對結構工程中鋼管混凝土應用的探討

■周江超 ■江西天圣智能建設有限公司，江西 上饒 334000

在鋼筋混凝土結構出現之前，我國建筑行業(yè)一直沿用鋼結構。鋼結構即利用剛才進行建筑活動，因為這種建筑模式主要材料就是鋼材，所以它鋼材消耗量很大，同時成本也比較高昂。鋼管混凝土是一種新型的建筑結構，這種結構主要利用鋼管和混凝土兩種材料，將混凝土注到鋼管中使鋼管對混凝土形成制約作用，從而利用兩種不同材料各自的優(yōu)點將兩種材料混合的優(yōu)點發(fā)揮到最大化。兩者互相擠壓的強大受力作用以及鋼管對混凝土的約束，使得混凝土一直處于高度復雜的應力狀態(tài)下，由此極大程度上優(yōu)化了混凝土原本的性能，大大加強了其可塑性和承壓能力。

1 鋼管混凝土結構的優(yōu)點

第一，節(jié)約建筑成本。與純鋼結構相比，鋼管混凝土結構大大節(jié)約了建筑成本。據估計如果建筑企業(yè)采用鋼管混凝土結構而不去采納鋼結構，那么大概可以節(jié)約一半鋼材和近一半的混凝土，所以鋼管混凝土結構可以說是既節(jié)省了建筑材料，也降低了建筑成本，整體工程造價大大降低，在國際上此類采用不同建筑架構導致建筑成本上漲或下降的例子也屢見不鮮。第二，承壓能力強。由于鋼管混凝土結構本身的特殊性使得它的承載力較于鋼結構有較大的增強，將混凝土注入鋼管，鋼管對混凝土的束縛使得混凝土一直處于三向受壓應力狀態(tài)，從而混凝土的抗壓能力和變形能力都顯著增強;第三，優(yōu)良的可塑性?；炷帘旧磔^為“脆弱”，當它和鋼筋混合以后，因為受力原因自身的延展性，韌性和可塑性大大提高;第四，抗震性能較強。自然災害的發(fā)生也使得人們對建筑的安全問題愈加關注，采用鋼筋混凝土結構的建筑抗震性能要優(yōu)于純粹的鋼結構。鋼管混凝土結構使得混凝土一改自身的“脆性”，擁有了較強的韌性和延展性，再加之鋼管本身的優(yōu)良的抗壓能力和吸能性，使得這種新型結構即使在經過反復的壓磨和搖晃情況下，也依然能保持最初的架構模式。第五，耐火能力強。土可以用來壓制火勢，而鋼筋混凝土結構的開發(fā)研究也正是考慮到了這一點。相比于鋼材，混凝土具有較大的比熱容，能在短時間內更好的吸附熱量。因此雖然鋼管在遇火時升溫較快，但是鋼管內部的混凝土結構又起到了降溫的作用，這樣一來就有效地提升了鋼管的耐熱時間。

2 鋼管混凝土的研究狀況

雖然鋼管混凝土結構的出現已經有了較長時間的歷史，但在世界范圍內興起使用的時間并不是很久遠。大致在二十世紀六十年代到七十年代之間，世界各國開始了對鋼管混凝土結構的具體研究和探索，通過實驗測試其在建筑業(yè)中的可行性和優(yōu)勢。而我國因為改革開放時間相對較晚，因此對鋼管混凝土方面的研究也相對較為滯后。當下，我國建筑業(yè)對于鋼管混凝土的研究主要表現在一下幾個方面:

(1)基本理論的研究。本著理論指導實踐的原則，對鋼管混凝土結構基本理論的研究可以說一直是建筑業(yè)對鋼管混凝土研究的重點。鋼管和混凝土的巧妙結合，很好的中和了兩種材料各自的劣勢，充分發(fā)揮了鋼管和混凝土的優(yōu)勢特色，使得整個鋼管混凝土結構具有了超越純鋼造結構的一系列優(yōu)越品性;

(2)鋼管混凝土結構抗震性能的研究。近年來，自然災害的頻繁發(fā)生也使得社會越來越關注房屋建筑的安全性，其中很重要的一點就是抗震性能。雖然以前的建筑都各自聲稱可以抵抗多少級地震，但實際上能抵抗的震級都是理論意義上可以達到的目標，而實際上能達到的抗震級別其實并沒有那么高。因此在面度新型的鋼管混凝土結構，建筑業(yè)人士也就更關心這個問題。為此，國內外眾多專家學者利用實驗等一系列辦法對鋼管混凝土的抗震性做了具體研究和調查，但目前所能暫時確定的只是鋼管混凝土結構的抗震性能優(yōu)于純鋼結構，至于到底有多大的優(yōu)越性和具體的抗震參數并沒有實質性的報道。目前，我國乃至世界在鋼管混凝土抗震性能方面的研究還有所欠缺，應大力推進，以便于建筑工程對鋼管混凝土結構的進一步利用;

(3)鋼管混凝土的防火性能研究。隨著高層居民樓的流行和普及，住戶和開發(fā)商都對建筑的各種防災害性能予以了高度的關注和重視。對鋼管混凝土結構的抗火性研究，主要有兩方面，一是建筑整體的空間構架，二是火災發(fā)生時建筑結構的變化情況。在對鋼管混凝土結構的抗火性能研究中發(fā)現，鋼管混凝土結構的防火抗火性能遠遠優(yōu)于純鋼結構模式。但是現階段對鋼管結構抗火性的研究還不盡完善，針對這方面的研究還需要進一步調整和提高。

3 鋼管混凝土結構在建筑中的運用

鋼管混凝土自從二十世紀六十年代在我國流行普及開來，并廣泛運用到了我國的各項建筑工程制造中。首先，鋼管混凝土結構最常見的應用模式就是運用在單層和多層的工業(yè)廠房中。這種建筑房型較為簡單，但是與其他建筑的不同之處就在于其起間高要大于一般的居民住房，此外，單層工業(yè)廠房的承力柱屬于偏心受壓構件，所以也就對廠房建造時的支撐柱承壓力提出了較高的要求。而鋼管混凝土由于其自身抗壓能力好承載力強的特點，能在這種房屋構建中充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢和特色。在這種類似的工程中，很多建筑企業(yè)將承壓柱設計成了網格式組合柱進一步提升了鋼管混凝土結構的性能。尤其是我國現在工業(yè)方面發(fā)展迅猛，各地廠房的需求不斷上升，采用鋼管混凝土結構進行建造是一個上乘的選擇。另外一種鋼管混凝土使用較為常見的建筑就是高層居民住宅樓。高層建筑相對于低層建筑來說，對建筑的承載性能，防火抗火性能，抗震性能等方面要求更高也更加嚴格。在這種情況下，鋼筋混凝土結構就具有較大的優(yōu)勢，兩種不同材料的糅合使得每種材料的長處都得到了充分的發(fā)揮。鋼管混凝土本身的優(yōu)勢一方面取代了鋼筋混凝土的傳統(tǒng)結構，另一方面也很好地解決了高層建筑架構中傳統(tǒng)鋼筋混凝土和純鋼結構底部的“井柱”“并柱”問題，也彌補了以往架構中鋼筋韌性太差以致整體結構脆弱的缺陷。鋼管混凝土結構在高層建筑中的使用，一方面取代了鋼架構中的鋼柱，大大減少了鋼材的用量，從而節(jié)約了建筑成本，另一方面也極大地提高了整體結構的抗側度，減少了地基基礎的負擔，從而也降低了工程的整體造價。高層建筑采用鋼管混凝土結構，這個架構中所需鋼材厚度較小，取材容易，價格也相對較低，其抗腐蝕和防火抗火性能也遠遠優(yōu)于純鋼柱和鋼筋柱。整體而言，鋼管混凝土結構因其工藝相對較為簡單，所以這種建筑模式的使用會大大縮減工期，節(jié)約成本，但與此同時也大大提升了建筑各方面的性能。

4 結語

通過上述各方面對鋼管混凝土架構的分析和討論，可以看出鋼管混凝土結構在我國的使用依然處于雛形階段，但是發(fā)展前景依舊一片光明。鋼管混凝土相對于傳統(tǒng)的純鋼架構和鋼筋混凝土建構模式，有著其自身巨大的優(yōu)越性。尤其是在我國當下建筑行業(yè)發(fā)展迅速的大環(huán)境下，鋼管混凝土模式的使用也是大勢所趨。因此，應該大力加強有關于鋼管混凝土結構的進一步研究和測試，使其早日在我國普及開來，為我國建筑業(yè)的發(fā)展的創(chuàng)新和進步助力，同時也為國民經濟的發(fā)展做出更大的貢獻。

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