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篇1
随着社会经济的迅速发展和城市化进程的加快, 高层建筑尤其是一些超高层建筑日趋增多。钢与混凝土组合结构之一的钢管混凝土，因其承载力高、刚度大且抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，在高层和超高层、公共及大型桥梁等建筑得到了日益广泛的应用。
钢管混凝土结构特点及优势
钢管混凝土在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。 钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。钢管砼的特征与优势如下：
1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上，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、柱子截面减小，自重减小，相当于设防烈度下降一级，具有良好的抗震性能。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。
3、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构，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。 4、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料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。
5、钢管混凝土获得了很好的经济效果。钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积。与钢结构相比,节约了大量钢材，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, 钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价，因此其取得了显著的经济效果。
二、钢管混凝土在工程中应用及效益
近年来，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中，取得了较好的经济和社会效益。 1、高层建筑工程。据有关资料，达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。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，经济效益显著。 2、 公共建筑、工业厂房及大跨度桥梁工程 。例如南宁青秀山高尔夫俱乐部打习馆改扩建工程，项目位于青秀山风景区，拟在改造原有主体框架的同时扩建二层的办公用房。由于打习馆已投入使用，在改、扩建施工的过程中应尽量减少对原有建筑已使用部分的影响，缩短工期，同时配合整个建筑物的立面造型及风格，经多方分析比较，决定在扩建工程中采用钢-混凝土组合结构，并采取一定的施工措施，充分利用组合结构的优越性，取得了良好的技术经济效益。钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。 在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。
近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。
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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）
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0引言
钢管混凝土就是由混凝土填入薄壁圆形钢管而形成的组合结构材料。其基本原理是借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力。由于钢管混凝土结构具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越力学性能，在土木工程的高层建筑、大跨径桥梁结构中广泛运用。由于计算步骤复杂，设计中常采用试算法和经验法来确定截面尺寸，往往使得设计人员设计工作量大和和结构不经济，提高了工程造价，造成浪费。因此，编制出优化设计程序进行优化设计是非常必要的。
为此，本文结合钢管混凝土结构受力特点，建立钢管混凝土结构的优化数学模型，运用优化算法和数值迭代计算原理，编制了平面杆系结构内力计算优化程序，对钢管混凝土结构进行了初步优化设计研究。
1钢管混凝土结构优化的数学模型
1.1目标函数
主要从经济实用角度考虑，以钢管混凝土结构的造价最低为目标来构造目标函数，因此提出了如下目标函数表达式：
(1－1)
式中：P(x) 为工程造价；为钢管的单位造价；为混凝土的单位造价；为钢管的密度；为钢管混凝土杆件长度。
1.2设计变量
设计变量为钢管混凝土型号中的混凝土标号、钢材种类、横截面面积、惯性矩、含钢率以及杆件长度尺寸等。在混凝土标号、钢材种类和结构中杆件布局已经确定的情况下，影响结构造价主要因素是杆件中各材料的截面面积，因此，设计变量如下：
（1）杆件中钢管的截面面积：
（2）杆件中混凝土的截面面积：
1.3约束条件
约束条件均取自于钢管混凝土设计相关规范及实际设计工程要求。
（1）应力约束
杆件为拉弯杆件：
(1－2)
杆件为压弯杆件：
时，(1－3)
时，(1－4)
式中：、分别为第个杆件的轴力和弯矩；为杆件中钢管的截面面积；为杆件截面面积；为杆件截面抵抗矩；为杆件组合强度设计值；―钢材抗拉强度设计值。
（2）稳定约束
时，(1－5)
时， (1－6)
式中：为欧拉临界力，；为截面的组合弹性模量；为杆件长细比；为等效弯矩系数；为稳定设计安全系数。
（3）挠度约束
(1－7)
式中：为杆件顶点的设计挠度；为规范容许挠度。
2优化程序编制
2.1编程思路
（1）首先运用杆系结构内力计算程序计算出各工况下内力值，提取出内力值（轴力、弯矩）数据；然后按照序列两级算法思路对约束进行分类优化：即先用满应力法对应力约束条件进行优化，在满足应力约束条件后，再用射线步法进行位移约束条件优化，在满足位移约束条件后，输出数值结果；最后判断数值结果是否满足造价收敛条件，如果满足收敛条件，结束运算，输出结果文件，如果不满足收敛条件，把当前的数值结果代入杆件结构内力计算程序计算各工况下内力值，开始新的循环计算。
（2）用满应力法对杆件截面进行优化的过程中，在某工况下，如杆件为压杆，先对杆件的混凝土截面积用满应力法优化，得出优化的截面面积后，再根据钢管混凝土杆件规定的最小含钢率计算钢管的截面面积；如杆件为拉杆，先对杆件的钢管的截面面积进行满应力优化，得出优化的钢管截面面积后，根据钢管混凝土杆件规定的最大含钢率计算混凝土截面面积。通过这样的方式处理，可以保证在规定的含钢率条件下，单根钢管混凝土杆件的截面造价最低。
（3）钢管混凝土杆件中混凝土面积和钢管面积的变化，会使得其含钢率发生变化，这样就会导致钢管混凝土弹性模量发生较大变化，如果再按满应力法中内力不变的假设进行优化，就会使得结构内力偏差太大，优化无从进行。因此，本程序中对满应力优化的结果都重新进行了结构内力的计算，以保证优化的结果偏差尽量减小。
（4）当对位移约束条件进行优化时，是在假设钢管混凝土杆件的含钢率不变的前提下进行杆件截面的优化，这样降低了优化的复杂性，还可以利用先前计算的内力值数据，通过单位荷载法求解位移，使得位移约束由隐性约束变成显性约束，尽可能的减少结构内力计算次数。
2.2优化设计程序步骤
1.输入初始设计数据，及基本参数；
2.进行各种工况下的结构分析；
3.判断第号杆件在第工况下受拉还是受压；如果受拉，用满应力计算公式，得到钢管的截面值；如果受压，用满应力计算公式，得到混凝土的截面值；
4.在所有工况中，选取钢管截面面积和混凝土截面面积；
5.如果且，转到第6步；如果两个条件中有一个不满足，转到第2步；
6.在材料离散集合中，用一维搜索法查找和值最小的截面组合，可得新的截面值，即：和；
7.进行单位虚位移和各种工况下的结构重分析；
8.在所有的工况中，选取跨中节点挠度最大值；
9.计算位移比，如果，转到第10步；如果，转到第13步；
10.通过射线步调整截面，即：和；
11.计算，转到第9步；
12.在材料离散集合中，用一维搜索法查找和值最小的截面组合，可得新的截面值，即：和；
13.收敛判断：（为优化后混凝土和钢管总造价），得出最终截面，结束计算；否则，转到第2步。
3设计实例及计算结果分析
图1 人行桥立面图
本文以一钢管混凝土全焊空间桁架人行桥作为研究对象，结构立面见图1所示。桥梁跨径是20.58米，整根主梁为两个平面桁架拱组成，横桥方向桁架间距均为5m，主梁杆件均采用钢管混凝土杆件，人行道板为槽钢与钢筋混凝土板组成的钢―混凝土组合板，其设计人群荷载4，混凝土采用C50，钢管采用16Mn，混凝土价格拟用300元/立方米，钢管价格拟用4500元/吨。
优化设计后的工程造价与原设计工程造价比较见表1，优化后混凝土用量降低了6.49%，钢管用量降低了11.86%，总造价降低了11.53%，优化后的设计能取得良好的经济效益。
表1原设计与优化设计比较
类别 原设计 优化设计 优化比例
混凝土体积（m3） 20.533 19.2 6.49%
钢管体积（m3） 2.667 2.351 11.86%
造价（元） 99900.63 88386 11.53%
4结语
通过钢管混凝土结构的优化设计，可以减少设计人员的工作量，提高设计人员的工作效率，改变设计中通常采用的试算法进行钢管混凝土结构的传统设计方法；同时可以使钢管和混凝土两种材料配比合理，减少材料浪费，降低工程造价，取得很好的经济效益。优化设计也是今后钢管混凝土结构设计的必然发展趋势。
参考文献
孙焕纯，柴山，王跃方，离散变量结构优化设计［M］.大连理工大学出版社，1995年
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1钢管混凝土结构的施工特点
根据构造和施工工艺条件可将钢管混凝上结构的施工分为钢管结构的制造和组装以及管内混凝土的浇灌两部分，整个工艺兼有钢结构和混凝土结构的特点。从钢管混凝土结构的具体施工条件来看，其施工特点主要为。
1.1管内混凝土是在狭小的管道中浇灌的，由于结构条件所限，混凝土的浇灌质量难以检查，当采用人工浇灌并振捣时，只能依靠操作人员的责任心，加强振捣，仔细操作，确保管内混凝土的密实。当采用高位抛落无振捣施工法以及泵送顶升法时，都应严格遵守相关的施工技术要求。
1.2由于钢管混凝土结构中的管肢均较长，而且管肢中间通常不设浇灌孔，致使管内混凝土一次施工高度较大，一般都在10。以上，国外最高已达100 m,
1.3钢管混凝土结构管肢的内径一般均不大于混凝土振捣器的有效作用半径，约为振捣棒直径的10倍左右。而且钢管不漏浆，当采用人工浇灌并振捣时，只要在施工中采用具有足够振捣能力的内部或外部振捣器，加强操作，并保证不间断连续施工，馄凝土的质量是能够得到保证的。
1.4为避免钢管外部焊接对混凝土烧伤的可能，对管外焊缝较为密集的部位应先焊接，然后再进行混凝土的浇灌施工。竣工后，允许加焊必要的零部件，并应采取相应的措施减少局部高温作用的影响口
1.5钢管构件的加工与一般金属结构制作稍有不同，如各附属焊件与管肢多为曲面连接.结构拼装问隙不易保证，必须采用钢管自动切割机或胎架m装.才能保证制造质量。
1.6由于钢管混凝土优越的力学性能，近些年被用于高层和超高层建筑中，为了加快现场、施工进度.采用地上和地下层同时进行施工的逆作法施工，大大缩短了工期。钢管构件的制作优先采用螺旋焊接管，也可使用滚床卷制符合要求的钢管。为适应钢管拼装后的轴线要求.钢管坡口端应与管轴严格垂直。在卷板过程中，应注意保证管端与管轴线形成垂直的平面。当采用滚床卷管时，应特别注意直缝的焊接质量，尽可能采用自动焊缝。当采用手工焊缝时.宜采用直流焊机，这样可以得到较为稳定的焊弧，且焊缝的含氢量较低，这对具有双向受力的钢管是必要的。
2钢管混凝土结构的优点
2.1延性好
据有关实验数据表明:钢管混凝土轴向压缩到原长的z/3，构件表面己褶曲，但仍有一定的承载能力，可见塑性之好。在压弯剪循环荷载作用下，水平力与位移之间的滞回曲线十分饱满，吸能能力很好，基本无刚度退化。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善。
2.2抗震性能优越
抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，不丧失局部稳定性的钢柱相同。但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部穗定性，但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。
2.3施工方便
钢管混凝土结构施工时，钢管可以作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响。该种结构形式和钢结构相比零件少，焊缝短，可以采用构造简单的插入式柱脚，免去了复杂的柱脚构造。和钢筋混凝土柱相比，由于钢管本身就是耐侧压的模板，因此在浇灌混凝土时可以免去支模、拆模等工和料。钢管还是“钢筋”，它兼有混凝土柱中纵向受拉、受压钢筋和横向箍筋之作用。从施工过程看制作钢管远比制作钢筋骨架省工得多，而且便于浇灌。钢管本身就是劲性结构构件，在施工阶段可以起劲性钢骨架的作用，节省了许多支撑构件和脚手架，简化了施工安装工艺。
2.4防火耐火性能好
钢管混凝土的耐火性比钢结构好，由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，混凝土的导热系数低而比热大，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，越到中心，温度越滞后，增加了柱子的耐火时间。
2.5耐腐蚀性强
钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用比钢结构节省。
3钢管内混凝土的施工
根据国内外钢管混凝土结构的施工经验，浇灌混凝土有下种方法，即立式手工浇捣法、高位抛落无振捣法和泵送顶升浇灌法。
3.1.立式手工浇捣法
一般混凝土施工都是在构件安装就位，固定完毕并经检查无误后，开始向管内浇灌混凝土的，浇灌工作应连续进行。在浇灌混凝上之前，应先浇灌一层水泥砂浆.厚度不小于100mm，用以封闭管底并使自由下落的混凝土不致产生弹跳现象。混凝土由钢管上口灌人，井用振捣器捣实。钢管管径大于350mm时、采用内部振捣器〔振捣棒或锅底形振捣器等)振捣，每次振捣时间不少子30s，一次浇灌的混凝土高度不宜大于2m。当管径小于350mm时，可采用附着在钢管外部的外部振捣器进行振捣，振捣时间不小于1 min。外部振捣器的位置应随混凝土浇灌的进展加以调整。外部振捣器的工作效果.以钢管横向振幅不小于0.3mm为有效，振幅可用百分表实测。一次浇灌的混凝土高度不应大于振捣器的有效工作范围，，一般为2-3 m。
立式手工浇捣法施工速度较慢，且施工人员必须严格遵守操作纪律，才能保证混凝土的施工质量。
3.2.高位抛落无振捣法
该法利用混凝土从高位顺钢管下落时产生的动能达到振实混凝土的目的，免去了繁重的振捣工作，是混凝土施工工程中的一个创举。它适合于管径大于350 mm，高度不小于4m的场合。对于抛落高度不足4m的区段，仍须用内部振捣器振实。
混凝土高位抛落无振捣法的关键是混凝土抛落后不产生离析现象，需要对混凝土的配合比提出特殊的要求.采用此法施工时，必须先进行配比试验，确定合理的配合比和水灰比。要控制水灰比，适当加大水泥用量，并掺适量的外加剂，以改变混凝土的内聚性，增加附着力和流动性。
3.3.混凝土泵送顶升浇灌法
该法是在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管，直接与泵的输送管相连，由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌人钢管。根据泵的压力大小，一次压人高度可达s0---100 m。钢管直径宜不小于泵径的两倍。
[结束语]
工程实践表明，现代钢管混凝土结构既是一种使用高强、高性能材料的结构，也是一种具有高效施工技术的结构.钢管混凝土内混凝土的施工较钢筋混凝土构件和钢构件的施工有许多优势。与钢筋混凝土柱相比.由于钢管混凝土柱没有绑扎钢筋，因而浇灌混凝土比现浇钢筋混凝土柱简便;因管内无钢筋和钢箍，浇灌容易且质量容易保证。它必将为新世纪的国家建设和土建工程的技术进步发挥积极作用。
[参考文献]
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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】
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钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。
一. 钢管混凝土结构的工作原理
众所周知，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。在受压时，结构不仅发生纵向变形，也发生一定程度上的横向变形，后者与前者之比即泊松比。将钢管和混凝土结合在一起时，钢管的泊松比小于混凝土的泊松比时，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。
二．钢管混凝土结构的特点
1．承载力高、延性好，抗震能力强
钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，而混凝土的存在也使同样长细比的钢管在相同受压条件下稳定性提高，同时构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。
塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的2/3,纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。剥去钢管后，内部混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，用小锤轻轻敲击后粉碎脱落，说明混凝土虽然已经失去承载力且达到脆性破坏，但两者作为整体使得原本的脆性破坏变为塑性破坏并且发生破坏的时候产生较大的塑性变形。抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。
2．施工方便，工期大大缩短
钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。
3．有利于钢管的防火和抗火
当温度升高时，混凝土的热容大于钢管的热容，因此管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，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。经实验统计数据表明:达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3一2/3甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。
4．耐腐蚀性能得到提高
钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢管结构少了二分之一，抗腐和防腐所需费用比钢管结构节省较多。
三.钢管混凝土结构的应用现状
从十九世纪八十年代开始，钢管混凝土结构就已经出现并在应用中取得了显著地经济效益。在二十世纪六十年代后，由于泵送混凝土结束的发展，解决了现场钢管内部浇灌混凝土的技术问题，加上现代高强混凝土需要用钢管约束来克服其脆性，因此钢管混凝土结构在各国的高层建筑中得到了广泛应用，被热卫视高层建造技术的一次重大突破。在我国，钢管混凝土技术的开发和应用从1966年的北京地铁车站工程到现在有四十多年的历史。近十年来，随着国家经济的发展，使得钢管混凝土技术有了更广泛卓越的应用。
1．钢管混凝土在桥梁工程中的应用
1.1桥墩
对高架桥桥墩采用钢管混凝土技术有以下有点：1）施工快捷2）承载力大，抗震安全系数高3）结构柔细，与风景协调。
1.2斜拉桥
对斜拉桥的主梁来说，应力求提高材料强度，增大跨越能力；减小横载，节约材料用量；简化结构，提高施工速度。钢管混凝土桁架结构在这方面有着卓越的优势。
1.3连续钢构桥
在同跨径同样结构体系的情况下，钢管混凝土桁架连续钢构承载力利用系数大于预应力混凝土连续钢构大，预应力钢材和混凝土用量都大大减少，整体结构的轻型化产生明显的经济效益。
2．钢管混凝土在工民建工程中的应用
2.1在高层建筑中的应用
在高层建筑中，钢管混凝土具有很大的优势：具有承载力高，抗震能力好的特点，
既可以取代钢筋混凝土柱，解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱”问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题，也可以取代钢结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度。钢管混凝土构件的自重较轻，可以减小基础的负担。
篇7
Keyword: steel tube concrete; Application; development
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
钢管混凝土结构自60年代引入我国以来，迄今已有三十多年。它在我国的应用和发展历经了两个阶段：60年代至80年代中期为推广应用阶段，80年代后期至今为发展提高阶段。
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。
钢管混凝土结构的特点
钢管混凝土结构利用钢管和混凝土2种材料在受力过程中相互间的组合作用 充分发挥2种材料的优点与其他结构形式相比，有其很大的优越性。
1.承载力提高
一方面，钢管混凝土构件轴心受压时，混凝土的横向变形受到钢管的约束而处于三向受压状态，从而提高了核心混凝土抗压强度，大大改善了混凝土的力学性能，改善了混凝土的脆性的弱点。而填于钢管之内的混凝土，又增强了钢管管壁的稳定性，以致其不易屈曲另一方面，承载力高，可使构件截面减小，增加使用空间，且构件自重减轻，从而减小基础负担，降低基础造价。
2.变形能力好
钢管混凝土结构中，核心混凝土在钢管的约束下，既使其在使用阶段的变形能力改善了，同时在其破坏时产生很大的塑性变形。试验表明，钢管混凝土柱被破坏时可以压缩到原长的2/B钢管中的混凝土已经由脆性破坏转变为塑性破坏，使整个构件呈现出弹性工作塑性破坏的特征。
3.防火能力好
钢管混凝土柱在吸热后一些热量会传给混凝土，减慢钢管的升温速度，并且一旦钢管部分屈服混凝土可以继续承受轴向荷载，防止结构倒塌。而且钢管混凝土构件在急骤降温(如消防冲水)时又不像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。
4.施工方便
a.钢管本身就是模板，在浇灌混凝土时，可省去模板的施工，并可适应先进的泵灌混凝土工艺。
b.钢管本身又兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，制作钢管远比制作钢筋骨架省工，而且便于浇灌混凝土。
c.钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架的作用，其焊接工作量远比一般型钢骨架少。
5.经济效果显著
实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材50%并节省大量的焊接工作，与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下，构件的横截面积可减少一半，从而使建筑空间得到加大。混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50%，另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价钢管混凝土结构在高层建筑中都得到了广泛应用，随着高度超过100 m 的超高层建筑的大量兴建，在高强混凝土还不普及的20世纪80年代后期，人们开始应用钢管混凝土柱以解决“胖柱”问题的探索，广州好世界广场大厦(33层)，率先于1993年采用了C60级的钢管高强混凝土柱并获得成功。
我国自上个世纪90年代初开始将钢管混凝土应用于高层建筑，到目前为止，全部或部分采用钢管混凝土的高层和超高层建筑已有近100座。在采用钢管混凝土的超高层建筑中，规模最大的是1999年建成的深圳赛格广场大厦，地上72层，高291.6米，总建筑面积为16.67万平方米，是迄今为止全部采用钢管混凝土柱世界最高建筑。该建筑的框架柱结构及抗侧立体系内筒全部采用了钢管混凝土，该工程是完全由我国自行设计、制造和施工，为高层和超高层建筑采用钢管混凝土结构积累了宝贵的经验。
二．钢管混凝土结构在高层和超高层建筑中的应用
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高层和超高层建筑中。
一方面是因为钢结构自身具有科技含量较高，利于环境保护，且可再生利用等优点，另一方面是由于我国钢产量大幅度增加，世界钢产量日趋饱和，钢材价格随之下降，所以近年来我国开始大力推广钢结构，鼓励采用钢结构．建设部等部门也为此制定了加速推广建筑钢结构发展和应用的目标，确定“十五”期间以推广住宅钢结构为重点，力争在“十五”期间使我国建筑钢结构用钢量达到全国钢材总产量的3％，到2015年达到6％。住宅建筑历来居建筑业首位，所以在住宅建筑中推广钢结构势在必行。由于目前我国人口众多，土地资源相对不足，在人口密度大的城市，仍然是以高层为主．住宅钢结构，具有柱子用量少，室内有效使用空间大，房屋空间布置灵活，结构性能好等优点。它所选择的结构体系一般是：5—6层以下，框架体系或框架一支撑体系；6层以上，框架一支撑体系或框架一混凝土剪力墙(核心筒)体系；多层，大多采用双重体系。钢结构住宅采用的框架柱有H型钢柱，钢管砼柱和钢骨砼柱，后两种为组合柱．在小高层建筑中，组合柱比H型钢柱省钢，进而也就可以降低工程造价，但是，钢骨砼柱的施工较钢管混凝土柱施工复杂，因此，在住宅钢结构中推广钢管混凝土势在必行。
三．钢管混凝土结构的发展方向
1.钢管混凝土结构体系抗震性能的研究。目前，对钢管混凝土抗震性能的研究主要集中在基本构件方面，而对由钢管混凝土柱和钢或钢筋混凝土等形式的梁组成的框架结构的抗震性能则很少涉及。今后应开展这方面的研究工作，并在充分考虑结构空间作用的基础上，提供合理的钢管混凝土框架柱和节点的抗震技术参数，便于工程应用。
2.在防火设计方面，要简化钢管混凝土防火极限的设计方法，制定钢结构(钢管混凝土结构)住宅建筑的防火设计规范。只有这样，才能有助于推广钢管混凝土在住宅建筑中的应用。
3.钢管混凝土结构在火灾后的性能研究。火灾后钢管混凝土结构的性能有其特点，应当合理地评估其强度，为该类结构的维修加固提供科学的依据。
4.节点动力性能的研究。节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。
5.结合实际工程，进一步完善钢管混凝土住宅建筑的设计理论、不同类型结构设计规范和施工规程，尽快编制各类构件的配套图集。
此外，钢结构住宅对施工队伍的施工技术要求比较高，而国内大部分地区主要进行混凝土结构的施工建设，因此应该加强对钢结构专业施工队伍的培训，进一步促进钢管混凝土在高层建筑中的发展与应用。与钢筋混凝土和钢结构相比 钢管混凝土是一种相对年轻的结构 但它却以其特殊的优点，正愈来愈受到工程界的重视和青睐，相信随着人们对钢管混凝土这类结构的不断认识和了解，这类结构的科学研究必将更趋深入和完善，工程应用必将更趋广泛。
参考文献：
[1]钟善桐．钢管混凝土结构[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[2]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(7)：39—40． ，
[3]韩林海．我国钢管混凝土结构研究与应用的部分新进展[J]．工业建筑，1995(5)：9．
[4]韩林海．钢管混凝土耐火性能的特点探讨[J]．哈尔滨建筑大学学报。1997(5)：22—23．
篇8
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．
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1引言
由几种不同受力性质的建筑材料组成的构件或结构，在荷载作用下能够共同受力、变形协调的结构称为组合结构。钢—混凝土组合结构是指用型钢或钢板焊成钢截面，在其上、四周或内部浇灌混凝土使钢与混凝土形成整体共同受力的结构。这种组合结构具有有效地节约钢材和模板，充分发挥材料性能，抗震性能好，施工方便，降低造价等优点。重点介绍钢管混凝土结构、型钢混凝土结构、压型钢板—混凝土组合梁与钢、混凝土组合板结构的施工。为了使施工不受季节的影响，冬天的时候可以先安装空钢管骨架，等到春天的时候再进行浇灌混凝土。钢管在施工中起到很大的作用，它的吊装质量较轻，焊接工程量远比一般型钢骨架少，还可以承受很大的重力。使用钢管不但可以节省脚手架，还可以简化施工的安装工艺，缩短工期。现在常见的横截面形式主要有多边形矩形和圆形。制作钢管远比制作钢筋骨架便于浇筑混凝土、省料而且省工。钢管混凝土除具有经济效果好、塑性和韧性好、耐火性好及承载力高等优越的力学性能，钢管它兼有横向箍筋和纵筋的功能，而且还是耐侧压的模板，所以在浇灌混凝土时，可省去拆、支模板的料和工。
2钢管的混凝土设计及施工工艺分析
钢管中混凝土采用普通混凝土，其强度等级不宜低于C30，为了达到与原材料等强的要求，焊接时一定要采用对接焊缝，也可以采用螺旋形缝焊接管、无缝钢管和直缝焊接管。
2.1建筑工程钢管柱吊装
在采用预制钢管混凝土构件时，要先等到钢管里的混凝土的强度达到50%，这样才可以进行吊装，吊装时还要密封。防止异物落入钢管内。在吊装时一定要应注意吊装在荷载作用下是否变形，根据钢管的稳定性和它的强度计算可以确定吊点的位置。在钢管吊装一切都结束后，必须要马上进行检验和校正，一定要保证构件的稳定性。
2.2建筑工程钢管的制作工艺技术
钢结构采用手工焊接及滚床卷管时，应采用直流电焊机进行反接焊接施工。焊缝的质量一定要满足二级质量标准的要求。钢板的压延方向要与卷管的方向保持一致。必须保证钢管内不得有油渍等污物，核心混凝土与钢管内壁紧密黏结。在卷板过程中，应注意管轴线与保证管端平面垂直。在卷制钢管的时候，应根据钢管拼接的轴线要求，让钢管坡口端应与管轴线严格保持垂直。根据不同的板厚，焊接的坡口应符合相关规定。工厂里提供的钢管一定要有出厂合格证。施工单位在自行卷制钢管的时候，一定不要使用有损坏或生锈的钢板，钢板必须平直，而且还要有试验报告单或出厂证明书。
2.3建筑工程钢管拼接组装
焊接时，可以对大直径钢管可另用附加钢筋焊于钢管外壁作临时固定连焊，对小直径钢管采用点焊定位，固定点的间距可取300mm左右，且不得少于3点。在肢管的对接的时候，它的间隙要放大0.5～2.0mm，这样可以抵消收缩的变形，试焊的结果可以确定它的具体数据。如果在焊接和对接的时候发现很小的裂缝，这个很小的裂缝我们也不能忽略，一定要把裂缝的地方铲除重焊。钢管在对接时最好采用分段的顺序而且还要保持对称，以免对肢管产生影响，钢管对接时焊后的管肢一定要保持平直。格构柱腹杆和肢管的组装顺序必须严格按照原来的工艺设计的要求进行。腹杆与肢管角度的连接尺寸必须准确。钢管格和钢管构柱的长度可在现场临时加长，最好不长于12m是最合适的，也可以根据它的吊装条件和运输条件确定。为了确保连接处焊缝的质量，所有缀件的组装和格构柱的肢管一定要按照工艺设计的要求去做。在管内连接处设置附加衬管，这样可以更好的保证质量。所有的钢管构件必须在焊缝检查后才可以进行防腐处理。肢管与腹杆连接处的间隙应按板全展开图进行放样。另外，还要考虑焊接变形的影响。
3钢管混凝土浇筑技术的方法
管内混凝土可采用高位抛落无振捣法、立式手工浇捣法或泵送顶升浇筑法。
3.1高位抛落无振捣法
用此法浇筑时，混凝士的水灰比不大于0.45，粗骨料粒径采用5～30mm，坍落度不小于150mm。在浇筑时要连续进行不能停，如果在必须要间歇的时候，时间一定不要超过混凝土的终凝时间。高位抛落无振捣法用于高度不小于4m、管径大于350mm的情况，它的目的是利用下落时产生的动能达到振实混凝土。如果在抛落的高度不足4m区段内，一定要采用内部振捣器来振实，振捣的时间最好为30～45s。当混凝土浇灌到钢管顶端时，要等到混凝土的强度达到设计值的50%后，在将混凝土浇灌到稍低于钢管口的位置，这样才能将封顶板或层间横隔板一次封焊到位。也可将层间横隔板或封顶板按设计的要求进行补焊，这样就能使混凝土稍微溢出后再将留有排气孔的封顶板或层间横隔板紧压在管端。混凝土要由顶端管口连续注入管内，可以采用料斗装填也可用泵车从地面泵至柱顶。为了方便混凝土在下落时空气能够顺利排出，每一次抛落的混凝土最好在0.7m3左右，而且料斗的下口尺寸要比钢管直径小100～200mm。在需留施工缝时，应将管口封闭，防止油、水和异物等落人。为了避免自由下落时混凝土骨料产生弹跳现象，要先浇灌一层厚度为10～20cm的水泥浆和混凝土强度等级相同的。如果发现有不密实的地方，可以采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。浇灌质量可以先用敲击钢管的方法来进行初步检查，如果发现有异常，在用超声脉冲技术来检测。
3.2立式手工浇灌法
立式手工浇筑法，粗骨料粒径可以采用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内；如果有穿心部件时，它的粗骨料粒径宜减小为5～20mm，坍落度宜不小于l5cm。管内混凝土自钢管上口浇入，用振捣器振捣。在管径小于350min时，我们可以采用外部振捣器进行振捣。它的工作范围是以钢管的横向振幅不小于0.3mm为有效。外部的振捣器位置应该随着混凝土浇筑的进展加以调整。它的振捣的时间一定要不小于1min。每一次浇灌的高度不能大于2.3m柱长并且一定要在振捣器的有效工作范围内。在管径大于350mm时，要采用内部振捣器，它的振捣时间不少于30s且一次的浇筑高度不宜大于2m。
3.3泵送顶升浇筑法
用此法浇筑混凝土的粗骨料粒径采用5—30mm，水灰比不大于0.45，坍落度不小于150mm，而且需要有较好的流动性，但管壁要有良好的黏结且缩亦要小。钢管的直径宜不小于泵径的两倍。为了避免在拆除进料支管时混凝土回流，我们可以在进料支管上设一个止流闸门。当混凝土浇筑结束时，为了控制泵压，一定要等2～3min，然后打开止流闸门，这些都结束后才可以拆除混凝土输送管。而且还要等到管内混凝土的设计强度达到70%后，然后在切除进料的支管且补焊洞口管壁，在修补焊洞口的时候，要采用原来开洞时切下的钢板。此方法不可进行外部振捣，以免泵送急剧上升甚至导致中断浇筑。此方法就是在钢管接近地面的适当位置上安装一个带闸门的进料支管，让它与泵车的输送管相连，并且利用泵车的压力来不断地灌入钢管，这个方法不需要振捣。
4结束语
随着理论研究的深入和新的施工工艺的产生，钢材和混凝土两种材料各自的优点有效地发挥出来，在工程中起到了有效的作用。钢管混凝的产生是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型的组合结构，同时也克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，在工程中得到广泛的应用。
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一、钢管混凝土的优点
（1）受力合理,在钢管混凝土施工和使用的过程中，由于其随着钢管管材的影响而在使用的过程中受力均匀合理，使得其大大的提高了混凝土的受力过程，增加了建筑物的质量保证，从而使构件的承载能力大大提高。在另外一方面，由于在混凝土施工的过程中各种施工手段和裂缝形式是影响当前建筑物的主要缺陷，钢管混凝土由于其受力均匀，避免了其由于承压不足而出现的裂缝，在一定程度上降低了混凝土裂缝。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,这样提高了混凝土的抗压能力，更是加强了其承压过程，被各种道路和桥梁施工中广泛的使用。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）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。
（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。
（4）获得了很好的经济效果。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。
（5）具有良好的抗震性能。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。
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。
二、钢管混凝土结构在多层建筑中的应用
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。边柱与中柱分别为令299与个35l的钢管混凝土柱,可见柱断面及结构占地面积均比钢筋混凝土框架柱为小。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。
三、钢管混凝土结构在公共建筑中的应用
北京地铁车站站台柱。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。
四、钢管混凝土结构
除广泛应用于多高层民用建筑、公共建筑及工业厂房以及桥梁中外,也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。
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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。
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中空夹层钢管混凝土，是将内外两根钢管以相同的形心放置后，在两钢管夹层间灌注混凝土而形成的整体受力构件。作为一种新型的钢管混凝土结构形式，它是在实心钢管混凝土的基础上发展而来的。中空夹层钢管混凝土内、外钢管可采用不同的截面形式，常用的钢管截面形式有圆形、方形和矩形，将其中任意两种两两组合，可以得出该类构件的多种截面类型。目前，海内外的专家学者主要研究的是以下五类截面。相比方、矩形截面来讲，圆形截面更不易发生局部屈曲，因此将圆形截面作为中空夹层钢管混凝土的钢管更有利，同时方形钢管作为外管有利于梁柱节点的连接。
2?研究现状
文献[1]进行了圆中空夹层钢管混凝土轴压短试件的力学性能试验，其截面形式如图1-3（a）所示，其钢管的径厚比（D/t，D为圆钢管的外径，t为圆钢管的壁厚）范围为43~169。构件在两层钢管之间灌注的混凝土为树脂混凝土，混凝土的圆柱体抗压强度为58.6Mpa。试验中进行的一次轴压加载的试验结果表明：试验时构件的荷载—变形关系在加载后期基本都出现了下降段，其轴压极限承载力比钢管和混凝土二者叠加的承载力要高出10~30%，同时在承载力峰值点处的应变值达到了1%，大于钢管或混凝土单独加载时各自峰值点处的应变值。试验结果还表明，钢管和混凝土之间的相互作用使得钢管的局部屈曲大大延迟，在钢管发生局部屈曲后，由于混凝土的存在使得钢管的屈曲发展较慢，这种情况一直保持到混凝土被压碎。对中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系进行了初步分析，分析时考虑了钢管和混凝土之间的相互作用力。由于采用的分析方法无法考虑混凝土破坏后的情况，因而提供的方法仅能计算出构件的荷载-变形关系至峰值点处，无法更进一步准确的模拟出构件荷载—变形关系的下降段。
文献[2]报道了6个圆中空夹层钢管混凝土试件轴压力学性能的试验研究结果。试验过程中的主要变化参数为内管和外管所用的钢管尺寸大小，其钢管径厚比的变化范围大致为19~57。试验结果表明：试件具有很好的延性和能量吸收性能。试件的外管在试验过程中的破坏形态和普通钢管混凝土的外包钢管相类似，呈象腿状，但内管的破坏情况却有所不同，呈扭曲的钻石状。
文献[3]共进行了8个方中空夹层钢管混凝土轴压短试件的试验研究。在制作试件时，其所用的方管为冷弯薄壁型钢，方管的宽厚比（B/t，B为方钢管的外边长，t为方钢管的壁厚）范围为11~50。试验结果表明方中空夹层钢管混凝土试件与空钢管相比具有很好的延性和能量吸收性能。
文献[4]进行了5个中空夹层钢管混凝土试件的试验研究，表明中空夹层钢管混凝土试件在破坏时的跨中挠度要比空钢管试件高2倍左右。
文献[5]对圆中空夹层钢管混凝土压弯构件的滞回性能进行了试验研究。试验是以一个实桥的桥墩为原始模型，按1:10的比例共制作了4个中空夹层钢管混凝土试件和2个钢管混凝土对比试件。试验结果表明，中空夹层钢管混凝土试件的截面中空并未影响其变形能力，其极限承载力比相同外管的钢管混凝土试件高。
文献[6]对宽厚比为62.2、46.6、40的方中空夹层钢管混凝土构件固定轴力施加循环荷载时，发现当宽厚比为40时，中空夹层钢管混凝土试件不论在强度、延性及自重减轻上都有很好的效果。
文献[7]的研究表明中空夹层钢管混凝土柱的峰值应变约为无约束混凝土的1.6到2.3倍，表明混凝土受到了良好的约束。而中空夹层钢管混凝土柱的综合弹性模量为实心钢管混凝土柱的1.5倍以上，表明中空夹层钢管混凝土有着良好的轴向刚度。另外中空夹层钢管混凝土的抗弯能力也高于实心钢管混凝土。
3?研究展望
作为一种新型结构，有关中空夹层钢管混凝土的研究还有许多急需解决的课题，应开展以下几方面的研究工作。：
（1）中空夹层钢管混凝土节点、框架和结构体系的研究。作为一种新型的结构形式，要在工程中将其推广应用的话，需要对节点、框架和结构体系进行系统的研究。
（2）长期荷载作用和复杂受力状态下的影响。在桥梁、高层和超高层建筑结构中使用中空夹层钢管混凝土时，需要考虑长期荷载以及压弯剪扭等复杂受力作用下对其力学性能的影响。
（3）耐火性能和抗火设计方法的研究。在建筑结构中使用中空夹层钢管混凝土时，需要考虑突发火灾事故后承载力降低和整体结构安全性降低等问题，因此要对它的耐火性能和抗火设计方法进行研究。
（4）界面损伤与承载力的关系。由于具有外管和内管，中空夹层钢管混凝土中混凝土与钢之间的界面面积比实心钢管混凝土大，因此应该对中空夹层钢管混凝土的界面损伤与承载力的关系进行研究。
参考文献：
[1] S. Wei, S. T. Mau, C. Vipulanandan, S. K. Mantrala. Performance of New Sandwich Tube under Axial Loading: Analysis [J]. Journal of Structural Engineering. 1995, 121（12）: 1815-1821.
[2] X. L. Zhao, R. Grzebieta, M. Elchalakani. Tests of Concrete-Filled Double Skin Circular Hollow Sections[P]. First Inter. Confer. on Steel & Composite Structures. Pusan, Korea, June, 2001: 283-290.
[3] Elchalakani M, Zhao X L, Grzebieta R. 2002. Tests On Concrete Filled Double-Skin（Chs Outer And Shs Inner）Composite Short Columns Under Axial Compression. Thin-Walled Structures, 40（5）:415-441
[4] Xiao-Ling Zhao, Raphael Grzebieta . 2002. Strength and Ductility of Concrete Filled Double Skin（SHS Inner And SHS Outer） Tubes. Thin-Walled Structures, 40:199-213
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经过近半个世纪的发展, 钢管混凝土的研究在我国日趋完善和深入。特别是近20 年, 不断地取得了很多杰出的成果, 在构件性能和理论研究方面已经达到了国际领先水平。同时在工程应用方面也做出了突出的贡献。
一、关于钢管混凝土结构的特征分析
1.施工方便快捷。钢管混凝土柱由于零件少, 焊缝少, 构造简单, 同时构件自重轻, 运输和吊装容易, 可以采用“逆作法”或“半逆作法”施工工艺, 因而施工方便快捷。与钢筋混凝土柱相比, 没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序, 施工简单；钢管内无钢筋, 混凝土浇灌、振捣容易。在管柱下部开临时浇灌孔, 用泵送顶升法自下而上灌注混凝土, 既方便快捷又容易保证浇灌质量。而且在浇筑后钢管内处于相当稳定的湿度条件, 水分不易蒸发,省去了浇水养护。我国创造并广泛使用的高位抛落免振捣混凝土施工方法,更是简化了现场浇灌混凝土的工序, 方便了施工。
2.耐火性能和火灾后性能好。钢管内所灌混凝土相对钢材具有较大的热容量, 能吸收大量的热量。在遭受火灾时, 外部钢管虽然升温较快, 但内部混凝土升温滞后, 仍具有一定的承载力, 因而增加了柱子的耐火时间, 相对钢结构可以大量节约防火涂料。此外, 火灾后, 随着外界温度的降低, 已屈服钢管的强度可以得到一定程度的恢复, 截面的力学性能相对高温下有所改善, 因而钢管混凝土具有良好的火灾后性能。这不仅为结构的加固补强提供了一个较为安全的工作环境, 也可减少补强工作量, 降低维护费用。
二、关于钢管混凝土结构在建筑工程中的应用分析
1.钢管混凝土在拱桥中的应用。将钢管混凝土用于拱桥, 符合拱桥设计中要求材料高强、拱圈无支架施工及轻型化的发展方向. 我国采用钢管混凝土拱桥是从上个世纪80年代开始的, 某县东河大桥是采用钢管混凝土拱肋的公路拱桥, 净跨度为115m, 为下承式拱。近十几年以来, 钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展十分迅速。钢管混凝土拱桥一般分为两类, 一种是将钢管混凝土直接用作拱桥结构的主要受力部分, 同时也作为结构施工时的劲性骨架, 截面设计由前者控制；另一种是先将钢管用于施工时的劲性骨架, 然后再内灌混凝土并与外包混凝同形成断面, 钢管混凝土参与拱桥建成后的受力、截面设计以及施工阶段控制。直接以钢管混凝土为劲性骨架的最大跨度拱桥是万县长江大桥, 跨度420m, 也是世界上目前跨度最大的拱桥。
2.钢管混凝土在高层建筑中的应用。钢管混凝土用于高层建筑的柱结构和抗侧力体系, 可使构件截面减小, 节约建筑材料, 增加使用空间, 且构件自重减轻, 从而可减小基础的负担和造价。同时, 钢管混凝土抗震性能好, 耐火性能优于钢结构, 相对于钢结构可降低防火造价。由于钢管混凝土中的钢管可作为施工期间的支架, 从而可采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法, 大大加快施工速度, 降低施工费用。我国自上个世纪90年代初开始将钢管混凝土应用于高层建筑。全部或部分采用钢管混凝土的高层建筑已有近100幢.我国钢管混凝土应用于超高层建筑中规模最大的是某广场, 共40层, 地上部分高200.6m,建筑面积共15. 5万m2。该建筑的柱结构及抗侧力体系的内筒全部采用了钢管混凝土柱。该工程的设计、制造和施工为高层超高层建筑中采用钢管混凝土积累了宝贵的经验, 并为继续发展和推广这一新结构体系,以代替传统的钢结构奠定了基础。国外的钢管混凝土超高层建筑发展也很快。已经完成设计的日本东京Shimizu超高层建筑, 总计121层, 总高550m, 采用矩形截面钢管混凝土柱, 压型钢板-轻型混凝土组合楼盖体系。
三、关于钢管混凝土结构存在的问题和发展前景
1.国内外对钢管混凝土动力性能的研究主要集中在试验研究阶段, 且大都只能从滞回性能定性的得出钢管混凝土抗震性能好的结论, 缺乏相应的理论推导, 尚未形成可供规范使用的计算理论和设计公式。由于钢管混凝土柱延性好、
抗震性能优良, 对由钢管混凝土柱和钢筋混凝土横梁组成的框架结构, 在设计中其抗震等级的划分和计算参数的选取暂按钢筋混凝土结构的有关规定执行, 显然偏于保守, 弹性和塑性层间位移角限制的选取也值得商榷。对结构进入弹塑性后的动力性能( 如阻尼比等的变化规律) 、结构的耐疲劳性能、钢骨- 钢管混凝土组合柱的动力性能及基于性能的钢管混凝土抗震设计方法等的研究更是几乎没有。
2.构件及节点制造缺乏标准化和定型化。钢管混凝土柱节点类型多样, 性能各异, 且管柱都是先在钢结构制造工厂定制, 然后运到工地直接拼装。构件及节点的标准化和定型化可以大大提高其生产效率, 更加充分地发挥钢管混凝土的经济效果, 并且能改善构件制造的质量。
3.残余应力和初应力的影响。实际结构中使用的钢管往往由钢板焊接而成, 焊接残余应力对钢管混凝土构件性能的影响较大, 当管壁较薄时更为突出。且在施工中, 内填混凝土浇注前钢管也有相当的初应力。关于残余应力和初应力对
结构性能影响方面的研究尚不够深入和系统。
结束语
近些年来钢管混凝土结构无论在科研还是工程应用方面都取得了很大的发展. 在科研方面, 科研人员对钢管混凝土构件的力学性能及钢管混凝土的耐火性能进行了较深入的研究, 已取得大量有实用意义的成果, 而且许多都应用在最新规程的编制和工程实践当中；工程应用方面, 在大跨度拱桥结构和高层、超高层建筑中都得到愈来愈广泛的应用。
参考文献：
[1]韩林海. 钢管混凝土结构--理论与实践[M] .北京: 科学出版社, 2009.
