鋼管混凝土組合柱在重鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房工程中的應(yīng)用

摘 要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載力很高，用于重鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房中能夠發(fā)揮很好的作用。重鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房的跨度和高度都很大，因此，要建設(shè)這樣的工程就需要承載力很大的柱子來支撐。鋼管混凝土組合柱以其獨特的優(yōu)點廣泛用于高層建筑和大型工廠中。本文就鋼管混凝土組合柱在重鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，了解鋼管混凝土組合柱在工程設(shè)計中的作用。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土組合柱；重鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房；應(yīng)用

中圖分類號：TU398.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）11-0002-02

引言

加工制造業(yè)的發(fā)展對大型設(shè)備的要求越來越多，為了能夠安置這些大型設(shè)備，大量的工業(yè)廠房在大跨度的建設(shè)。鋼管混凝土是一種新的建筑結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在大型工業(yè)廠房建設(shè)得到了廣泛的運用。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)不同，這種結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省鋼和水泥的數(shù)量而且其荷載力很大。在我國工業(yè)建設(shè)不斷地發(fā)展的背景下，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)不斷地得到發(fā)展，由此發(fā)展而來的鋼筋混凝土組合柱更加受到高層建筑和大型工廠工程的青睞，其特點也更加的突出。在工程設(shè)計中使用這種組合柱能夠?qū)崿F(xiàn)工程建設(shè)向大跨度的方向發(fā)展。本文首先介紹鋼管混凝土組合柱的應(yīng)用特點，然后以實際案例分析其應(yīng)用，最后得出結(jié)論。

1 鋼管混凝土組合柱應(yīng)用特點

1.1 抗震性

在地震或者荷載的作用下，鋼管混凝土組合柱有很好的延伸性以及吸能性，在荷載的作用下不容易發(fā)生彎曲和退化[1]。很多大型建筑中使用的鋼柱需要用厚的鋼板進(jìn)行固定來保持建筑的穩(wěn)定，但是由于荷載過大還會發(fā)生彎曲現(xiàn)象最后導(dǎo)致局部或者大部分不穩(wěn)定。而鋼管混凝土組合柱的抗壓能力和承載能力要比傳統(tǒng)使用的鋼柱承載大很多。

1.2 耐火性

除了具有較大的抗震性外，鋼管混凝土因為其內(nèi)部核心的混凝土有較高的熱容量，一旦發(fā)生火災(zāi)，這部分核心混凝土就可以吸收部分的熱來降低鋼的溫度。有實驗表明鋼管混凝土組合柱的溫度達(dá)到1000℃以上時，還能夠承受68%的荷載。在沒有防護情況下的鋼材結(jié)構(gòu)如果溫度要到達(dá)到550℃以上，需要進(jìn)行15min的加熱，這個時候鋼結(jié)構(gòu)的抗壓以及承載能力都會迅速降低，而工業(yè)建筑建設(shè)中使用的鋼如果加熱溫度達(dá)到了400℃，那么鋼結(jié)構(gòu)的抗壓力基本上降到了0。相比下，剛勁混凝土組合柱更適合于工業(yè)廠房及大型建筑中，因為其耐火性要比鋼柱高的多。

1.3 經(jīng)濟性

鋼管混凝土組合柱耗材較少，經(jīng)濟性價比高。盡管在制作鋼管混凝土組合柱時花費的資金要比制作普通鋼材的資金多，但是為了滿足工程穩(wěn)定抗壓等的需要，需要使用大量的鋼材才有可能達(dá)到，而鋼材混凝土組合柱使用的數(shù)量上要少很多就可以滿足，從整體上來看，使用鋼管混凝土組合柱的綜合造價要比普通鋼材的低，更具經(jīng)濟性。表1是同一工程中計算鋼結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土組合柱使用結(jié)果。

1.4 施工難度

鋼材混凝土組合柱建設(shè)工程施工難度小，工期短。

2 鋼管混凝土組合柱在重鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

深圳造船廠車間建設(shè)，車間的跨度為80m，柱間距離為19m和24m的，吊車尾3層吊車，第3層有3臺170t小車橋吊，軌高26m，跨度67m，第2層2臺50t橋吊，軌高20m，跨度65m，最下層為7臺3tT型吊車，軌高10m，跨度有20m和30m兩種。車間總共的長度有270m，高跨度為15m，低跨度為130m，兩個相距360m長的屋面和墻面是輕質(zhì)的維護結(jié)構(gòu)[2]。

2.2 荷載

該廠房的車間屋頂蓋使用的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋脊有用于通風(fēng)的天窗。子廠房的高度比廠房的高度要高，其分荷載系數(shù)取用荷載風(fēng)壓的1.0，基本的風(fēng)壓為0.62kN/m2。荷載計算：

屋頂蓋部分：靜載有彩鋼和網(wǎng)架，是1.40kN/m2，活載為0.9kN/m2。

吊車：最上層的吊車荷載主要對作用于柱上，其荷載為Rmax=4289kN，Rmin=2699kN，水平剎車力在97.9kN。第二層吊車的荷載為Rmax=1360kN，Rmin=965kN，水平剎車力在29.5kN。最低下層吊車荷載為Rmax=989.5kN，Rmin=356.7kN，水平剎車力在12.9kN。

風(fēng)荷載：基本的風(fēng)壓主要作用于柱的頂部，對其柱頂?shù)暮奢d力為375kN，基本風(fēng)壓在0.62kN/m2，風(fēng)荷載在兩邊的柱底壓力為17.2kN/m和9.98kN/m。

2.3 抗震能力

該廠房建設(shè)抗震作用為七級近震。

2.4 截面形式及計算

鋼管混凝土組合柱結(jié)構(gòu)的截面形式有3種，一種是圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，一種是矩形鋼管混凝土姐歐股，還有一種是多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[3]。在廠房建設(shè)中使用最廣泛的就是矩形和圓形鋼管混凝土組合柱。圓形鋼管混凝土組合柱的強度和抗壓性是最符合廠房建設(shè)的，所以深圳該造船廠的車間建設(shè)中使用的就是圓形鋼管混凝土組合柱。在對廠房的排架進(jìn)行計算時，采用的設(shè)計福軟件是中國建筑學(xué)院編制的鋼結(jié)構(gòu)STS軟件，這種軟件在計算鋼管混凝土組合柱的截面時是根據(jù)CECS28B90計算的[4]。圖1是排架計算圖。圖2是該船廠房截面圖。

2.5 柱腳

柱腳的鋼管應(yīng)該使用封板進(jìn)行封閉，這樣能夠減少柱和接面的壓力。從本案例中來看，封板和柱腳相連接的地方有勁肋，這是為了更好地提高柱腳的受力。而且，廠房中鋼材混凝土組合柱的柱腳有兩個杯口插入，在杯口處灌入混凝土，這樣有利于提高整個柱的受力荷載。

3 結(jié)語

鋼管混凝土組合柱所具有的特點將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土柱，在建設(shè)大跨度、大柱距以及大吊車的廠房工程中，使用鋼管混凝土組合柱將會發(fā)揮巨大的作用[5]。在今后的大型廠房和高層建筑中都可以使用這種結(jié)構(gòu)建筑，值得在建筑行業(yè)中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 何夕平，張大偉，鄭磊，等.鋼管混凝土雙肢柱邊柱單腹板肩梁受力性能分析[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（01）：14-19，23.

[2] 劉香，胡長威，王亞杰.鋼管混凝土柱和型鋼柱在工業(yè)廠房中應(yīng)用對比[J].山西建筑，2012（05）：39-40.

[3] 王慶利，關(guān)崇偉，路建方，等.CFRP-鋼管混凝土組合短柱的軸壓試驗[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（03）：178-182.

[4] 王清湘，趙大洲，關(guān)萍.軸心受壓鋼骨—鋼管混凝土組合短柱力學(xué)性能研究[J].中國公路學(xué)報，2009（03）：39-43.

[5] 閻善章，楊衛(wèi)紅，劉冰，等.《火力發(fā)電廠主廠房鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計暫行規(guī)定》（DLGJ 99-91） 第三章——鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容介紹[J].鋼結(jié)構(gòu)，2009（02）：9-37.

作者簡介：鄭友柴（1965-），男，湖北蘄春縣人，1996年12月畢業(yè)武漢工業(yè)大學(xué)工業(yè)民用建筑專業(yè)，大專，工程師，國家二級注冊結(jié)構(gòu)工程師。