鋼管砼結(jié)構(gòu)在體育場館中運用研究

摘 要：本文介紹了鋼管砼柱的結(jié)構(gòu)受力體系、主要構(gòu)造的處理、地震作用的影響，以及鋼管砼軸壓桿件作為網(wǎng)架壓桿的屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計。對鋼管砼的特點和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的分析表明，鋼管砼普遍應(yīng)用在大型、高層、超高層及高聳鋼結(jié)構(gòu)中，帶來的效果也是很明顯的，本文從體育館的建筑構(gòu)造中簡述了鋼管砼的作用。

關(guān)鍵詞：鋼管砼結(jié)構(gòu) 體育場 具體應(yīng)用特點

中圖分類號：TU398 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0098-01

鋼管砼結(jié)構(gòu)在工程建筑中的應(yīng)用，現(xiàn)在是越來越明顯了，尤其是近幾年來，鋼管砼結(jié)構(gòu)作為一種新型的鋼-混組合結(jié)構(gòu)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到單層和多層工業(yè)廠房住、設(shè)備構(gòu)架柱、各種構(gòu)架、支架、棧橋柱、地鐵站臺柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結(jié)構(gòu)等建筑體，而且在建筑中起到了重要的作用。當(dāng)前在我國一些體育館的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)用鋼管砼結(jié)構(gòu)。在屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，用鋼管砼軸心受壓桿件作為網(wǎng)架的壓桿。在主體結(jié)構(gòu)中，用鋼管砼柱作為整個建筑物承重和抗震結(jié)構(gòu)體系，體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)建筑風(fēng)格和現(xiàn)代技術(shù)的良好結(jié)合。下面筆者就鋼管砼結(jié)構(gòu)在體育場館中的運用進(jìn)行一下分析研究，希望對促進(jìn)我國體育場館的建筑設(shè)計做出有益的貢獻(xiàn)。

1 鋼管砼結(jié)構(gòu)體育場館工程概況

鋼管砼結(jié)構(gòu)體育場館空曠面積較大，一般的占地面積大多在2000 m2以上。在建筑立面上往往有數(shù)十個鋼管砼柱外露，以體現(xiàn)體育建筑剛勁有力的建筑風(fēng)格。

為配合建筑造型，鋼管砼結(jié)構(gòu)體育場館屋蓋一般采用正交斜放抽空四角錐網(wǎng)架，網(wǎng)架部分的受壓桿件采用鋼管砼桿件，主體結(jié)構(gòu)數(shù)十個個鋼管砼柱組成，將鋼管砼受壓柱應(yīng)用在大跨度體育建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和將鋼管砼受壓桿件應(yīng)用在屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系中。在主體結(jié)構(gòu)中，用鋼管混凝土柱作為整個建筑物承重和抗震結(jié)構(gòu)體系，來說明鋼管砼結(jié)構(gòu)的具體效果。

2 鋼管砼柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 鋼管砼柱結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)造

鋼管砼結(jié)構(gòu)體育場館整個建筑承重結(jié)構(gòu)體系為數(shù)十個個鋼管砼柱組成空間框架與排架結(jié)構(gòu)協(xié)同受力體系。

（1）鋼管選型：鋼管通常采用螺旋形焊縫鋼管，鋼號通常可以選用A3號鋼，可內(nèi)填C30砼。根據(jù)建筑物地震及豎向荷載的內(nèi)力計算，以及滿足長細(xì)比的要求，在這里我們不僅僅要考慮到，鋼管的重量、厚度、長度，同時還要計算所用的混凝土的立方數(shù)，依據(jù)這些來選擇合適的鋼管。

（2）托梁與鋼管砼柱的連接。設(shè)計中通常要采用托梁的寬度與鋼管的直徑相同。在鋼管的內(nèi)壁周圍等距離焊接鋼筋，并焊螺旋箍筋。連接鋼筋截面面積與鋼管壁厚面積相同，伸入柱內(nèi)及托梁內(nèi)的錨固長度要滿足40d（d為鋼筋直徑）的要求。螺旋箍筋參考框架的構(gòu)造要求，間距通常要不大于100 mm，澆灌鋼管內(nèi)砼的施工縫不宜在鋼管頂面處留，宜在鋼管頂面下去40 d（d為鋼筋直徑）處留，待托梁鋼筋綁扎好后，一同澆注砼。同時鋼管砼柱插入杯口基礎(chǔ)內(nèi)的深度為可為2D（D為鋼筋直徑）。在基礎(chǔ)范圍內(nèi)的鋼管砼柱周圍可焊接水平環(huán)狀鋼筋，以提高鋼管砼柱與基礎(chǔ)的連接力。

3 鋼管砼柱與梁板的連接

（1）剪力傳遞。所謂的剪力傳遞就是配筋率、銷栓作用和剪切面尺寸對于鋼筋混凝土剪面剪力傳遞性能。而體育館正是柱連接的梁端剪力傳遞，我們借助那些在鋼管上面牛腿來做剪力連接。通過牛腿的上、下翼緣、腹板均與鋼管雙面貼角焊接要牢靠，與板連接的板端局部可剪力傳遞，鋼管外部剪力傳遞是將梁（板）端的剪力傳遞于鋼管，可借助于板正負(fù)鋼筋與焊于鋼管上的上下加強環(huán)分別焊接來傳遞剪力。

（2）彎矩傳遞。根據(jù)各桿件的線剛度計算各節(jié)點的桿端彎矩分配系數(shù)，來計算各個端點的負(fù)荷，來實現(xiàn)與柱連接的梁端彎矩傳遞，在梁上翼緣可設(shè)置加強環(huán)，下翼緣設(shè)置牛腿。加強環(huán)與牛腿均需與梁正負(fù)鋼筋焊接。與柱連接的板端彎矩傳遞同樣可借助于板正負(fù)鋼筋與焊于鋼管上的上下加強環(huán)分別焊接來傳遞彎矩。

4 網(wǎng)架中鋼管砼桿件作為受壓桿件的設(shè)計

在屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，用鋼管混凝土軸心受壓桿件作為網(wǎng)架的壓桿。網(wǎng)架往往需要數(shù)百個個桿件，其中，軸心受壓桿件為通常要占總桿件的一半左右，這個時候我們可以選擇鋼管鋼管砼柱結(jié)構(gòu)，因為它可以代替鋼結(jié)構(gòu)，不僅省資料、還省時省力、省錢。

5 鋼管砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

采用鋼管砼柱結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，力求做到構(gòu)件統(tǒng)一，節(jié)點統(tǒng)一，這樣就可以使得能充分發(fā)揮混凝土與鋼材的特長，從而使構(gòu)件的承載能力大大提高，從而讓它們各自受力均勻。對于對混凝土來說，由于鋼管約束，改變了受力性能，對鋼管來說，同樣有著混凝土的約束亦是如此。其次施工簡單，還能縮短工期。由于鋼管本身都是模板，通過建筑構(gòu)建，我們就很方便的搭建一個工程骨架。不僅節(jié)省了大量施工中的材料，減少了施工工作量，而且還大大的提高了我們的工作效率。對于抗震這一塊來說，鋼管砼結(jié)構(gòu)的條件更為優(yōu)越，由于自身的重量比著原來全部混凝土的重量減輕了一大部分，再加之鋼管的延伸性、牢固性，對于抗震來說，這些都是極為重要的作用，提高體育館的質(zhì)量。

對于鋼管砼的經(jīng)濟(jì)效果更是可想而知，首先為我們不僅僅省下了許多的材料資料，還為我們節(jié)約工期所用的時間。根據(jù)多項工程統(tǒng)計，鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比，在保持自重相近和承載力相同的條件下鋼管混凝土大約能節(jié)省鋼材50%，，并節(jié)省大量的焊接工作；在比較混凝土建筑，相比之下，所用的水泥和沙石的材料也減少了一半，節(jié)約了很多的建筑經(jīng)費；鋼管內(nèi)澆灌混凝土也可以減少鋼管的腐蝕面積，腐蝕面積的減少間接的也是減少了將來的維修經(jīng)費；而且鋼混結(jié)構(gòu)，能吸收大量的熱能，因此遭受火災(zāi)時管柱截面溫度場的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時間，由于承受的溫度面不同，鋼梁的溫度會從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低，使得建筑更不容易坍塌。最后是最直接也是最重要的，就是大量減少了人工費用，把體育館的造價降到了最低。

總之，通過對當(dāng)前國內(nèi)采用鋼管砼結(jié)構(gòu)體育場館進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析表明，鋼管砼柱結(jié)構(gòu)，不僅能夠適應(yīng)體育館結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載發(fā)展的需要，還符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，改善了體育館的美觀性、質(zhì)量性和空間性。正是因為鋼管砼結(jié)構(gòu)的作用如此之大，而正被越來越廣泛地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)工程中，而且大部分的已經(jīng)有了不錯的效果。作為新技術(shù)，我們應(yīng)該充分的掌握其優(yōu)勢，積極的鉆研和發(fā)展這些優(yōu)勢，讓它們更好的服務(wù)于我們。所以鋼管砼結(jié)構(gòu)有著廣闊的發(fā)展前景，這也需要我們的努力來實現(xiàn)它的價值。

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