钢管混凝土在住宅建筑中的应用

摘要：简要介绍了钢管混凝土的发展史和研究进展及其在实际工程中的应用,阐述了钢管混凝土在钢结构住宅建筑中应用的特点及工程应用,并对今后需要进一步研究的问题进行了展望。

关键词：钢管混凝土 住宅建筑 多高层建筑 工程应用

　　钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土后形成的构件，它是在型钢混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上发展起来的。钢管混凝土利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善; 同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证材料性能的充分发挥。可见，二者相互贡献，协同互补，共同工作，提高了钢管混凝土构件的整体性，使其具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好、施工方便、较好的耐火性能和良好的灾后可修复性以及经济指标先进等优点，因而得到了广泛的应用[1-2]。

1 钢管混凝土的研究进展

　　按照截面的形式，钢管混凝土可分为圆钢管混凝土（习惯称为钢管混凝土）、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。最早采用钢管混凝土结构的工程之一是1879年英国的Severn铁路桥的桥墩，当时在钢管内填充混凝土在承受压力的同时也用来防止钢管锈蚀。早期的研究不考虑钢管及其核心混凝土之间的相互作用对构件承载力的提高，只是对两者进行简单地迭加。随着研究的深入，人们发现在受力过程中，由于钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善; 同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，二者相互作用协同互补，提高了钢管混凝土的整体性，使其具有一系列优越的力学性能和先进的经济指标。
　　对钢管混凝土力学性能的研究存在各种不同的研究方法，如实验研究、实验系数回归、极限状态分析法、以及纤维模型法和有限元法等的数值解法[3-4]，它们的区别在于如何估算钢管与核心混凝土之间的相互约束作用，这种约束作用的存在导致了其力学性能的复杂性。由于研究者们从不同角度对上述问题进行研究，对钢管和混凝土之间的紧箍效应理解不同，因此所获计算方法和计算结果就会有所出入。各国研究者分别对钢管混凝土构件在静力、动力、火灾作用下以及钢管混凝土与钢梁或钢筋混凝土梁组成的框架结构的力学性能进行了系统研究[1-4]。世界各国在有关研究成果的基础上分别制订了钢管混凝土结构设计与施工规程，如欧洲的EC4（1996）、DIN18800（1997），美国的ACI-319-89、SSLC（1979）、LRFD（1994），日本的AIJ（1980，1997）。我国是在上世纪60年代开始研究钢管混凝土的，主要集中在钢管中灌素混凝土，虽然起步较晚，特别是近十几年取得了令人瞩目的成就，已颁布了几个设计规程，如JCJ01-89、CECS28:90、DL/T5085-1999和GJB1029-2001。这些规程的制定，拉开了钢管混凝土在我国建筑业中广泛应用的序幕。

2 钢管混凝土在住宅中的应用

　　20世纪60-80年代钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑。随着理论研究的深入、设计规程的颁布和其自身具有的优点，钢管混凝土被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种构架、支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构，近10年又被应用于桥梁结构、高层和超高层建筑中，特别是近2-3年，它被越来越多地应用于住宅建筑中，并取得了良好的经济效益和建筑效果。

2.1 钢管混凝土在非住宅建筑中的应用及特点

　　20世纪60年代，钢管混凝土开始应用于工业厂房。据统计，到1994年我国就有上百个单层、多层厂房或构架柱工程采用钢管混凝土柱，每根构件的造价与钢筋混凝土柱的相当或有所降低，但截面明显减少，施工周期缩短。钢管混凝土厂房遍布全国各地，如上海三十一棉纺厂，大连造船厂船体装配车间，武昌造船厂和中华造船厂船体结构车间，太原钢铁公司三炼钢连铸车间等[2] 。钢管混凝土在厂房中的应用迈出了其在实际工程中应用的第一步。
　　近十几年，钢管混凝土被广泛地应用于拱桥和空间桁架梁式桥梁结构中。据不完全统计,截止1999年，我国共建造钢管混凝土拱桥一百多座，钢管混凝土劲性骨架拱桥10余座。与此同时，钢管混凝土在我国高层和超高层建筑中的应用发展很快，经历了由局部柱子采用，到大部分柱子采用，最后发展到全部柱子采用的过程。其中局部采用钢管混凝土柱子的高层建筑有：福建泉州市邮电局大楼（高87.5m）、福建南安邮局大厦、福州环球广场、广州好世界广场(116.3m)、北京四川大厦、福建省政府屏山综合楼二区；大部分柱子采用的有：厦门阜康大厦(86.5m)、北京世界金融中心大厦(120m)、广州新中国大厦(201.8m)、深圳市邮电信息中心大厦、天津工商银行办公大楼；