钢管混凝土柱

摘要：介绍了钢管混凝土结构的特点、研究现状及其工程应用，探讨了钢管混凝土结构研究方向。

关键词：钢管混凝土

近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。

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。

1．钢管混凝土结构的特点

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。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，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。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面：

1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越

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，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，且仍有约5%的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。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。

1.2 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。

1.3 有利于钢管的抗火和防火

由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时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。

1.4 耐腐蚀性能优于钢结构

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也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。

1.5 施工方面

钢管混凝土柱的零件较少，焊缝少，构造简单，柱脚常采用在棍凝土基础上预留杯口的插人式柱脚，因而工厂制造比较简单，同时构件自重较小，运输和吊装也较易，施工很简便，而且钢管馄凝土柱采用板材卷制，板材厚度都不大，一般在40m以内，无论工厂焊接和现场进行对接，都没有什么困难。同时，与钥筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的外皮钢管具有钢筋的功能，兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，所以管内没钢筋，省了钢筋下料和绑扎钢筋等一系列工艺，又由于柱外皮钢管本身就是耐侧压的模板，同时也省了支模和拆模等工序。近年来，泵送砖相当普遍，现场浇灌并无困难，我国创造并广泛使用的高位抛落不振捣混凝土的施工方法，更简化了现场灌混凝土的工序，简便了施工。也有在管柱下部开临时浇灌孔，用混凝土泵自下而上灌注混凝土的方法，既快，又保证浇灌质量。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，省去浇水养护工序，简化了混凝土的养护工艺。

在钢管构件的制作、安装要求方面:①钢管混凝土柱用的钢管，焊接、制作要求较高。一般应优先采用螺旋焊管，无螺旋焊接管时，也可以用滚床自行卷制钢管，但卷管的方向应与钢板压延方向垂直且对管的内径有一定的要求。焊接时除一般钢结构的制作要求外要严格保证管的平、直，不得有翘曲、表面锈蚀和冲击痕迹。特别是它对钢管内壁的除锈要求。可能会增加钢管的制作周期;②在构件制作过程中，钢管的对接是一个难点。结构要求焊后的管肢要平直，这就需要在焊接时采取相应的措施和特别注意焊接的顺序以及考虑到焊接变形的影响。管肢对接焊接前，对于小直径钢管应采用点焊定位.对于大直径钢管应另用附加钢筋焊于钢管外壁作临时固定联焊。在钢管对接焊过程中，如发现点焊定位处的焊缝出现微裂缝，则该微裂缝部位必须全部铲除重焊。为了确保联接处的焊缝质量，在现场拼接时，在管内接缝处必须设置附加衬管。对于格构式柱要求往的肢管和各种腹杆的组装连接尺寸和角度必须准确。特别是腹杆与肢管联接处的间隙，应采用自动切管机按照相接面管的直径和角度切割成空间相交曲线的管端。如无自动切割机时应按板金展开图进行放样切割。在高层建筑中常常采用变径的钢管，变径管的对接就又是一个施工难点，变径处节点构造较为复杂，无疑会影响到施工的进度。

2．钢管混凝土结构的研究现状

20世纪60年代之前，钢管混凝土结构的研究对象主要是圆钢管混凝土结构。从60年代后半期以后，开始比较系统地研究矩形钢管混凝土结构。目前，圆钢管混凝土结构的研究已经取得了丰硕的成果，很多国家制定了相应的设计和施工规范或规程，如欧洲标准EC4（1996）、德国标准DIN18800（1997）、美国标准ACI319－89、SSLC（1979）和LRFD（1997）、日本标准AIJ（1980，1997）。在我国，钢管混凝土结构的研究主要集中在圆钢管中填充素混凝土的内填型圆钢管混凝土结构，最早开展研究工作的是原中国科学院哈尔滨土建研究所。1968年以后，中国建筑科学研究院、冶金部冶金建筑科学研究院等单位也先后对

钢管混凝土基本构件的工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等方面展开了系统的研究。进入80年代后，研究工作进一步深入，通过大量的试验研究和理论分析，对构件的承载力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究，得到了实用的设计计算公式。与此同时，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，钢管混凝土结构的优势得到了更加充分的发挥。近十几年来，我国钢管混凝土结构的科学研究和工程应用都取得了令人瞩目的成就。目前已经先后有国家建材局、中国工程建设标准化委员会、国家经济贸易委员会和解放军总后勤部颁布发行了有关钢管混凝土结构的设计规程。为钢管混凝土结构在我国的推广奠定了坚实的基础，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。钢管混凝土结构的应用在近十年的时间里得到了飞速的发展。

我国对于矩形钢管混凝土结构的研究工作开展得较晚，1985年郑州工学院开始进行方钢管混凝土轴压短柱的研究，其后同济大学等单位也进行了方钢管混凝土构件的研究，取得了一定的成果，而我国的矩形钢管混凝土结构的设计施工规程尚在制定中。

3．钢管混凝土结构的工程应用

早在19世纪80年代，钢管混凝土结构就已经出现。例如，1879年英国赛文（severn）铁路桥的建造中采用了钢管桥墩，在钢管中灌了混凝土以防止内部锈蚀并承受压力。前苏联乌拉尔的伊谢特铁路桥采用钢管混凝土构件做拱形桁架的上弦和上部建筑的柱子，省钢25％。1961年比利时建造船坞时，采用钢管混凝土构件做桁架的压杆和立柱，比钢结构节省钢材40%。法国巴黎居民区的第一座摩天大楼采用了钢管混凝土框架柱，比钢结构节省钢材40%。前苏联在一些吊车栈桥（跨度达48m）中采用钢管混凝土结构，比全钢结构节省钢材12％－28％，降低造价28%，比钢筋混凝土结构省钢9%，降低造价56%。日本、瑞士等国在输电跨越塔中采用了钢管混凝土结构，也都取得了显著的经济效益。

在20世纪60年代以前，由于钢管内浇注混凝土的施工工艺尚未得到很好的解决，现场的施工操作显得繁琐，钢管混凝土结构在施工性能方面的优势没有得到应有的发挥。到80年代后期，由于泵送混凝土工艺的发展，解决了现场钢管内部浇灌混凝土的工艺问题，加上现代高强混凝土需要用钢管约束来克服其脆性。因此，钢管混凝土结构在美国和澳大利亚等国的高层建筑中得到了广泛应用，被认为是高层建造技术的一次重大突破。

我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近40年的历史。1966年钢管混凝土结构应用于北京地铁车站工程，70年代又在单层工业厂房、重型构架中得到了成功的应用。近10年来，随着国家经济的迅猛

发展，钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效地应用，推动了建造技术的发展。在我国，钢管混凝土结构主要应用于以下的领域中。

3.1 高层建筑工程

在高层建筑结构中，钢管混凝土柱具有很大的优势：具有承载力高，抗震性能好的特点，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，降低基础的造价。全部采用钢管混凝土柱的工程可以采用“全逆作法”或“半逆作法”进行施工，从而加快施工进度；钢管混凝土柱的钢材厚度较小，取材容易、价格低。其耐腐蚀和防火性能也优于钢柱。钢管混凝土柱不易倒塌，即使损坏，修复和加固也比较容易。

3.2 大跨度桥梁工程

随着经济的迅速发展，需要建造能够跨越江河、海湾和山谷的，安全、经济且轻盈美观的大跨度桥梁。在我国，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。自1990年在四川省旺苍县建成跨度为115米的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，在10来年的时间里，我国已经建成了100多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在100米以上的就有30多座，尤其是重庆市万县长江公路大桥，跨度达到420米，一跨过江。经过多年的实践，我国在钢管混凝土拱桥建设上已经积累了丰富的经验，形成了一套较为完整的钢管混凝土拱桥建造技术。

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。在对广东南海市紫洞大桥主桥进行了技术经济分析，主桥采用钢管混凝土空间桁架组合梁式结构与采用预应力混凝土连续钢结构方案相比较，可以节省混凝土44%，节省预应力钢材62％，增加普通钢材23％。加上施工设备、临时设施和施工工期等方面的因素，主

桥的经济效益就更为可观。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。

3.3 地铁车站工程

地铁车站是我国最早采用钢管混凝土结构的工程项目。早期的地铁车站是深埋地下的多跨结构，用明挖法施工；采用钢管混凝土柱主要是利用其承载力高的特点，以减小柱子的截面尺寸，有效地利用空间。近年来，在城市中心地区修建的地铁车站多为浅埋式的、具有综合功能的多层地下建筑。采用盖挖逆作法施工，以尽量减少对城市正常生活的干扰以及对地面交通和邻近建筑的影响。盖挖逆作法，是先施工地下结构的顶盖，在顶盖的保护下进行开挖，按照从顶到底的顺序进行施工。为此，必须在土方开挖前设置好顶盖的中间支撑柱，钢管混凝土柱将施工阶段的临时柱和结构的永久柱合二为一，因此是最好的选择。90年代以来，北京地铁的复八线工程中，采用盖挖逆作法建成了“天安门东站”、“大北窑站”和“永安里站”；在建中的南京地铁的“三山街站”也是采用的盖挖逆作法进行施工。

3.4 单层和多层工业厂房柱

单层工业厂房的柱属于偏心受压构件，为了充分发挥钢管混凝土结构的特点，很多工程中的柱子设计成格构式组合柱，如双肢柱、三肢柱和四肢柱，把偏心弯矩转变为轴心力。如1972年建成的本溪钢铁公司二炼钢轧辊钢锭模车间采用了四肢柱；1980年建成的太原钢铁公司第一轧钢厂第二小型厂的下柱采用双肢柱；1982年建成的吉林种籽处理车间采用了三肢柱；1980年建成的武昌造船厂船体结构车间采用了四肢柱。与钢筋混凝土柱和普通钢柱相比，钢管混凝土组合柱显得特别轻巧，节约钢材，施工简便，同时刚度好。单层工业厂房中采用钢管混凝土柱时，钢管中混凝土的浇注可以在全部主体结构安装完成后进行，所以大大缩短了工期。如1992年建成的哈尔滨建成机械厂大容器车间，从破土动工到竣工只用了15.5个月；同年该厂又建成了容罐式汽车车间，主体结构的施工仅用了半年时间。

80年代初，我国开始在多层工业厂房中采用钢管混凝土柱。多层工业厂房柱基本为偏心受压单管柱；如1984年建成的上海特种基础科研所的科研楼，1985年建成的柳州水泥厂窑尾加热车间。

4．钢管混凝土结构研究的发展方向

4.1 高强度材料的应用

采用高强混凝土可以减轻结构自重、降低工程造价。随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了它在实际工程中的应用。将高强混凝土灌入钢管中形成高强钢管混凝土，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，而其构件的承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。

近年来，国内外对高强钢管混凝土构件的研究表明；高强钢管混凝土的力学性能与普通钢管混凝土有所不同，其设计不能套用普通钢管混凝土构件的设计公式。而我国现行的钢管混凝土设计施工规范和规程只适用于普通钢管混凝土结构，因此必须加大高强钢管混凝土的研究力度，尽快制定出相应的设计施工规范和观察。

4.2 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。钢管混凝土节点可以分为两种；钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点和钢管混凝土柱与钢梁的连接节点。目前，国内对于钢管混凝土节点静力性能的研究较多，而对于节点动力性能的研究报导还较少。

4.3 耐火性能的研究

我国还没有制定针对钢管混凝土结构的防火规定。对于已经建成的钢管混凝土结构，有的采用钢筋混凝土结构的要求外包混凝土，有的按照钢结构的要求涂防火材料，都没有统一规定和科学的依据。近年来，国内学者就钢管混凝土的耐火性能问题进行了研究，已经取得了可喜的成绩；应尽快编制出适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范。

4.4 钢管混凝土结构体系抗震性能的研究

在对采用钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱的框架结构进行了抗震性能的对比试验研究；并从理论上分析比较了两种结构的动力性能，得出了钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构的结论。但目前对钢管混凝土结构抗震性能的研究，主要还是集中在基本构件方面，而对于钢管混凝土整体结构的抗震性能的研究还不多。应开展这方面充分的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。

4.5 矩形钢管混凝土结构的研究

矩形钢管混凝土结构中，钢管对于其内部混凝土的约束作用相对较弱，但是它具有节点形式简单，便于施工等优点。国外学者对矩形钢管混凝土结构已进行了大量的研究，制定了相应的设计规程，在工程应用上也取得了很大的进展。我国的矩形钢管混凝土结构的设计施工规程尚在制定中。

与钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式。随着其理论研究的深入和完善，新型施工工艺的产生和高性能材料的应用，钢管混凝土结构的应用范围将不断扩大。

4.6 钢管混凝土施工方面的研究

钢管混凝土结构在施工中也有一些问题不容忽视。在结构构件的连接构造方面:①当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，就必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果用暗牛腿、会给浇注混凝土带来不便，影响施工进度;②当钢管混凝土柱与无梁盖连接时，尤其是采用升板法施工时，板与柱的连接构造是相当复杂的，会直接影响到施工的进度;③为了能够充分发挥钢管混凝土的承载力，钢管混凝土的连接应尽可能地将连接力可靠地传递到核心混凝土上。常采用柱顶盖板、柱脚底板和层间隔板、穿心板等来实现。当然前提条件必须是应保证管内混凝土的密实，做到这一点也是不易的。横隔板和上、下柱的连接是比较萦琐的，尤其是对于小直径管，特别不便于施工。穿心板的制作也很麻烦，而且还会妨碍管内混凝土的浇注和振捣。一般仅在大直径钢管混凝土中使用。

4.7 预应力钢管混凝土方面的研究

实际上，随着钢管混凝土组合结构体系的应用愈来愈广泛，钢管混凝土还常用于结构的受拉部位，如钢管混凝土空间桁架的下弦及受拉腹杆、大跨度拱桥的水平拉杆和挡土墙的锚杆等。因此，本文提出了预应力钢管混凝土结构，即对钢管混凝土构件施加预应力，以提高结构的承载力。预应力钢管混凝土结构不仅有效地拓展了钢管混凝土的应用范围（钢管混凝土结构的应用范围不再局限于轴心受压短柱，可扩展到结构的受拉部位），而且改善了钢管混凝土结构的性能，也充分发挥了组合结构的优势。另外，预应力钢管混凝土结构用于斜拉桥的斜拉索亦是一种有益的尝试，可改善结构的动力性能，减小斜索垂度的影响，提高索的耐久性和抗腐蚀能力。

4.8薄壁离心钢管混凝土结构

薄壁离心钢管混凝土结构是介于钢筋混凝土环形杆和钢管杆之间的一种新型钢—砼复合结构，该结构既可以充分发挥钢和混凝土两种材料的物理力学性能，又可避免这两种材料在各自单独实用条件下的弱点，

具有良好的共同工作和力学性能。我国从1984年起，开始该结构研究试验，目前关于该种结构的基本计算理论、技术规程、制造工艺以及施工及验收规程均图#以编制出版，已形成较为完整的体系。

该种结构与传统的其它结构相比具有以下优缺点：（1）与钢筋混凝土电杆相比，其优点为：在使用钢材相同的情况下，可减小断面，减轻重量；简化制造工艺，不需要钢模，提高劳动生产率；抗震和抗冲击能力强，运输、安装破损少，搬运及立塔施工方便；可解决混凝土杆所普遍存在的裂缝问题，延长使用寿命；不需预埋件、抱箍等附件，连接方便；提高了构件及工程的美观效果。（2）与钢管结构或普通钢结构相比，其优点为：节省25－50％的钢材，降低造价20－40％左右；提高局部稳定性；解决钢管内壁防腐问题。

浅谈钢管混凝土柱

浅谈钢管混凝土柱 摘要: 由于钢管商品混凝土具有承载力高,耐腐蚀,便于施工等一系列优点,它在实际工程中的应用越来越多。从钢管商品混凝土柱工作原理、力学性能等方面,来显示钢管商品混凝土的优势。 关键词: 钢管商品混凝土柱; 钢筋商品混凝土柱; Abstract: As a result of concrete filled steel tube with high capacity, corrosion resistance, convenient construction and a series of advantages, it application in practical engineering more and more. This paper from the concrete filled steel tubular column working principle, mechanical properties and other aspects, to show the advantages of concrete filled steel tube. Key words: concrete filled steel tubular column; reinforced concrete column 钢管商品混凝土即在薄壁圆形钢管内填充商品混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的结构。它利用钢管和商品混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用，充分发挥这两种材料的优点，弥补彼此的缺点，因而具有良好地力学性能和经济性。在桥梁，工业厂房，高层建筑中的应用越来越广泛。 1、钢管商品混凝土的工作机理钢管商品混凝土的基本原理：在钢管中填充商品混凝土，在力的作用下，商品混凝土对钢管有力的作用，但同时钢管约束了商品混凝土，使管内商品混凝土处于三向受压的应力状态，延缓其纵向微裂缝的发生和发展，从而提高其抗

论述钢管混凝土柱的几种常用节点形式

论述钢管混凝土柱的几种常用节点形式 发表时间：2015-09-25T11:20:14.227Z 来源：《基层建设》2015年6期供稿作者：史绍鑫郭丽丽 [导读] 齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司钢管混凝土柱是以钢管和混凝土两种建筑施工材料相互配合形成的复合材料。 史绍鑫郭丽丽 齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司 摘要：随着建筑物朝着高层、超高层的方向不断发展，钢管混凝土凭借其良好的力学性能和耐久性得到工程施工人员的关注。但具体工程施工中，钢管混凝土柱节点施工质量一直难以得到有效控制，成为严重制约这一混凝土施工技术推广及普及主要因素。本文就钢管混凝土柱的集中常见节点施工形式进行分析。 关键词：钢管混凝土；建筑结构；施工技术；节点形式 近年来，建筑高层化、多层化和超高层化趋势越来越明显，给各种施工新技术、新材料的应用提供了市场基础。钢管混凝土在这种时代背景下以优良的力学性能、较好的耐久性等优势被人们重视，但在具体施工中梁柱节点施工问题一直是制约其发展与推广的主要问题。节点作为建筑结构连接最薄弱的环节之一，确定结构设计合理与否是施工质量控制的重点，因此在这里我们有必要对此类施工技术分析。 一、钢管混凝土柱施工优越性 钢管混凝土柱是以钢管和混凝土两种建筑施工材料相互配合形成的复合材料，这种材料由于钢管柱与混凝土两种材料性能的优势互补，充分发挥两种材料各自的优越性能来改变传统混凝土结构塑性、韧性不佳问题，同时有效避免了局部屈曲的问题，使得整个混凝土结构承载力、塑性和韧性得到有效的保证。在当今建筑工程项目中，钢管混凝土柱施工技术广泛的应用在地震频率较高的地区，有效解决了因为地震荷载而引起的建筑物脆性破坏，大幅度提升了建筑结构的整体强度、降低了工程造价。 二、钢管混凝土柱常见的节点形式与施工要点 由于钢管混凝土柱与普通梁板结构连接、预应力梁板连接结构复杂，施工难度大、质量问题多，因此一直以来这一施工内容都深受业界重视，由此也促使了很多节点施工新方法、新内容形成。在当今节点施工中常见的方法包含了加强环式节点、连接双梁式节点、梁端局部加宽式节点、环梁式节点、半穿心式节点等。 1、加强环式节点 （1）加强环式节点是钢管混凝土柱在施工中利用上下钢板加强环传递结构弯矩应力的一种施工方法，同时在一些特殊环境的工程施工中还会在加强环之间设置放射状的加劲肋板，并且将加劲肋板同上下加强环结构焊接成一个整体，从而达到应力科学、合理传递的目的。在这种节点施工当中，加强环的厚度、宽度是根据梁端纵筋的强度为标准的，且最小宽度不能小于连接宽度的70%。 （2）加强环式节点施工技术在应用中具备着刚度大、承载能力强且无需要其他部件穿过结构的一种施工方法，因此在具体的工程施工中特别适用于那些直径小、承载力低的工程建设领域。尤其在那些多层建筑结构施工中，这种节点施工方法的选择能实现钢管混泥土柱一次浇筑成型的施工要求，且由于管道内部不存在障碍物，使得整个混凝土柱的质量得到有效保证。 （3）在施工中，如果钢管的直径比较大的时候，加强环式节点施工方法选用上要做一定的改动，要增加钢板加强环的钢材用量。同时还需要注意，由于梁端的纵筋和钢板之间本身的焊接工作量大，因此要高度重视焊接工作及焊接缝的控制。 2、连接双梁式节点 （1）连接双梁式节点在应用中通常都提前设置一个I形状的承载钢柱，这一钢柱通常都是在钢管外侧沿着应力传递方向配合梁体结构主筋浇筑同步进行的。在具体施工操作中，钢筋混凝土梁结构必须要一分为二，且分别布置在钢管的两侧，这个时候连接梁的四个主轴方向的轴端只是承担荷载力度，而不承担弯矩力和其他应力，其牛腿的抗弯强度也并不是很大，有效减少了节点区域钢管、混凝土的连接宽度，也避免了钢管混凝土柱混凝土施工缝的出现，有效的缓解了裂缝的出现率，提高节点区域的整体性和质量。 （2）连接双梁式节点梁的纵向钢筋无须穿过钢管，不用打弯，施工方便；且楼板的实际跨度减少，配筋较省。 （3）这种节点是通过牛腿传递剪力的，应力较集中。 3梁端局部加宽式节点 （1）梁端局部加宽式节点是以纵向钢筋连续绕过钢管的构造形式来实现的。在开始加宽处须增设附加箍筋将纵向钢筋包住，梁端局部加宽式节点的钢牛腿与普通钢筋混凝土梁的搭接过渡区能可靠传递梁端内力，钢牛腿既参与抗弯又参与抗剪。 （2）本节点传力途径明确、可靠，现场焊接量少，施工较为方便。 （3）这种节点均通过牛腿传递剪力，应力较集中。 4、环梁式节点 环梁式节点是对钢板加强环节点的改进，其形式是绕钢管设置一钢筋混凝土环梁用于传递弯矩；在环梁中部或底部钢管外表面贴焊一环形钢筋，用于传递剪力。 4.1、环梁式节点与加强环节点的异同 （1）节点不设置任何穿心构件，梁端剪力经管壁间接传递给核心混凝土；梁端纵向钢筋的拉力亦为间接传递。 （2）不同点是加强环式节点的加强环及加劲肋用钢板制作，加强环与梁端纵向钢筋需现场焊接；而环梁的材料是钢筋混凝土，与楼层梁板整体浇筑，框架梁的纵向钢筋可锚固在环梁内，无须现场焊接，施工方便，造价低。 4.2环梁式节点的缺点 （1）由于框架梁端弯矩是通过环梁间接传递的，环梁顶面的裂缝方向大体与框架梁的轴线垂直，且在框架梁与环梁的连接处，存在应力集中现象；钢筋混凝土梁材料为各向异性，若无加强措施，某些截面可能会过早破坏或出现较大的裂缝。 （2）由于梁端剪力亦为间接传递，即通过抗剪环筋及其贴焊焊缝传给管壁，再经管壁传给核心混凝土，当环梁出现裂缝或局部破坏时，抗剪环筋的抗剪承载力将大幅度减低。 5、半穿心式节点 半穿心式节点的特点是采用半穿心抗剪暗牛腿和在角部增设4个抗弯牛腿。牛腿的腹板深入钢管四分之一管径即可满足锚固要求；当柱

火灾后钢筋混凝土柱外包钢管加固性能_数值模拟(1)

第21卷第3期 2012年6月自然灾害学报JOURNAL OF NATURAL DISASTERS Vol．21No．3Jun．2012收稿日期：2011－08－06；修回日期：2011－10－21 基金项目：教育部科学技术研究重点项目（210228）；甘肃省自然科学基金项目（096RJZA100） 作者简介：王文达（1976－），男，教授，博士，主要从事钢与混凝土组合结构抗火及抗震性能研究．E- mail ：wangwd@lut．cn 文章编号：1004－4574（2012）03－0204－07 火灾后钢筋混凝土柱外包钢管加固性能 ———数值模拟 王文达1，2，郭智峰3，张鹏鹏 1，2（1．兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050；2．兰州理工大学土木工程学院， 甘肃兰州730050；3．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055） 摘要：基于ABAQUS 软件进行了外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱力学性能的数值模拟，分 别建立了受火钢筋混凝土构件的温度场分析模型及加固后构件的三维单元力学分析模型。探讨了 钢管屈服强度、 名义含钢率、新修复混凝土强度等对外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱承载力、刚度及延性的影响规律。结果表明：火灾后钢筋混凝土柱的承载力和刚度都会明显降低，采用外包 钢管可对受损伤的钢筋混凝土柱进行修复加固，加固后组合柱受力性能将得到大大改善。分析结果 可为有关工程应用提供参考。 关键词：钢筋混凝土柱；火灾后；外包钢管；加固；数值模拟 中图分类号：TU352．5；TU375文献标志码：A Numerical simulation on strengthening behavior of reinforced concrete columns after fire with wrapped steel tube WANG Wenda 1，2，GUO Zhifeng 3，ZHANG Pengpeng 1， 2（1．Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation in Civil Engineering of Gansu Province ，Lanzhou University of Technology ， Lanzhou 730050，China ；2．College of Civil Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou 730050，China ； 3．College of Civil Engineering ，Xi ’an University of Architecture and Technology ，Xi ’an 710055，China ） Abstract ：Based on software ABAQUS ，numerical simulation of the mechanical behavior of steel tube-wrapped RC column after fire was conducted ，and temperature field model of the RC column under fire and 3D mechanical mod-el of the strengthened RC column were established．Also explored is the influence regularity of the yielding strength ，nominal steel rate and reparative concrete strength on bearing capacity ，rigidity and ductility of the steel tube wrapped RC column after fire．Results show that the bearing capacity and rigidity of the RC column after fire decrease obviously ，while the wrapped steel tube can repair and strengthen the damaged RC column ，and the strengthened composite column has greatly-improved bearing behavior．The results may provide a reference to rele-vant engineering application． Key words ：reinforced concrete column ；post-fire ；wrapped steel tube ；strengthening ；numerical simulation 火灾的日益频发且对建筑物的危害越来越大，对人民生命财产损失也越来越大，因此火灾已成为严重威 胁社会安全的问题［1］。火灾往往会导致建筑结构及构件受到不同程度损伤， 从而影响结构安全。尽管如此，当结构受损不至于破坏时，可通过合理的修复加固手段使得结构及构件继续服役。火灾后大部分钢筋混凝土构件经过加固维修后即能满足原设计要求，少数情况下可能需要拆除重建。当能比较准确地进行火灾后钢筋混凝土构件剩余力学性能（如剩余承载力和刚度等）的评估，合理评价其损伤程度，从而选择合理的

钢管再生混凝土综述

钢管再生混凝土的现状研究 摘要：再生混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生集料，部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土，再生混凝土技术的研究与应用为建筑垃圾资源化提供了一条有效的途径。钢管混凝土结构将钢管和混凝土有机结合起来，因承载力高、抗震性能好等优点而被广泛应用与单层和多层工业厂房等承重结构中。而将再生混凝土浇筑在钢管内形成的钢管再生混凝土，既能提高钢管的承载能力，又能弥补再生混凝土的不足。近年来，许多专家和学着对这种新型的组合结构展开了研究。 关键词：钢管再生混凝土；力学性能；抗震性能；黏结滑移；研究展望 0引言 随着我国经济的不断发展和城市化的进程不断加快，大量的建筑垃圾不断排出，其中废弃混凝土占了很大一部分，而废弃混凝土的处理需要大量的费用而且还严重污染环境，再生混凝土技术的应用为这些废弃混凝土的处理提供了有效的途径，减少了环境污染，并能带来经济效益[1]。 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，将钢管和混凝土有机的结合起来，充分发挥钢管和混凝土各自的优越性。钢管混凝土结构凭借其承载力高、抗震性能好等优势,在高层和超高层建筑中得到迅速发展和广泛应用,并且较好地解决了施工速度与混凝土硬化时间较长的矛盾。 伴随着钢管混凝土技术的发展，科研工作者提出了将再生混凝土灌入钢管中从而形成钢管再生混凝土这一种新型的组合结构，对再生混凝土的利用提供了一种新的方式[2]。这种组合结构日益引起许多专家和学者的关注与研究，并取得了一定成果。 1钢管再生混凝土的力学性能分析 国内外的研究者和学者对钢管再生混凝土的力学性能进行了大量的研究工作。 许多学者集中在钢管再生混凝土柱的受压性能方面的研究[3-5]。王玉银[6]等采用分级单调加载，对12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝

钢管混凝土柱环梁节点及其应用

钢管混凝土柱环梁节点及其应用 摘要：本文介绍了钢管混凝土柱环梁节点的构造和基本受力机理。通过合理设计，环梁节点能有效地传递框架梁端的剪力和弯矩，具有良好的变形能力和耗能能力，可以实现“强节点、弱构件”的抗震概念设计。简要介绍了环梁节点的设计方法及其在房屋建筑中的应用。 关键词：钢管混凝土柱环梁节点房屋建筑 一、引言 钢管混凝土柱作为一种性能优异的结构构件，与钢筋混凝土柱和钢柱相比，在许多方面有突出的优点。目前，用于我国房屋建筑中的钢管混凝土柱与混凝土梁连接节点的主要形式有：上下环板牛腿式、双梁式、梁端局部加宽式、对穿暗牛腿式、穿心钢筋暗牛腿式、暗牛腿-环梁组合节点、钢筋混凝土环梁节点等。这些节点形式各有优越性和不足,都已有一定的试验研究。 二、环梁节点的构造形式及特点 钢筋混凝土环梁节点的构造形式是在环梁高度范围内，沿钢管壁贴焊一道（或两道）钢筋作为抗剪环。抗剪环为通过连续的双面焊缝牢固焊于钢管壁上的闭合钢筋环或闭合带钢环。钢筋直径d或带钢厚度b一般在20-30mm左右。抗剪环与环形牛腿一样，实为钢管柱的环形凸缘（法兰盘）。基于与环形牛腿同样的考虑，沿抗剪环需设置与楼盖结构等厚的闭合混凝土环梁或与之相当的混凝土托盘，与钢管柱紧密箍抱，楼盖粱的纵筋则锚固于环梁内，借助环梁传递弯矩。 该节点节点无需穿心构件；钢管内、外无需设置加劲环，不影响钢管内混凝土浇注；环梁箍筋无方向性，便于与任意角度的混凝土梁连接。 三、环梁节点的受力机理 1、梁端剪力传递 框架梁梁端剪力主要通过三个途径传递给钢管混凝土柱： （1）通过环梁混凝土与抗剪环接触面的局部承压作用力将剪力由环梁传递到抗剪环上，并通过抗剪环与钢管间的焊缝将剪力传递到钢管上。由于抗剪环钢筋直径一般不大，由剪力引起的对钢管壁的局部弯矩很小。由于焊缝作用力可以保证，设计时以抗剪环的作用力为主进行抗剪验算。 （2）环梁混凝土与钢管之间的粘结作用。粘结作用力虽然很大，但在地震作用下难以保证，一般不予考虑，仅作为安全储备。

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点_pdf.

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 "概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层， 图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混!+） 凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、［!］ 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 !

好世界广场大厦" 新中国大厦 图" $合银大厦#赛格广场 采用钢管混凝土柱的高层建筑 高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究［!，"，#］和实践经验，而对异型截面柱的研究则比较少， 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大， !钢管混凝土柱 !""!年#月第#期容柏生：高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 1@A!""!AB)# 加，柱的轴压力就越大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比（!"!#$"）的要求，同时混凝土的强度等级只做到#$"或再高一些，

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接 推荐一种钢管商品混凝土柱与钢筋商品混凝土梁节点做法，使钢管在节点区的连接更 加安全、可靠。商品混凝土梁可以很好的传递内力，与其他节点做法相比，具有施工方便、加快功效和节约材料的优点。 一、概述 钢管商品混凝土结构是由商品混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，改变了 各自本身的材料性质，共同成为一种新的复合材料，由于钢管商品混凝土结构能够更有效地发挥钢材和商品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，使得商品混凝土强度和延伸性大大提高，形成了卓越的承载能力和变形能力。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。钢管商品混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管商品混凝土结构、圆钢管商品混凝土结构和多边形钢管商品混凝土结构等，其中矩形钢管商品混凝土结构和圆钢管商品混凝土结构应用较广。 1．钢管商品混凝土结构的特点 众所周知，商品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。而钢管商品混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使商品混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于商品混凝土的存在，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。钢管商品混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管商品混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面： 1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点

高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究 和实践经验［!，"，#］，而对异型截面柱的研究则比较少， 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 !钢管混凝土柱 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，随着建筑高度的增 !好世界广场大厦"新中国大厦 图" 采用钢管混凝土柱的高层建筑 #赛格广场 $合银大厦"概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点［!］ 。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层，图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图!+） 等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 容柏生 ,广东省建筑设计研究院 广州%!--!-. 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 广东土木与建筑 /012/342/156789:6905:68;8<:2/82::582/!##!年"月 第"期=12!##! 2>?"#

钢管混凝土柱

摘要：介绍了钢管混凝土结构的特点、研究现状及其工程应用，探讨了钢管混凝土结构研究方向。 关键词：钢管混凝土 近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 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。 1．钢管混凝土结构的特点 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。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，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。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面： 1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越 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，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。

钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析

钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析 发表时间：2015-12-28T15:32:05.257Z 来源：《基层建设》2015年19期供稿作者：何波 [导读] 广东城建达设计院有限公司希望通过本文的研究，可以在钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的使用方面，为今后的建筑施工的提供科学的借鉴。 何波 广东城建达设计院有限公司 摘要：随着经济发展水平的不断提高，现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，人们对高层建筑使用空间的要求也越来越高，如何在保证结构安全合理的前提下，进一步实现使用空间的最大化、节约经济成本的目的。接下来本文将对钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济进行合理的分析，为今后的建筑结构设计提供一个合理的价值参考。 关键词：钢管混凝土柱；钢管混凝土叠合柱；受力特性；技术经济；比较分析 引言 随着城市建设的不断加快，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，柱的轴力大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比的要求，所以柱的截面很大，甚至达到了占用过大使用面积，影响建筑功能和观感的地步。为了解决这一矛盾，结构设计中可使用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱来代替普通钢筋混凝土柱，由于其承载力高，抗震性能好，柱的截面可以大大缩小，因此，高度较大的高层建筑很多都采用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱。下面对于钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱在高层建筑当中的应用和各自受力特点，进行分析与比较。再结合工程实例，通过分析两种结构方式的优点，来提出最佳的使用方案，实现实用性与经济性的双重价值。 一、钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱各自的结构受力特性 （一）、钢管混凝土柱的结构受力特性 （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。对混凝土来说，由于钢管的约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使构件抗压承载力提高显著。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。对钢管来说，薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感，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。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。 （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，这样便省去了模板及钢筋的制作安装工作。 （4）能获得了很好的经济效益。与钢筋混凝土结构相比，大约可减少混凝土量的一半，而用钢量也减少，减少了结构占地面积，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。 尽管钢管混凝土结构的优点很多，但是由于它自身的特性决定了它尚存在的一些弊端，比如在节点连接构件上处理较复杂，施工难度较大，具体如下：a.当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，就必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果与柱连接的梁较多且不在同一标高时，就会有许多的牛腿和加强板。如果采用明牛腿可能在美观上会受到影响。如果用暗牛腿，又会或多或少地给浇灌混凝土带来不便，影响施工进度。b.为了能够充分发挥钢管混凝土的承载力，钢管混凝土的连接应尽可能地将连接力可靠地传递到核心混凝土上。常采用柱顶盖板、柱脚底板和层间隔板、穿心板等来实现。当然前提条件必须是应保证管内混凝土的密实，做到这一点也是不易的。 （二）、钢管混凝土叠合柱的的结构受力特性 钢管混凝土叠合柱是由截面中部的钢管混凝土柱和钢管外的钢筋混凝土叠合而成的柱。钢管外的钢筋混凝土可以滞后（不同期）浇筑，也可以和管内混凝土同期浇筑（但可以用不同的强度等级）。叠合柱的核心部分设置钢管混凝土柱，让它承受总轴力的约3/4，并提供主要抗剪承载力；外围混凝土仅承担总轴力的1/4左右，让它的轴压比小，变形能力大，并承受截面上的大部分弯矩。 在高层重载柱设计时，增强柱子承载能力和抗震性能的主要理念和方法有：1）强化，采用高强高性能建筑材料；2）组合，将不同材料组合到一个构件中，取长补短；3）约束，通过对材料间的相互约束，或对弱性材料的约束改善其性能；4）叠合，使内力在截面中的分布更趋合理，从而增强其抗力和延性。钢管混凝土叠合柱兼容并蓄了以上四种增强理念，优化配置各种成柱材料，充分地发掘其潜力，大幅度减小柱断面。 叠合柱设计理念正是综合利用以上四种（强化、组合、约束、叠合）增强手段，使各种材料合理巧妙地组合于一个构件之中，实现优化配置。因此钢管混凝土叠合柱抗压、抗剪、抗弯、抗扭强度大，抗震、抗火、抗爆、抗冲撞性能好，而且截面积比普通混凝土柱明显减小、施工方便、取得了显著的经济效果。 二、钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析 下面结合工程实例，对于钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱在高层建筑当中的应用和技术经济条件，进行分析与比较。通过分析两种结构方式的优点，来提出最佳的使用方案，实现实用性与经济性的双重价值。 实例：江门市某酒店，地下2层，地上27层，99.0米，51200㎡，底部大空间，3层框支转换，应用型钢混凝土梁解决大跨度转换梁的结构设计问题，但是工程经济性及使用空间的合理性却遭受考验，框支柱的尺寸直接影响首二层酒店大堂空间舒适性。下面为框支框架部分

钢管柱混凝土施工方案

一、工程概况 本工程外围钢结构采用钢管混凝土柱作为竖向承力，钢管柱通过水平向钢梁与钢筋混凝土核心筒连接，钢梁上铺设桁架楼承板传递水平力。 本方案主要针对外框16根钢管柱的混凝土浇筑进行编制。 二、钢管柱砼浇筑 1、钢管的吊装分节应注意钢管柱砼标号的变化，不使两种标号出现在一节柱内，钢管柱混凝土强度等级在48层及以下为C60，49层及以上为C50。 2、现阶段钢管柱混凝土已利用塔吊料斗浇筑完成了8层钢管柱的混凝土浇筑，为能够提高钢管柱混凝土的浇筑速度，保证工人混凝土浇筑时的安全，减少塔吊的使用为钢结构的吊装提供充裕的时间，从9层钢管柱混凝土浇筑时采用液压布料机进行浇筑。钢管柱从4层往上为两层一节，根据钢结构的吊装、焊接进度，待钢管柱及第一层钢梁连接、焊接完成后，将液压布料机吊运至外框四个角的斜向钢梁上进行钢管柱砼的浇筑，布料机利用倒链将四个角与钢梁捆绑在一起，保证混凝土浇筑过程中布料机的稳定性。 布料机的平面布置如下图： 此钢管柱砼浇筑方案，由于楼层未铺压型钢板，必须完善一个标准层的完全封闭满铺水平安全网措施。水平网通过铁丝直接与钢梁绑扎连接（作业面与水平安全网的垂直距离不得超过10米）； 泵管铺设层利用木跳板、10#槽钢及C18废钢筋制作定型的通道（具体见下图，通道宽为1.3m，长2.8m的1个、4m长的20个），形成水平安全通道及泵管布设通道，通道与通道对接处采用14mm的螺丝通过预先打好的孔进行连接。工人上楼层后必须佩带安全带，安全带利用钢结构在钢柱上的钢丝绳生根。钢管柱混凝土浇筑利用已做好的定型化浇筑平台进行浇筑。 三、安全措施 1、作业人员必须按要求佩带安全带。 2、混凝土浇筑前先将安全通道架设好，然后再进行布料机的吊运，待布料机吊运到位后，用钢丝绳将布料机的四个角与钢梁连接牢固，保证布料机在混凝土浇筑过程中的稳定。 3、安全通道与通道相连处螺丝要柠紧，保证通道连接牢固。 四、验算 4.1、计算概况

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点设计

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点设 计 第2期 2007年2月 广东土木与建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERING № FEB2O07 钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点设计 黄斌 (深圳市方佳建筑设计有限公司深圳518031) 摘要:本文推荐一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土粱节点做法,使钢管在节点区是连续的,节点刚性不受影响, 粱可以可靠地传递内力,与其它节点做法相比,具有施工方便和节约材料的优点. 关键词:钢管混凝土柱;钢管混凝土叠合柱;钢管开穿梁钢筋小孔;梁柱节点构造 1概述 钢管混凝土柱使钢管与混凝土改变了各自本身 的材料性质.共同成为一种新的复合材料.该结构形 式以卓越的承载能力和变形能力.在工程中得到越 来越多的应用.在此基础上近年又陆续有不少工程 采用钢管混凝土叠合柱和钢管混凝土组合柱等 由于工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝 土.而框架梁则采用普通钢筋混凝土.故两者的连接 节点成为工程中的难点之一目前常用的连接节点 有钢牛腿法,双梁法,环梁法,钢管开大洞后补强法 及纯钢筋混凝土节点法等.双梁法和环梁法对梁之

间内力传递的可靠性有一定影响:钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法使得钢管在节点区不连续.难以保证节点原有的刚性:钢牛腿法对钢材消耗量大.现场焊接施工量大 以上列举的连接节点均存在一定程度的不足. 本文推荐一种在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点. 通过模型试验为基础的理论分析.并经过多个工程实践的检验.证明它具有可靠和经济实用的优点 2钢管开小孔连接节点的优点 2.1钢管开小孔后对钢管截面削弱不大.梁钢 筋穿过小孔后剩余的缝隙很小.钢管对管芯混 凝土的约束力基本没减小.不影响钢管混凝土 柱的承载能力和变形能力 2.2梁钢筋直接穿过钢管后.梁可以可靠地传 递内力.梁长范围内的刚度保持不变.结构受 力分析与实际相同而钢牛腿法和钢管开大洞 后补强法.在梁端范围内有相当长度的型钢. 使得梁刚度发生急剧变化 2.3在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后.钢 管在节点区是连续的.节点刚性不受影响.满足"强节点弱构件"的要求 2.4现场施工较方便.即使圆弧形的梁钢筋也可顺 利穿过 2.5节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法大幅减少.有利于降低造价 3钢管开小孔的连接节点构造 钢管开小孔的连接节点构造如图1.其要点如下: (1)钢管开小孔:小孔直径D=钢筋直径+10mm, 水平间距为3D.垂直间距为2D.

套管钢筋混凝土柱结构的发展和展望

第３７卷第４期２００４年４月 土木工程学报 ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＬＮＧＪＯＵＲＮＡＬ Ｖｄ３７Ｎｏ４ Ａｏｒ２（）０４套管钢筋混凝土柱结构的发展和展望 肖岩 （湖南大学土木工程学院，美国南加州大学） 摘要：回顾了套管钢筋混凝士柱的发展过程。在套管钢筋混凝土柱中，套管用作柱中的横向增强，主要起约束 和抗翦作用。Ｔｏｍｉｉ和作者等人在１９８５年首次提出套管柱的概念，并验证了套管柱能够有效防止柱的剪切破坏并 显著提高柱的延性。随后，这一概念被推广到利用焊接钢管和纤维增强甥料外包壳加固既存钢筋混凝士柱。本 义还展望了使用纤维增强塑料套管进行新建柱设计的研究。 关键词：套管钢筋混凝土柱；钢管混凝土柱；约束；抗震设计；延性；纤维增强塑料 中图分类号：ＴＵ３７５文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００４）０４－Ｃ００８一０６ Ｄ】瓯砸ＩｏＰⅧＮＴＡＮＤＨ的闾咂ＣＩＳｏＦ１１Ⅱ珏Ｄ础ⅡＮＦ０】雕卫Ｄｏ叫虻ｍｍｏＤＩ。ＵＭ烈酆ｒＲＵＣ兀瓜ＥＳ ＸｈｔｏＹａｈ （ＨｕｒｒａｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈｅｍＣａｌｉｆｏｒｎｉａＵ．Ｓ．Ａ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：仉ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｕｂｅｄｒｅｉｎｆｏｒｔ：ｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｎｌｎｓｔｌｕｃｔｕｒｅｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，Ｔｈｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｉｎｔ｝ｌｅｔｕｂｅｄｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｉｓｐｉｍ耐ｌｙｕｓｅｄｔｏｃｏｎｆｉｎｅａｎｄｔｏｔａｋｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｈｅａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ∞ｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｒｅｉｎｆｏｒｅｅｍｅｎｔｆｏｒｃｏｈｍｍｓ．ＴｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｕｂｅｄｃｏｌｕｍｎＷ０８ｆｉｒｓｔｉｎｍｘｌｕｃｅｄ ｂｙＴｏｍｉｉａｎｄｏｔｈｅｒｓｉｎ１９８５．ａｎｄｗｈｉｃｈｈａｄｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｖｅｒｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｏｐｒｅｖｅｎｔｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅ，ａｓｗｅｌｌ∞ｔｏｒａｉｓｅｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓ．Ｌａｔｅｒ．ｔｈｉｓｃｏｎｃｅｐｔｉｓｅｘｐａｎｄｅｄｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓｕｓｉｎｇｂｏｔｈｔｈｅｗｅｌｄｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｓａｎｄｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ （聊’）ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｊａｃｋｅｔｓ．Ｔｈ８ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｎｅｗｄｅｓｉｇｎｏｆＦＲＰｔｕｂｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｉｓ ｐｒ— ｅｓｅｎｔｅｄ， Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｕｂｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃＦｅｔｅｃｏｈｍｍ；ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎ；ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ；ａｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎ；ｄｕｅｔｉｌｉ—ｔｙ；ＦｉｂｅｒＲｉｎｆｏｒｅｅｄＰＩａｓｔｉｃｓ（ＦＲＰ） １前言 在钢筋混凝土柱中采用钢管作为主要的横向增强，这一概念是由日本九州大学Ｔｏｍｉｉ研究室首次提出的“。２ｏ。由Ｔｏｍｉｉ，Ｓａｋｉｎｏ及作者等于１９８５年首次提出的术语“ｔｕｂｅｄｃｏｌｕｍｎ（套管柱）”，是指套管柱中钢管的作用类似混凝土柱中的箍筋…。在这一方面，套管柱显然与钢管同时用作纵向和横向受力的传统钢管混凝土柱（ｃｒｒ）”ｏ不同。钢套管柱中仅主要在横向存在钢管与混凝土之间的相互共同作用，而在传统的钢管混凝土柱中，纵向和横向均存在二者间的相互作用。 经过十多年的发展，套管钢筋混凝土柱已逐渐得到广泛应用并形成一种结构体系。作为套管柱结构的最初研究者之一，作者感到有责任对这一相对较新的 收祷日期：２００２４Ｊ７—１６．收到修改蒋日期：２００８－０８－１０结构体系做一综述。 ２套管钢筋混凝土柱的发展 ２．１套管钢筋混凝土柱的早期研究 在Ｔｏｍｉｉ等人的最初研究中“’２Ｊ，套管钢筋混凝土柱这一概念的提出是为了防止钢筋混凝土框架结构ＩｆＪ的短柱或剪力墙结构中的边柱发生剪切破坏并提高其延性，如图１所示。钢管仅用于横向约束，而仍采用纵向钢筋以保证柱的抗弯强度。采用套管钢筋混凝土柱具有以下优点： ①即使柱的纵筋配筋率已达到规范容许的最大配筋率，抗剪设计也能得到满足； ②因为柱子整个截面得到有效约束，其延性和轴向承载力明显提高； ③纵向钢筋与混凝土之问的粘结强度提高； ④防止纵筋压屈： ⑤因为钢管仅用作横向钢筋，避免了钢管压屈； 　万方数据

钢管混凝土结构复习过程

钢管混凝土结构

钢管混凝土结构 1、前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构，它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。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。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩，然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始，钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。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泛。 2、钢管混凝土结构的特点 ，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。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，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。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的，仅以常用的一种加载方式为例，对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明，如图l的一根钢管混凝土短试件在轴向力N作用下钢管和核心混凝土随着

纵向压力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变，同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=，C C C 31εμε=（式中的13,εε分别为纵向、环向应变，μ为材料的泊松比，下标s ，c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的，即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283)，进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数，可以从低应力时的0．17增加到0．5至1．0甚至大于1.0。由上式可见，钢管混凝土在轴心压力N 作用下，开始时C S μμ>， 钢管 混凝土2 图1 试件轴压时的内力状态 故C S 11εε>,但C μ在很快赶上S μ,则S μ=C μ,而C S 11εε=,随后C μ>S μ，S C 11εε>。这说明钢管混凝土在压力N 作用下混凝土向外的横向变形大于钢管向外的横向变形。钢管约束了砼，在钢管与混凝土之间产生了相互作用力P ，称为紧箍力。从而使钢管纵向和径向受压而环向受拉，混凝土则处于三向受压状