钢管混凝土结构的特点与应用现状

马建军

摘要：近年来，随着经济的快速发展，许多大跨度空间建筑结构大量涌现在世界各地，而传统的钢筋混凝土结构、木结构、砌体结构已经很难满足这些空间形式，由于钢管混凝土结构具有比以往传统结构更好的力学性能，因此，钢管混凝土结构得到了很好的发展，本文阐述了钢管混凝土结构的特点及应用状况。

关键词：钢管混凝土；住宅结构；钢结构

前 言

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。目前工程中最常用的钢管混凝土柱按截面形式不同可分为圆钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱。钢管混凝土中的钢管和混凝土是两种力学性能截然不同的材料，钢管混凝土受到两种材料组合作用的影响：一方面，由于核心混凝土的存在，延缓了管壁局部屈曲现象的产生，一定程度上提高了薄壁受压构件由稳定控制承载力的缺点；另一方面，由于钢管外壁的存在，核心混凝土縱向受压时，其横向变形受到限制，处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度提高。

一、钢管混凝土柱的特点

1.截面小，承载力高

随着建筑物高度和跨度的增加，柱的轴向压力值越来越大，为了满足轴压比限值的要求，在钢筋混凝土柱中必然加大柱的截面尺寸。而采用钢管混凝土柱后，由于两种材料协同作用，可以提高柱的承载力，进而减小柱的截面尺寸。

2.塑性和韧性好，抗震性能好

混凝土在单轴应力状态下属于脆性材料，钢材的塑性较好，混凝土阻止了钢管的局部屈曲，钢管限制了混凝土开裂变形，整体表现出较好的塑性和稳定性，增加柱的含钢率，必然提高整个柱的延性，延性好的结构吸收地震能量的能力也就好。

3.耐火性能好

钢管混凝土具有良好的耐火性能，总体上说主要表现在两个方面：一是火灾作用下构件具有优越的抗火性能；钢管混凝土由于核心混凝土的热容量较高，火灾发生时，可以吸收部分热量，降低钢材的温度，因而表现出较好的耐火性能。而且火灾后，随着外界温度的降低，钢管混凝土结构已经屈服截面处钢管的强度可以得到不同程度的恢复，为结构的加固补强提供了一个较安全的工作环境，也减少了补强工作量。

4.施工方便

和钢筋混凝土柱相比，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。与钢结构构件相比，钢管混凝土柱构造简单，焊缝少，易于制作。

5.经济效果好

采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土承压构件约可节约混凝土 50%，减轻结构自重 50%左右。钢材用略高或者相等；和钢结构相比，可节约钢材 50%左右。此外，钢管混凝土柱的防锈费用较空钢管柱有所降低。

二、钢管混凝土结构的应用

随着生产规模的扩大以及人类文明的不断进步，许多大空间、大跨度建筑如体育馆、展览馆、机场航站楼、地铁站、大型工业厂房等不断涌现出来，显然钢筋混凝土结构、木结构、砌筑结构等很难实现这种大跨度空间结构形式。由于钢材产量的快速增长、国家政策导向以及钢结构设计、科研、施工队伍日益强大等诸多有利因素的影响，钢管结构凭借其自身优越的性能，近年来其应用得到飞速发展，应用范围几乎涉及所有结构领域，包括房屋建筑、桥梁、堤坝、海洋平台和塔桅结构等。

1.钢管混凝土在非住宅建筑中的应用及特点

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。其中深圳赛格广场大厦获得 2000 年国家科技进步二等奖，这是我国自行设计、自己加工制造自己施工并全部采用国产钢材、自行投资的第一个组合结构高层建筑。钢管混凝土在桥梁及高层建筑中的应用迈出了其在实际工程中应用的第二步。

近十年，钢管混凝土被应用于叠合柱。随着对钢管混凝土理论研究的深入和工程应用的日益广泛，提高钢管混凝土的抗火性能和核心高强混凝土的脆性等问题成为迫切需要解决的问题。目前，解决这一问题主要有两种方法：其一是通过在钢管内填充配筋混凝土或钢纤维混凝土来解决钢管混凝土的脆性问题，通过在钢管外表面喷涂防火涂料来解决钢管混凝土的抗火问题；其二是采用叠合柱。叠合柱是将钢管混凝土布置在柱的核心，外面再包围灌浇一圈钢筋混凝土所形成的钢管、管内素混凝土和管外钢筋混凝土三种材料组成的组合柱，叠合柱由于外包混凝土，所以其防火、耐腐性较好，同时，因总轴力的大部分由核心内钢管混凝土承担，外围混凝土分担（按竖向刚度比分配）的轴压力小，因此轴压比也较小，具有良好的延性。钢管混凝土在叠合柱中的应用迈出了其在实际工程中应用的第三步。

2.钢管混凝土在住宅中的应用特点及其应用

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%。

三、结束语

以钢管混凝土为例，在受力过程中，钢管对混凝土产生约束作用，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，塑性和韧性性能大大改善。同时，由于混凝土的存在可以避免和延缓钢管发生局部屈曲，从而保证其材料的性能充分发挥。此外在钢管混凝土的施工工程中，钢管还可以作为浇筑核心混凝土的模版，与钢筋混凝土相比可节省模板费用，加快施工速度。总之，通过钢管和混凝土的结合而成的钢管混凝土，不仅可弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在。

参考文献：

[1]韩林海.钢管混凝土结构.北京：科学出版社，2000.

[2]丁大钧.现代混凝土结构学.北京：中国建筑工业出版社，2000.