管混凝土結構的特點
鋼管混凝土結構利用鋼管和混凝土2種材料在受力過程中相互間的組合作用 充分發揮2種材料的優點與其他結構形式相比，有其很大的優越性。
1.承載力提高
一方面，鋼管混凝土構件軸心受壓時，混凝土的橫向變形受到鋼管的約束而處于三向受壓狀態，從而提高了核心混凝土抗壓強度，大大改善了混凝土的力學性能，改善了混凝土的脆性的弱點。而填于鋼管之內的混凝土，又增強了鋼管管壁的穩定性，以致其不易屈曲另一方面，承載力高，可使構件截面減小，增加使用空間，且構件自重減輕，從而減小基礎負擔，降低基礎造價。
2.變形能力好
鋼管混凝土結構中，核心混凝土在鋼管的約束下，既使其在使用階段的變形能力改善了，同時在其破壞時產生很大的塑性變形。試驗表明，鋼管混凝土柱被破壞時可以壓縮到原長的2/B鋼管中的混凝土已經由脆性破壞轉變為塑性破壞，使整個構件呈現出彈性工作塑性破壞的特征。
3.防火能力好
鋼管混凝土柱在吸熱后一些熱量會傳給混凝土，減慢鋼管的升溫速度，并且一旦鋼管部分屈服混凝土可以繼續承受軸向荷載，防止結構倒塌。而且鋼管混凝土構件在急驟降溫(如消防沖水)時又不像鋼筋混凝土那樣爆裂，說明其防火性能比鋼結構和鋼筋混凝土結構更加優越。
4.施工方便
a.鋼管本身就是模板，在澆灌混凝土時，可省去模板的施工，并可適應先進的泵灌混凝土工藝。
b.鋼管本身又兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，制作鋼管遠比制作鋼筋骨架省工，而且便于澆灌混凝土。
c.鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性鋼骨架的作用，其焊接工作量遠比一般型鋼骨架少。
5.經濟效果顯著
實踐表明，鋼管混凝土與鋼結構相比，在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節省鋼材50%并節省大量的焊接工作，與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同的條件下，構件的橫截面積可減少一半，從而使建筑空間得到加大。混凝土和水泥用量以及構件自重相應減少50%，另外，鋼管混凝土本身的施工特點符合現代施工技術工業化的要求，可大量節約人工費用，降低工程造價鋼管混凝土結構在高層建筑中都得到了廣泛應用，隨著高度超過100 m 的超高層建筑的大量興建，在高強混凝土還不普及的20世紀80年代后期，人們開始應用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問題的探索，廣州好世界廣場大廈(33層)，率先于1993年采用了C60級的鋼管高強混凝土柱并獲得成功。
我國自上個世紀90年代初開始將鋼管混凝土應用于高層建筑，到目前為止，全部或部分采用鋼管混凝土的高層和超高層建筑已有近100座。在采用鋼管混凝土的超高層建筑中，規模最大的是1999年建成的深圳賽格廣場大廈，地上72層，高291.6米，總建筑面積為16.67萬平方米，是迄今為止全部采用鋼管混凝土柱世界最高建筑。該建筑的框架柱結構及抗側立體系內筒全部采用了鋼管混凝土，該工程是完全由我國自行設計、制造和施工，為高層和超高層建筑采用鋼管混凝土結構積累了寶貴的經驗。
二．鋼管混凝土結構在高層和超高層建筑中的應用
20世紀60—80年代鋼管混凝土開始應用于工業與民用建筑．隨著理論研究的深入、設計規程的頒布和其自身具有的優點，鋼管混凝土被越來越廣泛地應用于高層和超高層建筑中。
一方面是因為鋼結構自身具有科技含量較高，利于環境保護，且可再生利用等優點，另一方面是由于我國鋼產量大幅度增加，世界鋼產量日趨飽和，鋼材價格隨之下降，所以近年來我國開始大力推廣鋼結構，鼓勵采用鋼結構．建設部等部門也為此制定了加速推廣建筑鋼結構發展和應用的目標，確定“十五”期間以推廣住宅鋼結構為重點，力爭在“十五”期間使我國建筑鋼結構用鋼量達到全國鋼材總產量的3％，到2015年達到6％。住宅建筑歷來居建筑業首位，所以在住宅建筑中推廣鋼結構勢在必行。由于目前我國人口眾多，土地資源相對不足，在人口密度大的城市，仍然是以高層為主．住宅鋼結構，具有柱子用量少，室內有效使用空間大，房屋空間布置靈活，結構性能好等優點。它所選擇的結構體系一般是：5—6層以下，框架體系或框架一支撐體系；6層以上，框架一支撐體系或框架一混凝土剪力墻(核心筒)體系；多層，大多采用雙重體系。鋼結構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，進而也就可以降低工程造價，但是，鋼骨砼柱的施工較鋼管混凝土柱施工復雜，因此，在住宅鋼結構中推廣鋼管混凝土勢在必行。
三．鋼管混凝土結構的發展方向
1.鋼管混凝土結構體系抗震性能的研究。目前，對鋼管混凝土抗震性能的研究主要集中在基本構件方面，而對由鋼管混凝土柱和鋼或鋼筋混凝土等形式的梁組成的框架結構的抗震性能則很少涉及。今后應開展這方面的研究工作，并在充分考慮結構空間作用的基礎上，提供合理的鋼管混凝土框架柱和節點的抗震技術參數，便于工程應用。
2.在防火設計方面，要簡化鋼管混凝土防火極限的設計方法，制定鋼結構(鋼管混凝土結構)住宅建筑的防火設計規范。只有這樣，才能有助于推廣鋼管混凝土在住宅建筑中的應用。
3.鋼管混凝土結構在火災后的性能研究。火災后鋼管混凝土結構的性能有其特點，應當合理地評估其強度，為該類結構的維修加固提供科學的依據。
4.節點動力性能的研究。節點是結構設計中的關鍵部位，也是施工的難點。對于鋼管混凝土節點，其合理與否直接關系到結構的安全性和整個工程的造價。
5.結合實際工程，進一步完善鋼管混凝土住宅建筑的設計理論、不同類型結構設計規范和施工規程，盡快編制各類構件的配套圖集。
此外，鋼結構住宅對施工隊伍的施工技術要求比較高，而國內大部分地區主要進行混凝土結構的施工建設，因此應該加強對鋼結構專業施工隊伍的培訓，進一步促進鋼管混凝土在高層建筑中的發展與應用。與鋼筋混凝土和鋼結構相比 鋼管混凝土是一種相對年輕的結構 但它卻以其特殊的優點，正愈來愈受到工程界的重視和青睞，相信隨著人們對鋼管混凝土這類結構的不斷認識和了解，這類結構的科學研究必將更趨深入和完善，工程應用必將更趨廣泛。
參考文獻：
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Keywords: steel tube concrete application advantages
中圖分類號：TV331文獻標識碼：A 文章編號：
引言
鋼管混凝土，是將混凝土填入薄壁鋼管內而形成的組合結構材料。因其承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好、經濟效果好等優勢，被廣泛應用于各種建筑物中，取得了良好的經濟效益，成為目前結構工程科學的一個重要發展方向，有著廣闊的應用前景。
1 鋼管混凝土的發展概況
鋼管混凝土結構的出現和應用已有上百年的歷史 最早的鋼管混凝土出現在上個世紀八十年代，在英國，鋼管混凝土首次被用于橋墩的設計，它是在鋼管內灌筑混凝土以防止銹蝕并承受壓力。隨后又被用作多層、高層建筑物的結構柱。對鋼管混凝土力學性能進行較為深入的研究始于20世紀六七十年代，美國等國家開展了大量的鋼管混凝土試驗研究和理論分析工作，取得了很大進展。并在一些工程中加以應用近些年來．對長期荷載作用下的鋼管混凝土力學性能的研究取得新進展。對鋼管混凝土動力性能研究的也進一步深入，此外，對采用高強鋼材和高強混凝土的鋼管混凝土構件力學性能以及對鋼管局部屈曲等問題也進行了不少研究工作。我國最早主要集中研究在鋼管澆灌素混凝土的內填型鋼管混凝結構，60年代中期，鋼管混凝土開始在一些廠房柱和地鐵工程中采用。進入70年代后，這類結構在冶金、造船、電力等行業的工業廠房得到廣泛的推廣應用。1978年，鋼管混凝土結構被列入國家科學發展規劃，使這一結構在我國的發展進入一個新階段，無論是科學研究還是設計施工都取得較大進展，取得了良好的經濟效益和社會效益。
2 鋼管混凝土的特點
2．1 承載力高
鋼管和混凝土之間的相互作用使該組合結構的承載力顯著提高。經實驗和理論分析證明鋼管混凝土受壓構件強度承載力可以達到鋼管和混凝土單獨承載力之和的I．7～2．0 倍。
2.2 塑性和韌性好
鋼管的套箍作用，使核心混凝土的物理性能發生了質的變化，不但在使用階段提高了彈性性質， 而且破壞時產生很大的塑性變形，由脆性破壞轉變為塑性破壞， 構件的延性明顯改善。試驗結果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時可以壓縮到原長的三分之二，完全沒有脆性破壞的特征 這種新結構在承受沖擊和振動荷載時，也具有很大的韌性，因而抗震性能良好。
2．3 制作和施工方便
與現澆鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱時沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡便。此外混凝土的澆灌更為方便，加快施工速度：與預制鋼筋混凝土構件相比，鋼管混凝土不需要構件預制作場地：與鋼結構相比，鋼管混凝土的構造通常更為簡單，因而焊縫少，更易于制作。
2．4 耐火性能較好
鋼管混凝土的核心混凝土能吸收部分熱量，減慢鋼管的升溫速度，并且在鋼管部分屈服后還可以繼續承受軸向荷載， 防止結構倒塌。另外鋼管混凝土構件在急驟降溫(如消防沖水) 時不會發生鋼筋混凝土那樣爆裂， 說明其防火性能比鋼結構和鋼筋混凝土結構更加優越。
2．5 經濟效果好
采用鋼管混凝土具有很好的經濟效果，大量工程實際經驗表明：采用鋼管混凝土的承壓構件比普通鋼筋混凝土約可節約混凝土50％，減輕結構自重50％左右 鋼材用量略高或約相等；和鋼結構相比，呵節約鋼材50％左右。此外，由于在鋼管內填充了混凝土，鋼管混凝土柱的防銹費用會較空鋼管柱有所降低。
3 鋼管混凝土在建筑施工中的應用
正是由于鋼管混凝土結構具有優越的力學性能和省工省料、施工快捷等特點，所以在國內外的高層建筑和大跨度拱橋等結構中得到廣泛的應用。例如1997年10月建成的四川萬縣長江大橋跨度達到420米。據橋梁工程師們預測，采用鋼管混凝土拱橋結構，單孔蹁有望達到500至600米高384米，采用鋼管混凝土柱建成的高層建筑也起來越多。其中江西華龍國際大廈位于江西南昌市繁華的老福山商貿區，總建筑面積為42000平方米，建筑總高度為120米，為江西省第一座高層鋼管混凝土柱鋼框架、混凝土核心筒混合結構建筑。
3.1 施工過程受力分析
由于在進行鋼管混凝土構件施工時，一般郁是先發裝好兒層的。鋼管結構，待幾層樓面結構施工完后一次澆筑其中的混凝土，同時，在許多高層建筑的地下室施工中常采用逆作法或半逆作法，這樣鋼管往往又作為施工階段的支撐從而可能引起鋼管局部應力集中或局部屈曲現象，嚴重時可導致鋼管脹裂。國內某拱橋在進行鋼管混凝土拱肋的施工時由于上述原因導致了爆管事故。鋼管混凝土結構施工階段的力學分析問題和安全性已經受到工程界的高度重視。目前國內外對組合結構的施工力學問題開展了一些初步研究：如對方鋼管混凝土柱的施工力學分析：對異型帶肋組合墻結構的施工力學分析；空鋼管在豎向施工荷載作用下管壁初應力對鋼管混凝土后期承載力的影響等。
3.1施工質量要求
3．1．1 鋼管的制作、連接等要求
有關鋼管的一些要求，均屬于構造的基本要求，可以參考《鋼結構工程施工及驗收規范》(GBJ205-83)的有關內容以及國內已建鋼管混凝土結構的施工經驗。
3．1．2 混凝土澆灌及養護
由于鋼管混凝土具有很好的整體性和密閉性，所以對鋼管內混凝土的澆灌質量無法作直觀檢查，所以必須依靠嚴密的施工組織來保證其澆灌質量。另外，由于鋼管混凝土構件周身都為密閉，造成在養護過程中，構件中間大部分地方均難以獲得充足的水分，混凝土硬化難以繼續，后期強度得不到保證。
4鋼管混凝土應用存在問題
盡管鋼管混凝土結構有諸多優點，但是由于其特性以及發展還不完善，鋼管混凝土結構在應用中還存在一些問題。
鋼管混凝土結構節點連接問題
目前，鋼管混凝土節點的試驗研究主要是針對具體工程而進行的，試驗研究缺乏系統性，節點的計算模型不明確，還沒有形成一套完整的計算理論和設計方法，往往只能依靠經驗進行截面和配筋設計， 這不利于整個結構的可靠度控制， 可能造成材料上的浪費和安全隱患。另外節點的設計選型也較困難。由于穿心構件對鋼管的削弱很嚴重，影響鋼管的強度，并且不利于核心混凝土的澆筑，不方便施焊， 所以在設計上要避免。
(2)鋼管混凝土核心混凝土質量控制問題
鋼管混凝土內的核心混凝土被鋼管所包裹，其澆注屬于隱蔽工程澆筑質量很難控制。研究結果表明，混凝土密實度對鋼管混凝土構件的力學性能影響很顯著。這種影響對軸壓短構件相對較小， 對軸壓長構件相對較大，而對偏壓構件影響最為顯著。所以在混凝土的施工過程中，既要保證混凝土的強度，還要保證混凝土的密實度，確保其力學性能不受影響。從減小變形和經濟角度考慮，核心混凝土宜采用強度等級不低于C30的混凝土。
4 結語：
鋼管混凝土能夠適應現代結構想大跨、高聳、重載發展和承受惡劣條件的要求，符合現代施工技術的工業化要求，因而正被越來越廣泛地應用于工業廠房，高層與超高層建筑、拱橋和地下結構中，并已取得良好的經濟效益和建筑效果，是結構工程科學中一個重要的發展方向。相信隨著對鋼管混凝土結構近一步的研究與探索，其優點會充分體現出來，成為一種更加完善的結構形式。
參考：
[1] 鐘善桐．高層鋼一混凝土組合[M]．華南理工大學出版社，2003．
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1引言
由幾種不同受力性質的建筑材料組成的構件或結構，在荷載作用下能夠共同受力、變形協調的結構稱為組合結構。鋼—混凝土組合結構是指用型鋼或鋼板焊成鋼截面，在其上、四周或內部澆灌混凝土使鋼與混凝土形成整體共同受力的結構。這種組合結構具有有效地節約鋼材和模板，充分發揮材料性能，抗震性能好，施工方便，降低造價等優點。重點介紹鋼管混凝土結構、型鋼混凝土結構、壓型鋼板—混凝土組合梁與鋼、混凝土組合板結構的施工。為了使施工不受季節的影響，冬天的時候可以先安裝空鋼管骨架，等到春天的時候再進行澆灌混凝土。鋼管在施工中起到很大的作用，它的吊裝質量較輕，焊接工程量遠比一般型鋼骨架少，還可以承受很大的重力。使用鋼管不但可以節省腳手架，還可以簡化施工的安裝工藝，縮短工期。現在常見的橫截面形式主要有多邊形矩形和圓形。制作鋼管遠比制作鋼筋骨架便于澆筑混凝土、省料而且省工。鋼管混凝土除具有經濟效果好、塑性和韌性好、耐火性好及承載力高等優越的力學性能，鋼管它兼有橫向箍筋和縱筋的功能，而且還是耐側壓的模板，所以在澆灌混凝土時，可省去拆、支模板的料和工。
2鋼管的混凝土設計及施工工藝分析
鋼管中混凝土采用普通混凝土，其強度等級不宜低于C30，為了達到與原材料等強的要求，焊接時一定要采用對接焊縫，也可以采用螺旋形縫焊接管、無縫鋼管和直縫焊接管。
2.1建筑工程鋼管柱吊裝
在采用預制鋼管混凝土構件時，要先等到鋼管里的混凝土的強度達到50%，這樣才可以進行吊裝，吊裝時還要密封。防止異物落入鋼管內。在吊裝時一定要應注意吊裝在荷載作用下是否變形，根據鋼管的穩定性和它的強度計算可以確定吊點的位置。在鋼管吊裝一切都結束后，必須要馬上進行檢驗和校正，一定要保證構件的穩定性。
2.2建筑工程鋼管的制作工藝技術
鋼結構采用手工焊接及滾床卷管時，應采用直流電焊機進行反接焊接施工。焊縫的質量一定要滿足二級質量標準的要求。鋼板的壓延方向要與卷管的方向保持一致。必須保證鋼管內不得有油漬等污物，核心混凝土與鋼管內壁緊密黏結。在卷板過程中，應注意管軸線與保證管端平面垂直。在卷制鋼管的時候，應根據鋼管拼接的軸線要求，讓鋼管坡口端應與管軸線嚴格保持垂直。根據不同的板厚，焊接的坡口應符合相關規定。工廠里提供的鋼管一定要有出廠合格證。施工單位在自行卷制鋼管的時候，一定不要使用有損壞或生銹的鋼板，鋼板必須平直，而且還要有試驗報告單或出廠證明書。
2.3建筑工程鋼管拼接組裝
焊接時，可以對大直徑鋼管可另用附加鋼筋焊于鋼管外壁作臨時固定連焊，對小直徑鋼管采用點焊定位，固定點的間距可取300mm左右，且不得少于3點。在肢管的對接的時候，它的間隙要放大0.5～2.0mm，這樣可以抵消收縮的變形，試焊的結果可以確定它的具體數據。如果在焊接和對接的時候發現很小的裂縫，這個很小的裂縫我們也不能忽略，一定要把裂縫的地方鏟除重焊。鋼管在對接時最好采用分段的順序而且還要保持對稱，以免對肢管產生影響，鋼管對接時焊后的管肢一定要保持平直。格構柱腹桿和肢管的組裝順序必須嚴格按照原來的工藝設計的要求進行。腹桿與肢管角度的連接尺寸必須準確。鋼管格和鋼管構柱的長度可在現場臨時加長，最好不長于12m是最合適的，也可以根據它的吊裝條件和運輸條件確定。為了確保連接處焊縫的質量，所有綴件的組裝和格構柱的肢管一定要按照工藝設計的要求去做。在管內連接處設置附加襯管，這樣可以更好的保證質量。所有的鋼管構件必須在焊縫檢查后才可以進行防腐處理。肢管與腹桿連接處的間隙應按板全展開圖進行放樣。另外，還要考慮焊接變形的影響。
3鋼管混凝土澆筑技術的方法
管內混凝土可采用高位拋落無振搗法、立式手工澆搗法或泵送頂升澆筑法。
3.1高位拋落無振搗法
用此法澆筑時，混凝士的水灰比不大于0.45，粗骨料粒徑采用5～30mm，坍落度不小于150mm。在澆筑時要連續進行不能停，如果在必須要間歇的時候，時間一定不要超過混凝土的終凝時間。高位拋落無振搗法用于高度不小于4m、管徑大于350mm的情況，它的目的是利用下落時產生的動能達到振實混凝土。如果在拋落的高度不足4m區段內，一定要采用內部振搗器來振實，振搗的時間最好為30～45s。當混凝土澆灌到鋼管頂端時，要等到混凝土的強度達到設計值的50%后，在將混凝土澆灌到稍低于鋼管口的位置，這樣才能將封頂板或層間橫隔板一次封焊到位。也可將層間橫隔板或封頂板按設計的要求進行補焊，這樣就能使混凝土稍微溢出后再將留有排氣孔的封頂板或層間橫隔板緊壓在管端。混凝土要由頂端管口連續注入管內，可以采用料斗裝填也可用泵車從地面泵至柱頂。為了方便混凝土在下落時空氣能夠順利排出，每一次拋落的混凝土最好在0.7m3左右，而且料斗的下口尺寸要比鋼管直徑小100～200mm。在需留施工縫時，應將管口封閉，防止油、水和異物等落人。為了避免自由下落時混凝土骨料產生彈跳現象，要先澆灌一層厚度為10～20cm的水泥漿和混凝土強度等級相同的。如果發現有不密實的地方，可以采用鉆孔壓漿法進行補強，然后將鉆孔補焊封固。澆灌質量可以先用敲擊鋼管的方法來進行初步檢查，如果發現有異常，在用超聲脈沖技術來檢測。
3.2立式手工澆灌法
立式手工澆筑法，粗骨料粒徑可以采用10.40mm，它的水灰比要不大于0.4且混凝土的坍落度要在2～4cm內；如果有穿心部件時，它的粗骨料粒徑宜減小為5～20mm，坍落度宜不小于l5cm。管內混凝土自鋼管上口澆入，用振搗器振搗。在管徑小于350min時，我們可以采用外部振搗器進行振搗。它的工作范圍是以鋼管的橫向振幅不小于0.3mm為有效。外部的振搗器位置應該隨著混凝土澆筑的進展加以調整。它的振搗的時間一定要不小于1min。每一次澆灌的高度不能大于2.3m柱長并且一定要在振搗器的有效工作范圍內。在管徑大于350mm時，要采用內部振搗器，它的振搗時間不少于30s且一次的澆筑高度不宜大于2m。
3.3泵送頂升澆筑法
用此法澆筑混凝土的粗骨料粒徑采用5—30mm，水灰比不大于0.45，坍落度不小于150mm，而且需要有較好的流動性，但管壁要有良好的黏結且縮亦要小。鋼管的直徑宜不小于泵徑的兩倍。為了避免在拆除進料支管時混凝土回流，我們可以在進料支管上設一個止流閘門。當混凝土澆筑結束時，為了控制泵壓，一定要等2～3min，然后打開止流閘門，這些都結束后才可以拆除混凝土輸送管。而且還要等到管內混凝土的設計強度達到70%后，然后在切除進料的支管且補焊洞口管壁，在修補焊洞口的時候，要采用原來開洞時切下的鋼板。此方法不可進行外部振搗，以免泵送急劇上升甚至導致中斷澆筑。此方法就是在鋼管接近地面的適當位置上安裝一個帶閘門的進料支管，讓它與泵車的輸送管相連，并且利用泵車的壓力來不斷地灌入鋼管，這個方法不需要振搗。
4結束語
隨著理論研究的深入和新的施工工藝的產生，鋼材和混凝土兩種材料各自的優點有效地發揮出來，在工程中起到了有效的作用。鋼管混凝的產生是由混凝土填入鋼管內而形成的一種新型的組合結構，同時也克服了鋼管結構容易發生局部屈曲的缺點，在工程中得到廣泛的應用。
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一、鋼管混凝土的優點
（1）受力合理,在鋼管混凝土施工和使用的過程中，由于其隨著鋼管管材的影響而在使用的過程中受力均勻合理，使得其大大的提高了混凝土的受力過程，增加了建筑物的質量保證，從而使構件的承載能力大大提高。在另外一方面，由于在混凝土施工的過程中各種施工手段和裂縫形式是影響當前建筑物的主要缺陷，鋼管混凝土由于其受力均勻，避免了其由于承壓不足而出現的裂縫，在一定程度上降低了混凝土裂縫。對混凝土來說,由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,這樣提高了混凝土的抗壓能力，更是加強了其承壓過程，被各種道路和橋梁施工中廣泛的使用。使混凝土抗壓強度提高了幾倍。對鋼管來說,薄壁鋼構件對于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對稱缺陷的存在,將使實際的穩定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩定,使其弱點得到了彌補。
（2）具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質,即使是鋼筋混凝土受壓構件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構件的破壞,也是脆性破壞。而且在實際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結構中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態,約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質,而且在破壞時產生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒有脆性特征,屬于塑性破壞。
此外,這種結構具有良好的抗疲勞、耐沖擊的性能。
（3）施工簡單,縮短工期。鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節省腳手架。這些方面對施工都大為有利,不僅節省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現場露天工作,改善了工作條件,同時也加快了施工、縮短工期。
（4）獲得了很好的經濟效果。與鋼結構相比,節約了大量鋼材。根據多項工程統計,鋼管混凝土大約能節省鋼材50%,因而相應地也降低了造價。與鋼筋混凝土結構相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當。這樣隨之帶來的優越性是構件自身大大減輕、構件斷面大大減小,減少了結構占地面積。由于省去了大量的模板,節省了大量木材,降低了費用,因此其取得了顯著的經濟效果。
（5）具有良好的抗震性能。由于結構自重大大減輕,這對減小地震作用大為有利。結構具有良好的延性,這在抗震設計中是極為重要的。而對于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點。
由于鋼管混凝土結構具有一系列的優點,因此被廣泛采用于多高層建筑、橋梁結構、地鐵車站及各種重型、大跨的工業廠房以及高聳塔架等建筑物。鋼管混凝土結構在國外應用已有近百年歷史,20世紀初,美國就在一些單層和多層房屋中采用鋼管混凝土柱。
二、鋼管混凝土結構在多層建筑中的應用
1984年在上海建成的基礎公司特種基礎研究所科研樓,地下2層,地上5層均為雙跨鋼管混凝土框架結構。邊柱與中柱分別為令299與個35l的鋼管混凝土柱,可見柱斷面及結構占地面積均比鋼筋混凝土框架柱為小。廈門埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱。惠州嘉駿大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱。惠州富紳商住樓28層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節約材料、減輕自重、縮短工期,并且如果采用鋼筋混凝土,柱斷面尤其是底下數層柱的斷面將會很大,結構占據了很大的使用面積,也給使用帶來諸多不便。
三、鋼管混凝土結構在公共建筑中的應用
北京地鐵車站站臺柱。在北京地鐵車站站臺中廣泛采用了鋼管混凝土柱,不僅充分發揮了其優良的受力性能,也獲得美好的景觀,縮短了工期。首鋼陶樓展覽館,全部柱子也采用了鋼管混凝土柱。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m的拱懸掛。拱采用箱形截面,分別用四根鋼管置于箱形截面的四角,用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土,以此箱形拱為依托,掛上模板,澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣解決了如此高大拱體現場澆筑混凝土的困難。充分體現了前述鋼管可作為施工時承重骨架的優越性。這一結構,實際上是鋼管混凝土與空腹桁架配鋼的型鋼混凝土結構的巧妙結合與新的發展。
四、鋼管混凝土結構
除廣泛應用于多高層民用建筑、公共建筑及工業廠房以及橋梁中外,也經常用于各種設備支架、塔架、通廊與倉庫支柱等各種構筑物中。
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1 鋼管混凝土結構的特點
1.1 承載力高、延性好、抗震性強
鋼管對于其內部的混凝土來說可起到約束作用，可使混泥土處于三向受壓的狀態，這種狀態下的混凝土要更加耐壓。同時，鋼管由于內部混凝土的填充又會使其減少局部屈曲的發生。通過鋼管和混凝土之間的相互作用，還可以使鋼管內混凝土的脆性破壞變成塑形破壞，使構建的延性性能和耗能能力都得到改善，有較強的抗震性。
1.2 施工方便，使工期大大縮短
在鋼管混凝土結構的施工過程中，鋼管可以扮演勁性骨架的角色，承擔施工階段的結構重量和施工荷載，減少混凝土養護的時間，使施工不受其影響。因為鋼管混凝土內部沒有鋼筋，因此也更方便對混凝土進行搗實和澆筑。另外，因為鋼管混凝土結構在施工時不需要模板，所以可以節省大量的時間，也能夠大量的材料和人工費用。
1.3 有利于鋼管的防火與抗火
因為鋼管內填有混凝土，可以吸收熱能，所以在遇到火災時，管面截面的溫度場分布就會不均勻，這樣一來就可以使柱子的耐火時間增加，放慢鋼柱的升溫速度，就算鋼柱發生屈服，其中的混凝土也能承受大部分的軸向荷載，可以有效地防止結構的倒塌。同時，由于鋼梁的溫度也會隨著熱量由頂部翼緣向混凝土的傳遞而逐漸降低，是組合梁的耐火能力得到提高。
1.4 耐腐蝕性能優于鋼結構
由于在鋼管內澆筑混凝土使得鋼管外露的面積與鋼結構相比相對較少，因此受外界氣體腐蝕的面積少，所以用于防腐和抗腐的費用也會較少。而且鋼管混凝土構件的截面形式對于鋼管混凝土結構的受力性能、施工工期和難易程度以及工程造價等方面都有影響。例如，圓鋼管混凝土的圓鋼管可以很好的約束其內部的混凝土，使混凝土處于三向受壓狀態，以增強其抗壓強度，但是實際施工的難度較大，成本也比較高。而方鋼管混凝土的施工難度小，成本低，但是其自身的承載力不高。
2 鋼管混凝土結構在民用建筑工程中的實踐
2.1 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結構，用鋼量低
除了深圳賽格廣場大廈之外，我國其他大多數地方的鋼管混凝土結構工程都普遍采用了鋼管混凝注，而梁板仍然采用普通的鋼筋混凝土結構。在民用高層建筑結構的設計中，會將消防梯和電梯井道組成混凝土核心，并利用其作為抗側力結構，并且包括樓板在內的以承重垂直為主的鋼框架就全部采用鋼混組合結構。
2.2 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結構，建筑物自重大幅下降
若采用鋼管混凝土柱、鋼一混凝土組合梁板結構房屋的話，建筑物的自重會處于1.0t/m2-1.11t/m2之間，如果不計算筒體的多層框架結構的話，建筑物的自重會更輕，例如庫爾勒住宅樓，它的自重是0.76t/m2。這樣一來，建筑物的自重就會比傳統的采用鋼筋混凝土結構的自重輕上30%以上。因此會使樁的用量減少，地基負荷減少，也會減小筏板基礎的厚度，從而使工程造價降低。
2.3 采用鋼管混凝土柱.可增加有效使用面積
與鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土的承載能力更強，可以達到單獨的鋼管或者單獨的混凝土的承載力之和的1.7-2.0倍，可以鋼管混凝土不受軸壓比的限制，所以將鋼管混凝土應用到高層建筑中，可以將截面減少到50%以上。例如，有專家曾經對深圳賽格廣場大廈進行計算，它的最大柱受力N=9×104kN，柱斷面Ф1600×28，若果采用的是鋼筋混凝土的話，其斷面是2.4m×2.2m，要是采用的是鋼管混凝土柱的話，其截面會減少62%，從而會大大增加建筑物的可用面積達到8000O。
2.4 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結構施工方便、速度快
在設計鋼管混凝土柱，輕鋼組合梁板結構時，需要做到節點統一和構件統一，只有做到這兩點才會使工廠制作的難度降低，使施工更方便，并能夠使室外作業工廠化，高空作業地面化。例如陸海城工程的6幢樓統一采用300鋼管混凝土立柱，只是對鋼管混凝土立柱的厚度進行改變而不改變其直徑。梁則全部采用H一320×150×5×8這一種規格。而鋼質樓承板也是通過供貨商統一定尺切割成型的，只需要在施工現場用栓釘將其固定住就可以了，因此在整個安裝施工的過程中，所有工序都比較方便。而且鋼管本身的剛度高，質量輕也不容易變形，因此對其的運輸吊裝也比較方便，一般控制在3層樓一節用耳板定位，所以現場的焊接工作也會比較輕松。除此之外，鋼管混凝土柱也不用進行鋼筋和綁扎和支模拆模等復雜的工序，相比混凝土土柱來說，施工方便，可以根據工程的實際情況對管內的混凝土可以采用泵送頂升法、高空拋落不振和手工逐段澆搗等方法進行澆灌。舉目前正在施工的精工商務大廈為例，Ф500的鋼管混凝土采用了泵送混凝土逐段澆搗法，其施工過程十分的方便快捷。和梁連接的柱上下之間加強環板，因其接點統一，所以可以在工廠中沖壓成型，進行批量化的生存。而且依據實際需要，事先焊在鋼管柱上，用高強螺栓將框架梁腹板進行聯結，上下異緣剖口對接，這樣施工起來也相當的方便。鋼質樓承板的鋪設不僅不需要進行支模、拆模等復雜的工序，而且還會節省掉樓板底部受拉鋼筋，使施工更加方便，將大大提升現場的施工速度。
3 結語
從我國實行改革開放政策以來，民用建筑工程行業就迎來了新的發展機遇，以北京、上海、深圳等地的民用建筑發展最為突出。它們相繼建成了數百幢鋼結構高層建筑，層數累計起來已經超過90余層，總建筑面積將近200×104O，但是這些建筑的造價之高有嚴重影響了鋼結構的發展的廣泛性，尤其是在低層的民用建筑中，建造商一般都不愿意采用鋼結構。近幾年，鋼一混凝土結構體系憑借其獨特的優勢逐漸被建筑商所重視，被廣泛應用于民用建筑工程之中。有些專業對已經竣工的森茂大廈、世界廣場、商辦大樓進行造價統計時發現，鋼一混凝土結構體系在工程造價方面的優勢十分明顯的，在加上其其他的綜合優勢勢必會對我國民用建筑行業的發展起到巨大的推動作用，勢必會帶來豐厚的經濟效益。
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中空夾層鋼管混凝土，是將內外兩根鋼管以相同的形心放置后，在兩鋼管夾層間灌注混凝土而形成的整體受力構件。作為一種新型的鋼管混凝土結構形式，它是在實心鋼管混凝土的基礎上發展而來的。中空夾層鋼管混凝土內、外鋼管可采用不同的截面形式，常用的鋼管截面形式有圓形、方形和矩形，將其中任意兩種兩兩組合，可以得出該類構件的多種截面類型。目前，海內外的專家學者主要研究的是以下五類截面。相比方、矩形截面來講，圓形截面更不易發生局部屈曲，因此將圓形截面作為中空夾層鋼管混凝土的鋼管更有利，同時方形鋼管作為外管有利于梁柱節點的連接。
2?研究現狀
文獻[1]進行了圓中空夾層鋼管混凝土軸壓短試件的力學性能試驗，其截面形式如圖1-3（a）所示，其鋼管的徑厚比（D/t，D為圓鋼管的外徑，t為圓鋼管的壁厚）范圍為43~169。構件在兩層鋼管之間灌注的混凝土為樹脂混凝土，混凝土的圓柱體抗壓強度為58.6Mpa。試驗中進行的一次軸壓加載的試驗結果表明：試驗時構件的荷載—變形關系在加載后期基本都出現了下降段，其軸壓極限承載力比鋼管和混凝土二者疊加的承載力要高出10~30%，同時在承載力峰值點處的應變值達到了1%，大于鋼管或混凝土單獨加載時各自峰值點處的應變值。試驗結果還表明，鋼管和混凝土之間的相互作用使得鋼管的局部屈曲大大延遲，在鋼管發生局部屈曲后，由于混凝土的存在使得鋼管的屈曲發展較慢，這種情況一直保持到混凝土被壓碎。對中空夾層鋼管混凝土軸壓構件的荷載-變形關系進行了初步分析，分析時考慮了鋼管和混凝土之間的相互作用力。由于采用的分析方法無法考慮混凝土破壞后的情況，因而提供的方法僅能計算出構件的荷載-變形關系至峰值點處，無法更進一步準確的模擬出構件荷載—變形關系的下降段。
文獻[2]報道了6個圓中空夾層鋼管混凝土試件軸壓力學性能的試驗研究結果。試驗過程中的主要變化參數為內管和外管所用的鋼管尺寸大小，其鋼管徑厚比的變化范圍大致為19~57。試驗結果表明：試件具有很好的延性和能量吸收性能。試件的外管在試驗過程中的破壞形態和普通鋼管混凝土的外包鋼管相類似，呈象腿狀，但內管的破壞情況卻有所不同，呈扭曲的鉆石狀。
文獻[3]共進行了8個方中空夾層鋼管混凝土軸壓短試件的試驗研究。在制作試件時，其所用的方管為冷彎薄壁型鋼，方管的寬厚比（B/t，B為方鋼管的外邊長，t為方鋼管的壁厚）范圍為11~50。試驗結果表明方中空夾層鋼管混凝土試件與空鋼管相比具有很好的延性和能量吸收性能。
文獻[4]進行了5個中空夾層鋼管混凝土試件的試驗研究，表明中空夾層鋼管混凝土試件在破壞時的跨中撓度要比空鋼管試件高2倍左右。
文獻[5]對圓中空夾層鋼管混凝土壓彎構件的滯回性能進行了試驗研究。試驗是以一個實橋的橋墩為原始模型，按1:10的比例共制作了4個中空夾層鋼管混凝土試件和2個鋼管混凝土對比試件。試驗結果表明，中空夾層鋼管混凝土試件的截面中空并未影響其變形能力，其極限承載力比相同外管的鋼管混凝土試件高。
文獻[6]對寬厚比為62.2、46.6、40的方中空夾層鋼管混凝土構件固定軸力施加循環荷載時，發現當寬厚比為40時，中空夾層鋼管混凝土試件不論在強度、延性及自重減輕上都有很好的效果。
文獻[7]的研究表明中空夾層鋼管混凝土柱的峰值應變約為無約束混凝土的1.6到2.3倍，表明混凝土受到了良好的約束。而中空夾層鋼管混凝土柱的綜合彈性模量為實心鋼管混凝土柱的1.5倍以上，表明中空夾層鋼管混凝土有著良好的軸向剛度。另外中空夾層鋼管混凝土的抗彎能力也高于實心鋼管混凝土。
3?研究展望
作為一種新型結構，有關中空夾層鋼管混凝土的研究還有許多急需解決的課題，應開展以下幾方面的研究工作。：
（1）中空夾層鋼管混凝土節點、框架和結構體系的研究。作為一種新型的結構形式，要在工程中將其推廣應用的話，需要對節點、框架和結構體系進行系統的研究。
（2）長期荷載作用和復雜受力狀態下的影響。在橋梁、高層和超高層建筑結構中使用中空夾層鋼管混凝土時，需要考慮長期荷載以及壓彎剪扭等復雜受力作用下對其力學性能的影響。
（3）耐火性能和抗火設計方法的研究。在建筑結構中使用中空夾層鋼管混凝土時，需要考慮突發火災事故后承載力降低和整體結構安全性降低等問題，因此要對它的耐火性能和抗火設計方法進行研究。
（4）界面損傷與承載力的關系。由于具有外管和內管，中空夾層鋼管混凝土中混凝土與鋼之間的界面面積比實心鋼管混凝土大，因此應該對中空夾層鋼管混凝土的界面損傷與承載力的關系進行研究。
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篇13
經過近半個世紀的發展, 鋼管混凝土的研究在我國日趨完善和深入。特別是近20 年, 不斷地取得了很多杰出的成果, 在構件性能和理論研究方面已經達到了國際領先水平。同時在工程應用方面也做出了突出的貢獻。
一、關于鋼管混凝土結構的特征分析
1.施工方便快捷。鋼管混凝土柱由于零件少, 焊縫少, 構造簡單, 同時構件自重輕, 運輸和吊裝容易, 可以采用“逆作法”或“半逆作法”施工工藝, 因而施工方便快捷。與鋼筋混凝土柱相比, 沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序, 施工簡單；鋼管內無鋼筋, 混凝土澆灌、振搗容易。在管柱下部開臨時澆灌孔, 用泵送頂升法自下而上灌注混凝土, 既方便快捷又容易保證澆灌質量。而且在澆筑后鋼管內處于相當穩定的濕度條件, 水分不易蒸發,省去了澆水養護。我國創造并廣泛使用的高位拋落免振搗混凝土施工方法,更是簡化了現場澆灌混凝土的工序, 方便了施工。
2.耐火性能和火災后性能好。鋼管內所灌混凝土相對鋼材具有較大的熱容量, 能吸收大量的熱量。在遭受火災時, 外部鋼管雖然升溫較快, 但內部混凝土升溫滯后, 仍具有一定的承載力, 因而增加了柱子的耐火時間, 相對鋼結構可以大量節約防火涂料。此外, 火災后, 隨著外界溫度的降低, 已屈服鋼管的強度可以得到一定程度的恢復, 截面的力學性能相對高溫下有所改善, 因而鋼管混凝土具有良好的火災后性能。這不僅為結構的加固補強提供了一個較為安全的工作環境, 也可減少補強工作量, 降低維護費用。
二、關于鋼管混凝土結構在建筑工程中的應用分析
1.鋼管混凝土在拱橋中的應用。將鋼管混凝土用于拱橋, 符合拱橋設計中要求材料高強、拱圈無支架施工及輕型化的發展方向. 我國采用鋼管混凝土拱橋是從上個世紀80年代開始的, 某縣東河大橋是采用鋼管混凝土拱肋的公路拱橋, 凈跨度為115m, 為下承式拱。近十幾年以來, 鋼管混凝土拱橋在我國公路和城市橋梁中發展十分迅速。鋼管混凝土拱橋一般分為兩類, 一種是將鋼管混凝土直接用作拱橋結構的主要受力部分, 同時也作為結構施工時的勁性骨架, 截面設計由前者控制；另一種是先將鋼管用于施工時的勁性骨架, 然后再內灌混凝土并與外包混凝同形成斷面, 鋼管混凝土參與拱橋建成后的受力、截面設計以及施工階段控制。直接以鋼管混凝土為勁性骨架的最大跨度拱橋是萬縣長江大橋, 跨度420m, 也是世界上目前跨度最大的拱橋。
2.鋼管混凝土在高層建筑中的應用。鋼管混凝土用于高層建筑的柱結構和抗側力體系, 可使構件截面減小, 節約建筑材料, 增加使用空間, 且構件自重減輕, 從而可減小基礎的負擔和造價。同時, 鋼管混凝土抗震性能好, 耐火性能優于鋼結構, 相對于鋼結構可降低防火造價。由于鋼管混凝土中的鋼管可作為施工期間的支架, 從而可采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法, 大大加快施工速度, 降低施工費用。我國自上個世紀90年代初開始將鋼管混凝土應用于高層建筑。全部或部分采用鋼管混凝土的高層建筑已有近100幢.我國鋼管混凝土應用于超高層建筑中規模最大的是某廣場, 共40層, 地上部分高200.6m,建筑面積共15. 5萬m2。該建筑的柱結構及抗側力體系的內筒全部采用了鋼管混凝土柱。該工程的設計、制造和施工為高層超高層建筑中采用鋼管混凝土積累了寶貴的經驗, 并為繼續發展和推廣這一新結構體系,以代替傳統的鋼結構奠定了基礎。國外的鋼管混凝土超高層建筑發展也很快。已經完成設計的日本東京Shimizu超高層建筑, 總計121層, 總高550m, 采用矩形截面鋼管混凝土柱, 壓型鋼板-輕型混凝土組合樓蓋體系。
三、關于鋼管混凝土結構存在的問題和發展前景
1.國內外對鋼管混凝土動力性能的研究主要集中在試驗研究階段, 且大都只能從滯回性能定性的得出鋼管混凝土抗震性能好的結論, 缺乏相應的理論推導, 尚未形成可供規范使用的計算理論和設計公式。由于鋼管混凝土柱延性好、
抗震性能優良, 對由鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土橫梁組成的框架結構, 在設計中其抗震等級的劃分和計算參數的選取暫按鋼筋混凝土結構的有關規定執行, 顯然偏于保守, 彈性和塑性層間位移角限制的選取也值得商榷。對結構進入彈塑性后的動力性能( 如阻尼比等的變化規律) 、結構的耐疲勞性能、鋼骨- 鋼管混凝土組合柱的動力性能及基于性能的鋼管混凝土抗震設計方法等的研究更是幾乎沒有。
2.構件及節點制造缺乏標準化和定型化。鋼管混凝土柱節點類型多樣, 性能各異, 且管柱都是先在鋼結構制造工廠定制, 然后運到工地直接拼裝。構件及節點的標準化和定型化可以大大提高其生產效率, 更加充分地發揮鋼管混凝土的經濟效果, 并且能改善構件制造的質量。
3.殘余應力和初應力的影響。實際結構中使用的鋼管往往由鋼板焊接而成, 焊接殘余應力對鋼管混凝土構件性能的影響較大, 當管壁較薄時更為突出。且在施工中, 內填混凝土澆注前鋼管也有相當的初應力。關于殘余應力和初應力對
結構性能影響方面的研究尚不夠深入和系統。
結束語
近些年來鋼管混凝土結構無論在科研還是工程應用方面都取得了很大的發展. 在科研方面, 科研人員對鋼管混凝土構件的力學性能及鋼管混凝土的耐火性能進行了較深入的研究, 已取得大量有實用意義的成果, 而且許多都應用在最新規程的編制和工程實踐當中；工程應用方面, 在大跨度拱橋結構和高層、超高層建筑中都得到愈來愈廣泛的應用。
參考文獻：
[1]韓林海. 鋼管混凝土結構--理論與實踐[M] .北京: 科學出版社, 2009.
