楊瑞

摘要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)中，隨著建筑物高度的增加，鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也將會(huì)得到快速的發(fā)展。鋼管混凝土利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對(duì)其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)之下，不但提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，而且還使其塑性和韌性性能得到改善。本文探討了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用與前景。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；建筑工程；應(yīng)用；前景

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種新型的組合結(jié)構(gòu)，對(duì)其的科學(xué)研究不斷的迅速發(fā)展，因鋼管混凝土具有的各種優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，是今后在建筑結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力性能合理，施工工藝簡(jiǎn)便，為土木工程建筑中增添了許多精品工程。由于還存在一些問題，因此還有必要對(duì)鋼管混凝土的性能進(jìn)行更深入、更系統(tǒng)的研究，為人類生活做出了積極的貢獻(xiàn)。

一、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

第一，節(jié)約建筑成本。與純鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)大大節(jié)約了建筑成本。據(jù)估計(jì)如果建筑企業(yè)采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)而不去采納鋼結(jié)構(gòu)，那么大概可以節(jié)約一半鋼材和近一半的混凝土，所以鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可以說(shuō)是既節(jié)省了建筑材料，也降低了建筑成本，整體工程造價(jià)大大降低，在國(guó)際上此類采用不同建筑架構(gòu)導(dǎo)致建筑成本上漲或下降的例子也屢見不鮮。

第二，承壓能力強(qiáng)。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)本身的特殊性使得它的承載力較于鋼結(jié)構(gòu)有較大的增強(qiáng)，將混凝土注入鋼管，鋼管對(duì)混凝土的束縛使得混凝土一直處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，從而混凝土的抗壓能力和變形能力都顯著增強(qiáng)。

第三，優(yōu)良的可塑性?；炷帘旧磔^為“脆弱”，當(dāng)它和鋼筋混合以后，因?yàn)槭芰υ蜃陨淼难诱剐?，韌性和可塑性大大提高。

第四，抗震性能較強(qiáng)。自然災(zāi)害的發(fā)生也使得人們對(duì)建筑的安全問題愈加關(guān)注，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑抗震性能要優(yōu)于純粹的鋼結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)使得混凝土一改自身的“脆性”，擁有了較強(qiáng)的韌性和延展性，再加之鋼管本身的優(yōu)良的抗壓能力和吸能性，使得這種新型結(jié)構(gòu)即使在經(jīng)過反復(fù)的壓磨和搖晃情況下，也依然能保持最初的架構(gòu)模式。

第五，耐火能力強(qiáng)。土可以用來(lái)壓制火勢(shì)，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的開發(fā)研究也正是考慮到了這一點(diǎn)。相比于鋼材，混凝土具有較大的比熱容，能在短時(shí)間內(nèi)更好的吸附熱量。因此雖然鋼管在遇火時(shí)升溫較快，但是鋼管內(nèi)部的混凝土結(jié)構(gòu)又起到了降溫的作用，這樣一來(lái)就有效地提升了鋼管的耐熱時(shí)間。

二、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用

1.高層建筑工程

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分普遍，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)所具備的優(yōu)勢(shì)就是有著較高的承載力和較好的抗震性，能夠在一定程度上取代鋼筋混凝土，在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)中，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在底部“胖柱”現(xiàn)象，高強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中柱的破壞屬于脆性破壞，由此，鋼管混凝土則可以替代鋼筋混凝土，繼而解決上述問題。鋼管混凝土還能取代鋼結(jié)構(gòu)體系中的鋼柱，減少鋼材使用量，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度。建筑工程若全部使用的是鋼管混凝土，可選擇“全逆作法”“半逆作法”，這兩類施工方法可縮短施工工期。在鋼材取材、厚度和成本等方面，鋼管混凝土柱均有著突出的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，與鋼柱相比較可知，鋼管混凝土柱的防火性和耐腐蝕性更強(qiáng)。

2.單層及多層工業(yè)廠房柱

就單層的工業(yè)廠房柱，該類型的廠房柱屬于偏心受壓構(gòu)件，因而要想保證鋼管混凝土結(jié)構(gòu)所具備的特點(diǎn)得以最大限度的發(fā)揮，相當(dāng)多的工程會(huì)以雙肢柱、三肢柱以及四肢柱等格構(gòu)式組合柱為主要形式，將偏心彎矩向軸心力轉(zhuǎn)變。

3.大跨度橋梁工程

在我國(guó)拱橋結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土的應(yīng)用比較廣泛，其中斜拉橋結(jié)構(gòu)中也有其應(yīng)用。拱橋結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)的是軸向壓力，它的跨度和拱肋所承受的壓力之間成正比的關(guān)系，對(duì)此，需要通過鋼管混凝土，以便于更好的適用于拱橋結(jié)構(gòu)。實(shí)踐表明，在拱橋修建過程中，勁性鋼骨架的作用除了施工受力，對(duì)于作為成橋后的受力結(jié)構(gòu)而言也是比較理想。弦桿采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，提高了強(qiáng)度與穩(wěn)定性，同時(shí)施工過程中鋼管還具有澆筑混凝土模板與鋼筋的作用。因此，對(duì)于大跨度橋梁工程而言，鋼管混凝土的使用還是比較合理的。

4.其他應(yīng)用

鋼管混凝土同時(shí)還廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房柱，為了發(fā)揮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，很多工程中的柱采用格構(gòu)式組合，直接把偏心彎矩變?yōu)檩S心受力，使整個(gè)結(jié)構(gòu)變得更加輕巧而剛度大的同時(shí)節(jié)約了鋼材。

地鐵車站也普遍地采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土在這里能顯示出更多的優(yōu)越性，有效地利用地下空間，通常采用逆作法表現(xiàn)為深埋或者淺埋，通過先施工地下室的頂蓋，在頂蓋保護(hù)下進(jìn)行開挖，然后從頂?shù)降醉樞蜻M(jìn)行施工。鋼管混凝土柱將施工階段劃分為臨時(shí)和永久結(jié)構(gòu)，因此是最好的選擇。

三、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展的前景探索

1.高強(qiáng)材料研發(fā)及其應(yīng)用

隨著近些年高強(qiáng)混凝土材料的迅猛發(fā)展，在我國(guó)城市內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用C60 混凝土，也有的開始使用C70 或者C80，這使得鋼管混凝土柱的承載力更高，混凝土得以節(jié)約。然而高強(qiáng)混凝土仍然存在一些不足，其強(qiáng)度的提高導(dǎo)致脆性增加，結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性無(wú)法得到保障。鋼管混凝土中以處于三向受壓狀態(tài)的混凝土為核心，使得其延性性能得以大幅度改善，脆性破壞情況得到有效控制。就是說(shuō)只有鋼管混凝土柱使用高強(qiáng)混凝土，才能夠使其強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮。由此可見，高強(qiáng)鋼管混凝土發(fā)展的潛力及其發(fā)展的空間可以說(shuō)尤為可觀。

當(dāng)前，相關(guān)研究學(xué)者已經(jīng)開始對(duì)高強(qiáng)鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了一系列的分析及研究，在此過程中得知，高強(qiáng)鋼管混凝土構(gòu)件和其他普通的鋼管混凝土比較，兩者力學(xué)性能有一定差別。對(duì)于一般類型的鋼管混凝土構(gòu)件，它的設(shè)計(jì)公式在高強(qiáng)鋼管混凝土設(shè)計(jì)中并不適用，而現(xiàn)如今相關(guān)部門僅僅對(duì)一般類型的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范、設(shè)計(jì)要求及規(guī)程作了規(guī)定，所以，要對(duì)高強(qiáng)鋼管混凝土予以分析，盡快制定與之相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范。

2.耐火性能的研究

目前，我國(guó)針對(duì)鋼管混凝土的防火規(guī)范并沒有制定出來(lái)。就已建成的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)而言，其采用的形式也各有不同，有的按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的要求采用的混凝土外包，有的會(huì)涂刷防火涂料，這些形式的規(guī)定并不統(tǒng)一，同時(shí)參考依據(jù)也并不科學(xué)。近幾年來(lái)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中關(guān)于耐火性的研究相對(duì)較多，隨之取得了諸多的研究成果，因而要結(jié)合具體國(guó)情，科學(xué)合理的編制防火規(guī)范，以便于和鋼管混凝土相配合。

3.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性

就鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土柱的框架結(jié)構(gòu)，對(duì)其抗震性的對(duì)比試驗(yàn)，需要立足于理論，來(lái)分析這兩類結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性，試驗(yàn)表明，在抗震性能方面鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越。然而就現(xiàn)階段鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的研究情況來(lái)看，基本構(gòu)件依舊是其中不可或缺的一大研究?jī)?nèi)容，但是對(duì)于鋼管混凝土抗震性方面的研究仍需要進(jìn)一步完善。對(duì)此，必須針對(duì)這些方面進(jìn)行全方位的分析，繼而為工程施工建設(shè)提供更為科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)。

綜上所述，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相比， 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)集中了二者的優(yōu)點(diǎn)，且具有較好的抗震性能及經(jīng)濟(jì)性，隨著人們對(duì)該體系的研究深入，必將得到更為廣泛的應(yīng)用。

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