【钢管混凝土结构在高层住宅中的应用5100字（论文）】

-1-钢管混凝土结构在高层住宅中的应用研究目录前言 -1-1、钢管混凝土结构相关概述 -1-1.1钢管混凝土结构的定义 -1-1.2钢管混凝土分类及工作机理 -1-1.2.1方钢管混凝土 -1-1.2.2圆钢管混凝土 -1-1.2.3矩形钢管混凝土 -1-1.3钢管混凝土构件的特点 -2-1.3.1轴压承载力高 -2-1.3.2塑性和韧性好 -2-1.3.3施工方便，加快施工速度 -2-1.3.4耐火性能较好 -2-1.3.5经济效益显著 -2-2、钢管混凝土在高层住宅应用中的问题 -3-2.1钢管混凝土结构合理形式的选择问题 -3-2.2钢管混凝土中设置栓钉的问题 -3-2.3节点连接的改进问题 -3-2.4钢管混凝土结构中支撑的连接问题 -4-2.5施工中核心混凝土质量控制问题 -4-3未来钢管混凝土结构发展对策分析 -4-3.1在防火设计方面 -4-3.2施工技术 -4-3.3对于节点的构造设计 -5-3.4抗震性能的研究 -5-结论 -6-参考文献 -6-3-前言近几年来，随着钢管混凝土结构逐渐被广泛应用于高层建筑中，其所表现出的优点和发挥的作用越来越受重视。在高层建筑结构中，钢管混凝土柱有很强的兼容性，它即可在混凝土结构体系中因时制宜地取代重载钢筋混凝土柱，以解决高层建筑底部的“胖柱”问题和钢筋高强混凝土柱的脆性破坏问题；也可在钢结构体系中取代钢柱，以大幅度地减小钢材用量，减轻施工难度和减轻建筑物的风振响应等。深入开展钢管高强混凝土的研究具有十分重要的意义，将对高层工程等的发展产生重大影响。本文的探讨都还只是初步的，今后还应作更进一步的深入研究，为钢管混凝土在高层建筑中的应用提供更有价值的参考依据。1、钢管混凝土结构相关概述1.1钢管混凝土结构的定义在钢管中填充混凝土而成的构件，按照截面形式的不同分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土构件等.它利用了钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互之间的组合作用，充分发挥了两种材料的优点，不仅使混凝土的强度大大提高，塑性和韧性大为改善，而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而使钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好以及施工方便等优点。1.2钢管混凝土分类及工作机理建筑上，按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。1.2.1方钢管混凝土所谓方钢管混凝土，是指用钢板或角钢拼焊而成的方形空钢管，其内充填混凝土而形成的一类组台构件。它一方面通过钢管内混凝土的支撑作用防止钢管壁发生向内屈曲，提高了钢管壁的屈曲承载力；另一方面通过四壁的钢板对内填混凝土提供侧向约束，能提高混凝土的抗压强度。因此两者的组合承载力大于两者独立承载力之和。方形钢管混凝土结构柱与梁连接容易处理，其焊接工作量少，可简化施工安装工艺和缩短工期，克服了圆钢管混凝土结构由于截面形式特殊所带来的施工上的不便。1.2.2圆钢管混凝土圆钢管结构之所以得到如此广泛的应用，与其于身具来的特性密不可分。圆钢管截面惯性矩对任意轴都相等，因而受弯时各向等强，有利于单根杆件的稳定性闭合截面抗扭刚度大，使板件具有较好的局部稳定性外表面积相对于同样承载力的开口截面钢构件要小，因而防腐、防火涂漆的消耗量以及涂装工程的工作量相对减少。1.2.3矩形钢管混凝土矩形钢管混凝土结构由于兼有钢结构及混凝土结构的优点，能够降低工程造价、缩短工期、节约材料、减少能耗，应用前景良好，我国已越来越多地在工程中采用。矩形钢管混凝土柱抗压和抗剪承载能力相对普通钢筋混凝土优势较为明显和钢柱相比,抗压承载力虽略低,但却无局部失稳问题。而且矩形钢管混凝土的塑性性能好,防止了管内砼的脆性破坏。1.3钢管混凝土构件的特点1.3.1轴压承载力高由于薄壁钢管临界承载力极不稳定，在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，钢管约束了混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了受压时的纵向开裂。混凝土的存在可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲，两种材料相互弥补了彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。1.3.2塑性和韧性好混凝土的脆性较大，但核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。试验结果表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时，往往可以被压到原长的2/3，但仍没有呈现脆性破坏的特征。这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很好的韧性。由于钢管具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能好。1.3.3施工方便，加快施工速度钢管混凝土柱可以直接插入混凝土基础的预留杯口中，与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢管、支模和拆模等工序，施工简便，钢管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实。近年来使用顶部抛落无振混凝土及泵送混凝土后，不但可以解决振捣时容易在管内积存空气的问题，也大大简化了施工现场，缩短工期。1.3.4耐火性能较好由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间具有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种结构具有较好的耐火性能。钢管内灌有混凝土，能吸收大量的热能，在遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，因而增加了柱子的耐火时间。经实验统计数据表明:达到一级耐火三小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/2～2/3。由于钢管混凝土柱仍然具有很好的整体性，进行修复时，在受损柱子外面加套管，再将空隙处灌入混凝土，仅两天时间就加固完毕，施工极为简便。1.3.5经济效益显著与钢结构柱子相比，钢管混凝土柱所用的钢管对材质要求低，焊接也容易得多，而且厚度也大大小于钢柱厚度，可节约钢材50％左右，造价也可降低，由此更增大了经济效益。与钢筋混凝土柱相比，节约混凝土50％以上，减轻结构自重50％以上，而耗钢量和造价略高或大约相等。2、钢管混凝土在高层住宅应用中的问题尽管钢管混凝土结构有以上众多的优点，但是由于它本身的特性和研究的深度限制，决定了它尚存在的一些弊端，同时产生不少的工程事故和工程问题。2.1钢管混凝土结构合理形式的选择问题随着组合结构的不断发展，方形钢管混凝土结构日益引起工程界的关注。方形钢管混凝土结构与圆形截面钢管混凝土结构相比，方形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，节点形式简单，便于加工。在桁架结构中，方形截面钢管混凝土结构在节点方面的优势体现得更加充分。但是在中长柱范围，当柱的承载力由失稳来决定时，方形钢管混凝土构件就显示出截面相对开展而惯性矩大、稳定性能好的优点。但是，如何更加深化这一领域的科学研究，并在实际工程中更大范围的推广应用这种新型结构，还存在一些亟待解决的问题。2.2钢管混凝土中设置栓钉的问题钢管混凝土柱是在钢管与混凝土共同作用下受力的，当钢管截面较小时，共同受力情况良好，但随着钢管尺寸的增大，混凝土硬化后的收缩量将增加，必将对其受力产生影响。国内对较小直径钢管混凝土的填充度曾做过实物试验，表明填充情况良好，但在大直径钢管混凝土柱情况如何，没有类似的经验和信息。深圳塞格广场大厦采用了大直径钢管混凝土柱，但在大直径钢管混凝土柱内侧设置栓钉方面并没有进行相关研究。大直径钢管混凝土柱中混凝土硬化后，钢与混凝土是否会脱开直接关系到钢管混凝土柱的承载力，关系到结构的安全。因此这方面的试验研究是很有必要进行的。2.3节点连接的改进问题由于目前节点的研究理论还不成熟，试验研究缺乏系统性，节点的计算模型不明确，还没有形成一套完整的计算理论和设计方法，只能靠设计人员的经验进行设计，不利于整个结构的可靠度，可能造成浪费或安全隐患。另外节点的设计选型较难，有些节点研究较为成熟，节点刚度大，力学性能好，但材料用量大、施工复杂，如加强环式节点；也有些节点构造简单、施工方便，但节点刚度小、力学性能稍差，如锚板式节点。当前推广钢管混凝土结构的关键就是要研究出一种力学性能好、传力又合理、施工也方便而且节省材料的节点形式。刚度和承载力是决定节点力学性能的重要指标，只注重承载力而忽略刚度，容易造成一些工程隐患或影响了使用功能。2.4钢管混凝土结构中支撑的连接问题在钢管混凝土设计时，要将钢管和混凝土视为一体考虑。钢管和混凝土之间的组合作用是很重要的，混凝土依靠钢管的约束作用提高它的承载力，钢管靠混凝土提高自身的局部稳定性。采用框架支撑体系时，比较合理的一种做法是在钢管混凝土结构中，将支撑与框架的连接在构造上做成铰接，通过铰轴传递支撑力。钢管支撑两端铰接，具有各方向长细比相等的优点，可以减少支撑连接产生的次弯矩对钢管混凝土的不利影响，从而避免混凝土与钢管脱开，是一种可取的截面形式。2.5施工中核心混凝土质量控制问题在进行钢管混凝土构件的施工时，混凝土被外围钢管所包裹，增加浇筑质量控制的难度。由于对这个问题处理不当，已造成一些工程事故。研究结果表明，混凝土密实度对钢管混凝土构件的力学性能影响很显著。因此，在进行钢管混凝土中混凝土浇灌质量问题的研究时，要充分考虑控制混凝土的强度和密实度，前者可以保证混凝土达到设计强度，后者则可以保证钢管和核心混凝土相互协同作用的充分发挥。3未来钢管混凝土结构发展对策分析3.1在防火设计方面要简化钢管混凝土防火极限的设计方法，制定钢管混凝土结构住宅建筑的防火设计规范，更有利的推广钢管混凝土在住宅建筑中的应用。在理论研究和工程实践的基础上，应尽快编制出适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范、应当对火灾后的钢管混凝土结构的强度进行合理的评估，从而为维修加固提供科学的依据。加强钢管混凝土住宅建筑在火灾后的残余力学性能评估与灾后的维修、加固措施的研究。弄清预应力钢管混凝土结构的受力变形特性和破坏机理，建立计算理论和设计分析方法，使得钢管混凝土结构的防火性能和耐火极限也高于同等火灾情况下的钢筋混凝土结构，便可拓展这一新型组合结构的应用领域。3.2施工技术钢结构住宅对施工队伍的施工技术要求比较高，而国内大部分施工队伍主要进行混凝土结构的施工建设，因此应该加强对钢结构专业施工队伍的培训，进一步促进钢管混凝土在住宅中的发展与应用。对接前根据上节柱安装偏差值，计算后在管口实行机械打磨，保持焊缝间隙基本一致，以保证钢管柱的轴线偏差控制在规范允许的范围内。应将推广普及钢管混凝土结构的重点放在众多设计院身上，还有就是应从可靠性方面加大研究力度，简化设计难度，以减轻设计人员的劳动负担，真正使先进的工程技术成为一种能方便设计、方便使用的结构技术手段。3.3对于节点的构造设计钢管混凝土结构中应注意钢梁—钢管混凝土柱节点的构造设计，必须注意保证强柱、弱梁、节点更强的原则；符合计算的简图；正确合理的节点设计可以提高节点的刚度，减小节点的变形。对梁整体贯通式节点的一种改变，减少了梁翼缘对柱核心混凝土的浇灌与振捣的影响，节点中传力明确、简洁；构造简单，制作方便且节约钢材，这也是保证结构安全可靠的关键。3.4抗震性能的研究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。提高框架结构的抗侧刚度和变形能力，而且在结构加荷后期，具有稳定的变形能力和承载能力，提高了结构抗震的主动性，可避免结构在大震作用时发生倒塌，位移角值完全满足抗震规范对框架弹塑性位移角的限值要求。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。结论综上所述，我国钢管混凝土结构的研究与应用取得了巨大的成就。然而，如何更加深化这一领域的科学研究，并且在实际工程中更大范围地推广应用这类结构，尚有许多工作要做。随着研究的不断深入，施工工艺不断的提高，钢管混凝土结构必将有良好的发展前景。本文的主旨在于明确这种材料的基本性能、研究和应用中的不足之处及可能存在的问题。使工程设计人员对钢管混凝土技术有个全面的、深入的了解。并期望施工人员在施工过程中有所借鉴。参考文献[1]赵均海，顾强，马淑芳.钢管混凝土承载力的研究[J].西北建筑工程学院学报(自然科学版).2011(15)[2]黄襄云，周福霖，徐忠根.钢管混凝土结构抗震性能的比较研究[J].世界地震工程.2011(15)[3]刘力方，宗景美，谢运龙.钢管混凝土结构研究现状及发展趋势[J].科技创新与应用.2012(18)[4]工程建设国家标准《钢管混凝土结构技术规范》召开(送审稿)审查会议[J].商品混凝土.2012(07)[5]于军.钢管混凝土结构的特点与应用[J].中小企业管理与科