工程设计
某超高层钢管混凝土柱框架一核心筒
结构的抗震设计
潘东辉１尧国皇２黄用军３
（１。东莞理工学院，广东东莞５２３８０８；２．深圳市市政设计研究院有限公司。广东深圳５１８０２９；
３．中建国际设计顾问有限公司，广东深圳５１８０４８）
摘要：通过一超高层钢管混凝土框架一钢筋混凝土核心筒结构的抗震设计，给出结构的抗震性能分析结果及薄弱环节的加强措施。抗震设计除采用常见的小震分析方法和指标外，还研究中震下构件抗力与地震作用的关系，并与大震动力弹塑性时程分析的损伤情况进行比较。通过抗震设计发现，结构的屡间位移角变化率反映弯曲型变形结构的竖向刚度变化，刚度急剧变化处的剪力墙在大震下易出现损伤；构件抗震富余承载力与地震效应之比揭示了结构的薄弱环节，钢管混凝土柱具有较高的富余抗力，而核心筒底部在拉弯内力下该比值偏低，大震下核心筒出现明显受拉损伤。
关键词：超高层；钢管混凝土；框架一核心筒结构，抗震设计
ＲＥＳＥＡＲＣＨｏＦＳＥＩＳＭＩＣＤＥＳＩＧＮＦＯＲＡＨＩＧＨＲＩＳＥＣＦＴＦＲＡＭＥ－ＴＵＢＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥ
ＰａｎＤｏｎｇｈｕｉｌＹａｏＧｕｏｈｕａｎ９２ＨｕａｎｇＹｏｎｇｊｕｎ３
（１．ＤｏｎｇｇｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ５２３８０８，Ｃｈｉｎａｌ
２．ＳｈｅｎｚｈｅｎＭｕｎｉｃｉｐａｌＤｅｓｉｇｎ８ＬＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ。Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０２９，Ｃｈｉｎａ；
３．ＣｈｉｎａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０４８，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＡｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｆｏｒａｓｕｐｐｒｈｉｇｈｒｉｓｅＣＦＴｆｒａｍｅ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｔｕｂｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｃａｒｒｉｅｄＯＵｔｔＯｓｔｕｄｙｉｔｓｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｓ．ＩｎａｄｄｉｔｉｏｎｔＯｃｏｍｍｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃｅｓｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｔｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎ。ｓｅｉｓｍｉｃｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｍｂｅｒｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｔｈｅｏｃｃａｓｉｏｎａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａｒａｒｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．Ｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｔｏｒｙｄｒｉｆｔｒａｔｉｏ，ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎｆｏｒｆｌｅｘｕｒｅ－ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｓｐｒｏｂａｂｌｅｄａｍａｇｅｏｆｔｈｅｓｈｅａｒｗａｌｌｓ．ＬｏｗｒａｔｉｏｏｆａｂｕｎｄａｎｔｃａｐａｃｉｔｙｔＯｅａｒｔｈｑｕａｋｅｅｆｆｅｃｔｉｓｉｎｃｌｉｎｅｄｔＯｂｅｆｒａｇｉｌｅｐｏｓｉｔｉｏｍＴｈｅＣＦＴｃｏｌｕｍｎｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｖｅｈｉｇｈｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｒａｔｉｏ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒａｔｉｏｉｓｌｏｗｆｏｒｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｒｅｔｕｂｅｗｈｅｒｅｏｂｖｉｏｕｓｔｅｎｓｉｏｎｄａｍａｇｅｏｃｃｕｒｓｕｎｄｅｒｔｈｅｒａｒｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｉｎｐｕｔ。
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｓｕｐｅｒｈｉｇｈ－ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ；ＣＦＴｆｆｒａｍｅ－ｔｕｂｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎ
ＧＢ５００１１—２００１＜（建筑抗震设计规范》［１］规定
采用二阶段抗震设计实现“三个水准”的抗震设防目标，但是受限于设计成本和技术，只有特殊要求的、易倒塌的以及有明显薄弱层的结构才要求实施第二阶段设计。由于第一和第二阶段抗震设计的不同，完整二阶段设计获得的经验对于不需要进行二阶段分析的常规工程具有一定的借鉴意义。本工程通过二阶段抗震设计，提出了一些新的分析指标，用于揭示框架一钢筋混凝土核心筒结构的薄弱环节，并采用动力弹塑性时程分析验证与之比较。由于目前需要进行二阶段设计的工程多为非规则结构，而非规则结构往往带有特殊性，但本工程只存在高度超限，平面和竖向布置基本规则，因此得到的规律对于同类型结构更具有借鉴意义。ｌ工程概况
本工程位于厦门市思明区会展北片区，建筑场地类别为ＩＩ类，设防烈度为７度（０．１５９），属设计Ｉ组。建筑共４８层，第１、第２层主要为大堂空间，３～５层为商业用途，１７层、３３层为设备层，其他楼层为办公室用途。建筑总高２１５ｍ（含出屋面结构）。第１层层高为６．０ｒｎ，２～５层为５．２ｍ，设备层层高为４．５ｍ，标准层层高为４．１ｍ。建筑１～５层带局部裙房，标准层平面为正方形（图１），建筑边长为４４．６ｍ。
第一作者：潘东辉，男，１９７４年出生，工程师。
Ｅｍａｉｌ：Ｐａｎｄｈ—ｓｃｕｔ＠１６３．ｃｏｒｎ
收稿日期１２００９—０４—０４
２４钢结构２０１０年第１期第２５卷总第１２９期
潘东辉，等：某超高层钢管混凝土柱框架一核心筒结构的抗震设计罕８翘霉８基地罕ｓ黜罕８．迎军８翘罕范围内＇结构抗震性能良好。
圉１结构标准层平面
结构体系采用钢管混凝土柱框架一钢筋混凝土核心筒。建筑整体的高宽比为２１５．０／４４．６＝４．８２，首层核心筒尺寸为１９．２ｍＸ２２．１５ｍ，核心筒高宽比分别为２１５．ｏ／１９．２＝ＩＩ．２、２１５．０／２２．１５—９．７。核心筒墙厚由底部的１０００ｌ＇ｎｉｎ减少至顶部的６００ｍｉＴｔ，相应的混凝土强度等级由Ｃ７０变化到Ｃ３０。框架柱１～３５层采用钢管混凝土柱，３６层以上采用钢筋混凝土柱。钢管混凝土柱由底部的１１５０ｍ×２８ＩＴｌ减少至３５层的ｌ０００ｍ×１４ｍ，混凝土强度等级由Ｃ７０变为Ｃ４５，钢管采用Ｑ３４５；混凝土柱直径由３６层的１０００ｍｍ直径缩小到顶部的９００ｍｍ，相应混凝土强度等级由Ｃ４５变化到Ｃ４０。楼板采用混凝土强度为Ｃ３０现浇的钢筋混凝土楼盖，主要板厚为１００ｍｍ，周边框架粱截面为３５０ｍｍ×９００ｍｍ。连接框架柱和核心筒的框架梁截面为５００ｍｍ×７００ＩＴｌｍ，与内筒相接处采用扩大头的做法，以抵抗墙柱轴压比差异和地震效应所带来的负弯矩。
２小震作用分析
采用ＥＴＡＢＳ９．２０［２１对结构进行分析，计算得到整体结构平均重力为１４．９ｋＮ／ｍ２。结构模态见表１。由表１可知，前几阶振型耦合分量低，振型“纯净”，第一扭转周期与第一平动周期的比值为０．６２，结构具有较大的整体抗扭刚度。
采用ＧＢ５００１１－－２００１Ｃ１］的地震影响系数瞳线，主要地震效应计算结果见表２。带偶然偏心的地震作用下底部３层的扭转位移比超过了１．２，若不考虑偶然偏心，则各楼层扭转位移比均小于Ｉ．２。由于底部的层间位移角较小，且带有裙房，故认为结构的扭转基本规则。此外，其他指标均在规范允许的
表Ｉ结构模态
Ｘ向１／７３８（４１层）１．２８１（层间位移角为１／５７５８）
ｙ向１／８１２（４１层）１．３５２（层间位移角为１／３４０８）
地震作用产生的内力主要由核心筒所承担，结构在水平地震作用下呈弯曲变形，层间位移中整体弯曲产生的层间刚体转动位移比例较大，层间位移角曲线很难准确反映竖向刚度的变化，如图２所示。地震作用下的层间位移角曲线比较光滑，无明显突变现象。经研究发现，剔除整体弯曲影响的层间位移角变化率可找出竖向刚度的突变位置，层间位移角变化率定义为：
拂＝（Ｄ，广１一Ｄ。）／ｍ。（１）式中：Ｄ。和Ｄ，。分别为第咒层和第竹一１层的层问位移角。
慈
０．００（）』峙０１００．１ＳＩＪ２０
层问位移角层问位移角变亿率
一ｙ轴；一ｍＸ轴
图２层问位移角曲线和层问位移角变化率曲线将计算得到的层间位移角变化率同样表示于图２，可知，层问位移角变化率曲线在第５层出现转折，该位置接近底部加强区，应关注地震作用下结构在该位置的反应。
ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１０（１），ＶＤｌ．２５，Ｎｏ．１２９２５
工程设计
为保证结构的抗震性能，筒体抗震等级采用特一级，框架采用一级，筒体剪力墙轴压比控制在０．５以下，钢筋混凝土柱轴压比控制在０．７５以下，地震作用参与的荷载组合值与ＤＢＪｌ３～５１—２００３｛（钢管混凝土结构设计与施工规程》［３３计算得到的钢管混凝土柱承载力的比值控制在０．７以下。程序的配筋计算结果表明，剪力墙纵向钢筋受力为构造配筋；连梁应力水平较高，配筋量和剪压比容易超限，设计时设法增大连梁宽度，保证大部分连梁不超筋；框架梁和柱均未出现超筋现象。
３中震作用分析
为达到“中震可修”的要求，本工程采用了竖向构件“中震不屈服”的设计方法。中震不屈服即根据构件实际配筋、按材料强度的标准值计算构件的承载力，并与中震下的效应组合进行比较。各种荷载效应在组合时不考虑分项系数，若组合后的效应小于构件承载力，则表示构件未屈服。
中震作用分析前应先确定中震的地震效应，本工程采用了振型分解反应谱的方法，这是因为“中震可修”意味着结构在一定程度上进入了非线性，由于地震作用的随机性质，非线性结构要获得统计意义上的响应存在很多困难，而中震不屈服可保证构件不出现明显的塑性变形，故采用振型分解反应谱法计算得到的地震效应与实际差距不大。这种做法本质上是与小震验算一致的，只是提高了地震作用在总效应中的比例，突出地震的影响。
本工程在中震分析中引入了抗力富余度的概念，用于定量研究结构抗力和地震效应之间的关系。抗力富余度定义为构件扣除自重效应的富余承载力与地震组合效应的比值，若比值不小于１，则表示构件未屈服。该指标直观体现了各构件的抗震能力，可揭示结构在地震作用下的薄弱环节。
根据构件的受力性质不同，对剪力墙、钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱编制程序，计算各种工况的抗力富余度。剪力墙计算结果示于图３中，由该图可知，各层剪力墙抗力富余度均大于１．０，满足中震不屈服的要求。钢筋混凝土剪力墙抗力富余度自下而上逐渐增大，表现出悬臂构件的特点。在水平地震作用下底部不仅承受最大的内力，而且抗力富余度为最小值。若增大地震作用，则底部最早进入塑性状态，因此剪力墙底部应适当加强，提高其变形能力。在计算底部剪力墙时还发现，各种地震荷载组合效应中，弯拉工况与剪力墙屈服承载力包络线的距离最近，如图４所示，相应工况的抗力富余度最小，这表明核心筒底部最容易出现受拉屈服。
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图３墙和柱的抗力富余度
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图４Ｔ形钢筋混凝ｊ：剪力墙屈服承载力包络线和
地震荷载效应点关系
框架柱的计算结果也示于图３中。由图３可知，钢管混凝土柱的抗力富余度较大，若地震作用下构件的内力路径不改变，大部分的钢管混凝土柱甚至可达到大震不屈的状态，这有利于框剪结构二道防线的实现。随楼层的升高，各层柱的抗力富余度略有减小的趋势。３６层以上为钢筋混凝土柱，钢筋混凝土柱的抗力富余度小于钢管混凝土柱，柱的抗力富余度曲线大幅下降。钢筋混凝土柱的抗力富余度较小，然而上部框架所承担的总剪力和总弯矩比例较大，且受高阶振型的影响，故对钢筋混凝土柱应适当提高抗震构造措施。
４大震作用下动力弹塑性变形验算
４．１动力弹塑性分析结果
抗震第二阶段设计的重点是罕遇地震下的弹塑性变形验算，本工程采用ＡＢＡＱＵＳＶ６．７［４３进行动力弹塑性时程分析。混凝土采用塑性损伤破坏模
２６钢结构２０１０年第１期第２５卷总第１２９期
潘东辉。等：某超高层钢管混凝土柱框架一核心筒缮构的抗震设计
型，应力一应变关系按ＧＢ５００１０—２００２《混凝土结构设计规范》附录Ｃ［５１选用；钢材和钢筋采用Ｍｉｓｅｓ屈服准则和等向强化二折线模型，强化段刚度取０．０１Ｅ（Ｅ为钢的弹性刚度）。通过单元的“生”与“死”来模拟施工阶段的结构受力。为保证模型的准确，在施工模拟结束后进行模态分析，结果显示ＡＢＡＱＵＳ模型和ＥＴＡＢＳ模型吻合良好。动力方程分析采用了显式算法，并输入４条地震波进行验算。因篇幅所限，这里只列出Ａ７４０波的计算结果。图５为Ａ７４０波的波形图，表３给出了结构在罕遇地震双向输入作用下结构最大层问位移角，计算结图６核心筒各剪力墙的最终受压损伤云图
果小于规范限值１／１００的要求。
图５人工波Ａ７４０波形
表３Ａ７４０地震波输入下结构最大层间位移角
混凝土采用了塑性损伤破坏模型，故可由受压和受拉损伤因子了解大震作用下结构的性能表现。由于核心筒剪力墙控制着结构的抗震性能，以下主要描述核心筒的受压和受拉损伤情况。核心筒受压损伤发展历程如下：Ｏ～７．４５ｓ内结构基本处于弹性工作状态，核心筒混凝土基本没有出现受压损伤，核心筒混凝土的最大受压损伤因子在０．０５以下；随着结构振动加大，筒体角部及连梁首先出现损伤，其中简体角部以及外围连梁损伤较为明显，在１１ｓ时刻，混凝土筒体角部受压损伤约为０．１，连梁约为０．４，简体其他部位混凝土剪力墙尚未出现受压损伤；随着地震输入的持续，结构核心筒角部受压损伤得到进一步扩展，在２０Ｓ时刻，连梁受压损伤因子达到０．４５，筒体角部约为０．３；地震输入的２０～３０
ｓ
时间过程中，连梁的损伤进一步增加，但连梁的受压因子均未超过０．５，而筒体其他部位的受压损伤因子变化不大。图６给出了核心筒各片剪力墙最终的受拉损伤云图，从中能更清楚地显示核心筒各剪力墙的损伤情况。
核心筒受拉损伤发展历程如下：０～５．４ｓ内结
构基本处于弹性工作状态，核心筒混凝土基本没有出现受拉损伤；随着结构振动加大，中部简体连梁首先出现损伤，即出现受拉开裂现象，在７．５ｓ时刻，中部简体连梁受拉损伤因子最大约为０．６。核心筒其他部位则未发生受拉损伤；随着地震的持续输入，
底部核心筒角部开始出现受拉损伤，损伤的区域不断增加，同时中部简体连梁的受拉损伤因子继续增
加，在１０．３ｓ时刻，核心筒的最大受拉损伤因子约为０．８；随着地震的持续输入，核心筒角部出现大面积的受拉损伤，且受拉损伤区域开始形成稳定区域，在３０ｓ时刻最大的受拉损伤因子达到０．９５，这时混凝土已经基本退出工作，筒体拉力主要由剪力墙中
的钢筋承担。图７给出了核心筒各片剪力墙的最终受拉损伤云图。
图７核心筒各剪力墙的最终受拉损伤云图
４．２
第一和第二阶段抗震设计比较
３个等级地震效应的分析手段和侧重不同，大
震的结果可验证小震和中震分析的可靠性和所采用措施的有效性。本工程大震的分析结果表明，连梁损伤较严重，这与小震下连梁应力水平较高、抗力富
（下转第６８页）
ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１０（１），Ｖ０１．２５，Ｎｏ．１２９
２７
施工技术
应用口］．钢结构．２００８。２３（３）：６一１０．
参考文献Ｅ３１壬晓峰?超长焊缝的焊接过程控制及施工管理［Ｊ］?钢结构，［１３ＧＢ５０２０５—２００１钢结构工程施工质量验收规范［Ｓ］．２００８，２３（１２），６０’６３?‘
［２］戴为志，黄明鑫。芦广平．仰焊技术在建筑钢结构焊接工程中的
［４］ＪＧＪ８１—２００２建筑钢结构焊接技术规程［Ｓ］?
（上接第２７页）
余度较小的结果相符。剪力墙损伤最严重的地方并不是层间位移角最大的楼层，这与结构呈弯曲型变形的特点相关；剪力墙在４，－，６层出现明显的受压损伤，该位置层间位移角曲线没有很明显的突变，剪力墙的抗力富余度也没有明显减小的迹象，原因在于层间位移角变化率在第５层出现较大的转折，该位置的刚度变化较大，容易引起塑性变形集中，出现较大损伤。剪力墙底部出现大范围的受拉损伤，这与中震分析的结果一致，中震下作用剪力墙的抗力富余度在底部最小，且接近屈服状态；最小抗力富余度为弯拉工况，故剪力墙出现比较严重的受拉损伤。
５结论
１）框架一核心筒结构抗震性能主要由核心筒所控制，钢管混凝土柱的框架可实现二道防线的作用，按规范设计可实现本工程的抗震设计目标；
２）框架一核心筒结构的连梁、剪力墙的底部加强区和结构刚度突变区域是核心筒的薄弱环节；
３）按现行规范设计的核心筒受拉应力工况所控制，大震作用下受拉损伤比较严重；
４）层间位移角变化率反映弯曲型变形结构的竖向刚度变化；
５）构件的抗震富余承载力与地震效应之比能够揭示地震作用下结构的薄弱环节，可预测结构损伤的类型和部位。
参考文献
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Ｅ５３ＧＢ５００１０－－２００２混凝土结构设计规范［Ｓ］．
６８钢结构２０１０年第１期第２５卷总第１２９期
目录 一、主要编制依据 (2) 二、钢管混凝土组合柱工程概况 (2) 1、工程概况 (2) 2、施工重点与难点 (3) 三、施工准备 (3) 1、材料准备 (3) 2、技术准备 (3) 3、机械准备 (3) 四、施工部署 (3) 1、施工工期 (3) 2、人员组织 (4) 3、施工流水段的划分 (6) 五、组合柱的施工方法 (7) 1、主要施工工艺流程 (7) 2、柱脚施工 (7) 3、钢结构工程 (9) 4、钢筋工程 (13) 5、模板工程 (15) 6、混凝土工程 (16) 六、质量验收要求 (17) 1、验收依据 (17) 2、钢管混凝土组合柱工程验收资料主要内容 (18) 3、钢构件质量控制 (18) 4、钢管安装 (18) 七、施工安全、文明要求 (19)
一、主要编制依据 1、《东北传媒文化广场工程施工组织设计》 2、《钢管砼叠合柱结构技术规程》（CECS 188：2005） 3、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204－2002） 二、钢管混凝土组合柱工程概况 1、工程概况 本工程主楼为筒中筒结构，裙房为框架结构，其中主楼内外框筒设计采用现浇钢管混凝土组合柱；柱截面采用矩形截面和异形截面；框架柱内设置钢管，形成组合柱，柱内钢管采用无缝钢管，钢管接高采取两层或三层一接。外框筒钢管混凝土组合柱共70根；70根直径325×20mm的管从-5.45m-31.15m，70根直径299×16mm的管从31.15-66.25；钢管混凝土柱脚采用端承式，柱脚标高从-5.45处起（KZ-6从1.65处起）；-1层～10层采用C60混凝土，11层～16层采用C50混凝土，管内高强混凝土要求低收缩，低徐变，早强、后期强度有一定的增长、可泵送、不沁水不离析。
■级结构工程师考试辅导：钢管混凝 匕结构知识 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，且仍有约碎脱落。 5%的承载力，用锤敲击后才粉 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。
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
钢管混凝土柱对钢框架结构抗震性能的影响 摘要：对于下部几层不宜增设内部支撑的大空间钢框架建筑，本文欲通过在结构底部几层布置钢管混凝土柱，以此提高结构抗震性能。利用有限元法建立底部1～3层无内部支撑钢框架结构和无内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱的一组模型，进行Pushover静力非线性分析，通过对分析结果层间位移角的比较，探究钢管混凝土柱对结构抗震性能的影响。 关键词：钢管混凝土柱；钢框架结构；抗震性能； 中图分类号:TU33+3 文献标志码:A 钢管混凝土结构是指将薄壁钢管内灌入混凝土，而形成的一种新的组合结构形式。这种组合结构不仅能够将钢和混凝土的优点结合起来，提高结构的塑性和韧性，而且可以克服钢结构容易产生局部屈曲的缺点。对于无法增设支撑的结构楼层，可以采用钢管混凝土柱，不但可以增大结构的使用空间，而且可以提高底部大空间高层建筑的抗侧刚度。因此钢管混凝土柱+钢的组合结构在高层建筑逐渐被大量应用。 1 模型建立 本文利用有限元法建立一组底部1～3层无内部支撑8层钢框架结构（图1）和无内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱8层结构模型（图2），结构形式布置规则，每层层高4m，建筑总高度32m，长54m，宽16.4m。场地类别为Ⅱ类，场地特征周期0.45s,抗震设防裂度为8（0.20g）度，抗震等级三级，多遇地震下结构阻尼比采用0.03，罕遇地震下阻尼比为0.05。钢管柱、型钢梁和钢支撑采用Q345B钢，混凝土强度等级C30，楼板采用100厚的压型钢板现浇混凝土组合楼板。楼面恒载取4.0kN/m2，楼面活载取3.0 kN/m2；屋面恒载取4.5 kN/m2，屋面活载取2.0 kN/m2；风载取4.0 kN/m2，地面粗糙度为C类。 图1 1-3层撤除内部支撑图2 1-3层采用钢管混凝土柱 2 模型建立处理 本文钢框架支撑采用偏心支撑，偏心支撑在多遇地震及正常使用条件下的抗侧刚度与中心支撑相当，在设防地震和罕遇地震作用下依靠梁的消能梁段耗能，具有与纯钢框架相当的延性和耗能能力，是一种良好的抗震结构，但构造相对复杂。 3 模态分析 模态分析也被称为振型叠加法动力分析，是线性结构系统地震分析中的最常用而且最有效的方法。结构振型是模态反应的重要参数，以下是2组模型结构前3阶振型的模态反应特征见表1：
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 1σ 混凝土2 1 N 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态。这样一来就大大提高了混凝土的抗压强度，同时塑性性能得到了很大的改善。在工作性质
.. . word. GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前，其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60％，并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件，应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件，当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50％及以上时，由于混凝土变的影响，钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段，衬钢管段也可兼作为抗剪连接件，并应符合下列规定： 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝，坡口可取35°，直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝； 2 衬钢管仅作为衬管使用时（图7.2.1a ），衬管管壁厚度宜为4mm ～6mm ，衬管高度宜为50mm ，其外径宜比钢管径小2mm ； 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板；2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时（图7.2.1b ），衬管管壁厚度不宜小于16mm ，衬管高度宜为100mm ，其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时，宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板，变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚，变径段的斜度不宜大于1:6，变径3.1.4 抗震设计时，钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定： 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85； 2 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20％； 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中，混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。
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
专业资料 GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前，其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60％，并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件，应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件，当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50％及以上时，由于混凝土变的影响，钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段，衬钢管段也可兼作为抗剪连接件，并应符合下列规定： 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝，坡口可取35°，直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝； 2 衬钢管仅作为衬管使用时（图7.2.1a ），衬管管壁厚度宜为4mm ～6mm ，衬管高度宜为50mm ，其外径宜比钢管径小2mm ； 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板；2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时（图7.2.1b ），衬管管壁厚度不宜小于16mm ，衬管高度宜为100mm ，其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时，宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板，变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚，变径段的斜度不宜大于1:6，变径3.1.4 抗震设计时，钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定： 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85； 2 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20％； 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中，混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。
钢管混凝土结构浇筑 钢管混凝土的浇筑常规方法有从管顶向下浇筑及混凝土从管底顶升浇筑。不论釆取何种方法，对底层管柱，在浇筑混凝土前，应先灌入约100mm厚的同强度等级水泥砂浆，以便和基础混凝土更好地连接，也避免了浇筑混凝土时发生粗骨料的弹跳现象。采用分段浇筑管内混凝土且间隔时间超过混凝土终凝时间时，每段浇筑混凝土前，都应釆取灌水泥砂浆的措施。 通过试验，管内混凝土的强度可按混凝土标准试块自然养护28d的抗压强度采用，也可按标准试块标准养护28d强度的0.9采用。 钢管混凝土结构浇筑应符合下列规定: (1)宜采用自密实混凝土浇筑。 (2)混凝土应采取减少收缩的措施，减少管壁与混凝土间的间隙。 (3)在钢管适当位置应留有足够的排气孔，排气孔孔径应不小于20mm；浇筑混凝土应加强排气孔观察，确认浆体流出和浇筑密实后方可封堵排气孔。 (4)当采用粗骨料粒径不大于25mm的高流态混凝土或粗骨料粒径不太于20mm的自密实混凝土时，混凝土最大倾落高度不宜大于9m；倾落高度大于9m 时应采用串筒、溜槽、溜管等辅助装置进行浇筑。 (5)混凝土从管顶向下浇筑时应符合下列规定： 1)浇筑应有充分的下料位置，浇筑应能使混凝土充盈整个钢管； 2)输送管端内径或斗容器下料口内径应比钢管内径小，且每边应留有不小于100mm 的间隙； 3）应控制浇筑速度和单次下料量，并分层浇筑至设计标高； 4）混凝土浇筑完毕后应对管口进行临时封闭。 （6）混凝土从管底顶升浇筑时应符合下列规定： 1）应在钢管底部设置进料输送管，进料输送管应设止流阀门，止流阀门可在顶升浇筑的混凝土达到终凝后拆除； 2）合理选择混凝土顶升浇筑设备，配备上下通信联络工具，有效控制混凝土的顶升或停止过程; 3）应控制混凝土顶升速度，并均衡浇筑至设计标高。
南昌大学研究生2015～2016学年第二学期期末 读书报告 课程名称：混凝结构理论与应用专业：建筑与土木工程 学生姓名：李海学号：4160146150 学院：建筑工程学院得分： 任课教师：熊进刚时间：2016年6月
钢管混凝土结构抗震性能研究 摘要: 介绍了钢管混凝土组合结构的特点，综述了国内外钢管混凝土结构的抗震性能的研究现状; 分析了其存在的问题和实用价值，展望了钢管混凝土结构发展趋势和应用前景; 指出了进一步研究的方向。 关键词: 组合结构; 钢管混凝土结构; 抗震性能; 工程应用 Abstract:This paper presents the characteristics of steel concrete composite structures, review the status of research on seismic behavior of domestic and foreign steel concrete structure; analyzes the problems and practical value, the prospect of the development trend of steel and concrete structures prospects; points out further research direction. Keywords:composite structure; steel concrete structure; seismic performance; engineering applications 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件，按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土、螺旋配筋混凝土和钢管结构的基础上演变和发展起来的，利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，保证其材料性能的充分发挥。钢管混凝土组合结构的优势主要表现在: 承载力高、塑性和韧性好、经济效果好、施工方便、耐火性能较好。 钢管混凝土结构早在19 世纪80 年代就出现了，到目前为止，钢管混凝土结构在土木工程中的应用已经有百年历史。由于钢管混凝土具有优越的力学性能和良好的经济效益，一开始便受到世界各国土木工程界的重视，并争先恐后开发利用。1879年，英国最早将钢管混凝土杆件用于Severn 铁路桥的桥墩，在钢管内填混凝土以承受轴向压力，并防止钢管内部锈蚀。1897 年，美国人JOHN LALLY 提出在钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱，并获得专利【1】。我国从1959 年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用，1963 年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。改革开放后，随着国家经济的迅猛发展，钢管混凝土结构技术在我国的高层建筑、地铁车站和大跨度桥梁等工程中得到了广泛应用，有力地推动了上述领域营造技术的发展，取得了令人瞩目的成就【2】。2008 年汶川地震中，钢管混凝土建筑显示了优越的抗震性能，钢管混凝土的研究成为热门课题之一。 1 钢管混凝土的特点 混凝土的抗压强度高，但抗弯能力差，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)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。
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，
钢管混凝土综述 袁 摘要：简要介绍了钢管混凝土结构的研究现状,具体阐述了钢管混凝土结构的特点,分别论述了钢管混凝土结构在高层建筑、拱桥、地铁车站工程中的应用,并对钢管混凝土结构今后的发展方向进行了分析,以期促进钢管混凝土结构的应用与推广。 关键词：钢管混凝土结构,特点,应用,新型,发展方向 1.引言 钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube ,简称CFT)是将混凝土灌入钢管而形成的一种组合材料,是在钢管中填充混凝土后形成的构件。构件型式包括内填型、外包型和内填外包型三类。钢管可以是圆钢管, 也可以是方钢管或八角形钢管等,混凝土可以是素混凝土, 也可以配有钢筋。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。钢管混凝土由于其抗压强度高、自重轻、抗震性能突出、施工方便、外型美观和造价经济等优点, 广泛应用于单层或多层工业厂房的结构柱、设备构架柱、各种支架和超高层建筑以及桥梁结构中。 目前,钢管混凝土结构的应用很广泛,国内外学者对钢管混凝土进行了研究, 取得了一些有意义的成果。柱是建筑物中的主要承重构件, 研究柱的承载能力对建筑物的安全可靠具有重要意义, 一些学者在试验研究的基础上, 提出了一些以计算其极限承载力为目的计算理论和公式, 并反映在各国的有关设计规范和规程中。在当今工程实践中, 钢管混凝土柱越来越广泛地被应用于高层和超高层建筑, 巨型框架结构中的钢管混凝土柱与其斜撑的交接处存在很大的剪力,以及在钢管棍凝土柱和钢筋混凝土梁节点处,当梁的剪力通过焊接在节点底部的反牛腿传递给柱子时,钢管混凝土的抗剪力能力可能起着主导作用,此时需根据钢管混凝土柱的抗剪承载力来确定钢管尺寸。现阶段只能从实用出发,对钢管混凝土柱的抗剪承载力做出偏于保守的估算, 这在一定程度上限制了钢管混凝土在工程实践中的应用。因此,对钢管混凝土的抗剪力学性能进行深入系统的研究, 对钢管混凝土结构的发展, 特别是在超高层建筑中的推广应用也具有积极的促进作用。 2. 钢管混凝土的分类和工作原理 2.1 钢管混凝土分类 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件建筑上，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实际结构中，根据钢管作用的差异，钢管混凝土柱又可分为两种形式：一是组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受荷初期即共同受力；二是外加荷载作用在核心混凝土上，钢管只起对其核心混凝土的约束作用，即所谓的钢管约束混凝土柱本文主要论述实际工
钢梁-钢管混凝土柱框架结构骨架曲线研究 孙修礼 (青岛农业大学建筑工程学院,山东青岛 266109) 摘要:以钢管混凝土统一理论为基础,钢管混凝土柱构件采用3线型弯矩-转角滞回模型;钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型。使用非线性分析程序I D A R C 分析钢梁-钢管混凝土柱框架结构的恢复力特性曲线,程序结果和试验结果吻合良好。并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对骨架曲线的影响。 关键词:钢管混凝土;骨架曲线;统一理论;框架结构中图分类号:T U 375 文献标识码:A 文章编号:1671-5322(2008)01-0006-03收稿日期:2007-12-07 基金项目:青岛农业大学“校高层次人才启动基金”资助项目(630721);江苏省“六大人才高峰”资助项目(7605009063) 作者简介:孙修礼(1975-),男,山东即墨人,工学博士,讲师,主要研究方向为钢管混凝土组合结构方面。 钢管混凝土结构体系以其良好的经济性及优越的抗震性能被广泛应用于高层和超高层建筑。目前对钢管混凝土柱的基本性能和受力机理已经进行了系统的试验和理论研究,对钢管混凝土柱与梁的各种节点形式也进行了大量的试验与理论研究。但对钢管混凝土柱结构体系的整体抗震性能的研究则处于起步阶段,仅进行了少量的试验研究 [1-3] 。因此对钢管混凝土整体结构体系进行 研究具有重要的理论和实践价值。本文在钢管混凝土统一理论的基础上,合理选择钢管混凝土柱、钢梁的抗震参数,使用非线性分析程序I D A R C 对钢梁—钢管混凝土柱框架结构体系的恢复力曲线进行了研究,程序分析结果与试验结果吻合良好,并进一步分析了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对骨架曲线的影响。本文研究结果不仅为钢管混凝土结构的应用推广提供了必要的理论基础,而且对钢管混凝土抗震设计有较好的参考价值。 1 钢管混凝土统一理论 由两种材料组成,但在宏观上可视其为1种“组合材料”,可用整个构件的力学性能指标来计算其承载力 [4-5] 。由于材料的本构关系中已经包 含钢管和混凝土相互作用的紧箍力效应,因而确 定的组合设计指标中也包括了这种紧箍效应。经过大量试验研究证明钢管混凝土统一理论是合理可靠的,以下是对统一理论中重要的参数的简单 介绍。 (1)含钢率α α= A s A c (1) A s 、A c 分别为钢管与混凝土的截面面积。(2)约束效应(套箍)系数ξ ξ=α f y f c k (2) f y 为钢材屈服强度;f c k 为混凝土抗压强度标准值,近似取f c k =0.8f c u 。 (3)轴压组合强度标准值f s c y f s c y =(1.212+B ξ+C ξ2 )f c k (3) 式中:B=0.1759 f y 235 +0.974;C=-0.1038f c k 20 +0.0309。(4)轴压比n n= N N μ=N f s c y A s c (4) 式中:A s c =A s +A c 。第21卷第1期2008年03月 盐城工学院学报(自然科学版)J o u r n a l o f Y a n c h e n gI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n V o l .21N o .1M a r .2008 DOI :10.16018/j .cn ki .32-1650/n .2008.01.009
《钢管混凝土结构技术规范》 （DBJ13－51－2003） Ⅰ、单选题 1、钢管混凝土所用钢管的壁厚不宜小于（ D ）。 （A）2.5mm；（B）3.0mm；（C）3.5mm；（D）4.0mm。 2、对于矩形截面钢管混凝土构件，其钢管截面长边边长与短边边长之比不宜大于（ C ）。 （A）1.5；（B）1.8；（C）2.0；（D）2.5。 3、钢管混凝土结构中，预制构件应按制作、运输及安装的荷载设计值进行施工阶段的验算，预制构件自身 吊装的验算，应将构件自重乘以动力系数（ B ）。 （A）1.25；（B）1.5；（C）1.75；（D）2.0。 4、钢管混凝土钢管焊缝必须采用对接焊缝并符合（ B ）质量检验标准。 （A）一级；（B）二级；（C）三级；（D）不作要求。 5、钢管混凝土可采用普通混凝土和高强度性能混凝土，水灰比应控制在（ C ）及以下。 （A）0.35；（B）0.4；（C）0.45；（D）0.5。 6、钢管混凝土结构所采用混凝土的强度等级不宜低于（ A ）。 （A）C30；（B）C35；（C）C40；（D）C45。 7、柱与基础采用钢板或钢靴锚固式柱脚，埋入土中部分的柱肢，应以混凝土包覆，厚度不小于（ C ），高 出地面不小于200mm。 （A）30mm；（B）40mm；（C）50mm；（D）60mm。 8、为保证火灾发生时核心混凝土中水蒸气的排放，每个楼层的柱均应设置直径为（ B ）的排气孔。 （A）15mm；（B）20mm；（C）25mm；（D）30mm。 9、当采用预制钢管混凝土构件时，应待管内混凝土强度达到设计值的（ A ）以后，方可进行吊装。 （A）50％；（B）60％；（C）70％；（D）75％。 10、钢管混凝土高位抛落免振捣法，是利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的，适用于管截 面最小边长或管径大于350mm，高度不小于（ C ）的情况。 （A）3m；（B）3.5m；（C）4m；（D）4.5m。 11、钢管混凝土采用手工逐段浇捣法时，一次浇灌的高度不应大于振捣器的有效工作范围和（ C ）柱长。 （A）1－2m；（B）1.5－2.5m； （C）2－3m；（D）2.5－3.5m。 12、每次浇灌混凝土前（包括施工缝），应先浇灌一层厚度为（ A ）的与混凝土等级相同的水泥砂浆，以 免自由下落的混凝土骨料产生弹跳现象。 （A）100－200mm；（B）150－250mm； （C）200－300mm；（D）250－350mm。 Ⅱ、多选题 1、钢管混凝土结构节点和连接的设计，应满足（ABC ）的要求。 （A）强度；（B）刚度；（C）稳定性；（D）抗风。 2、采用先安装空钢管结构后浇灌管内混凝土的方法施工钢管混凝土结构时，应按施工阶段的荷载验算空钢 管结构的（ AC ）。 （A）强度；（B）变形；（C）稳定性；（D）抗风性能。 3、为保证火灾发生时核心混凝土中水蒸气的排放，每个楼层的柱均应设置排气孔，其位置宜位于柱与楼板 相交位置（ AC ）处，并沿柱身反对称布设。 （A）上方100mm；（B）上方150mm； （C）下方100mm；（D）下方150mm。
方钢管混凝土框架结构的研究及展望摘要：“强柱弱梁”是框架结构在地震作用下屈服机制的传统认识。目前，对钢管混凝土框架结构屈服机制的研究，一般都套用钢框架、钢筋混凝土框架结构的梁铰屈服机制对其进行抗震设计。本文对方钢管混凝土框架结构抗震性能的研究现状进行了总结。同时，对新近研究的允许部分柱屈服的整体型屈服机制—混合屈服机制的钢管混凝土框架结构的研究发展进行概述及展望。混合屈服机制的钢管混凝土框架结构具有较高的承载能力、良好的抗震性能、显著的经济效益等优点，将在越来越多的高层、大跨结构中得到广泛的应用。 关键词：方钢管混凝土框架结构；混合屈服机制；研究；展望abstract: “strong column weak beam” is frame structure under earthquake effect yield the traditional view of mechanism. for the moment, the concrete-filled steel tubular frame structures yield mechanisms, generally apply mechanically steel frame, reinforced concrete frame structure of the beam hinge mechanism on the yield astigmatic design. this paper each other the concrete-filled steel tubular frame structures, the seismic performance summarized. at the same time, to recent research part of the overall yield allowed column type yield mechanism-the mixed yield mechanism of concrete filled steel tubular frame structure of the
钢管混凝土结构施工技术 钢管混凝土是将普通混凝土填人薄壁圆形钢管内形成的一种钢一混凝土组合结构。其工作原理是：借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。钢管混凝土适合于高层、大跨、重载和抗震抗爆结构的受压杆件。 钢管混凝土在本质上属于套箍混凝土。它除具有一般套箍混凝土的强度高、重量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优点外，在施工工艺方面还具有以下一些独特优点： 1)钢管本身即为耐侧压的模板，浇筑混凝土时可省去支模和拆模工作。 2)钢管兼有纵向钢筋(受拉和受压)和箍筋的作用，制作钢管比制作钢筋骨架省工，且便于浇筑混凝土。 3)钢管本身又是劲性承载骨架，其焊接工作量比一般型钢骨架少，可以简化施工安装工艺、节省脚手架、缩短工期、减少施工场地。在寒冷地区，可以冬季安装钢管骨架，春季浇筑混凝土，施工不受季节限制。 钢管混凝土与钢结构相比，在自重相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50％，且焊接工作量大幅度减少；与普通混凝土结构相比，在保持钢材用量相近和承载能力相
同的条件下，构件的截面面积可减少约一半，混凝土用量和构件自重相应减少约50％。 20世纪90年代以来，我国高层建筑开始采用钢管混凝土柱。如23层的厦门金源大厦，地下1层至地上19层的全部28根柱以及20～23层的4根角柱，均采用钢管混凝土；北京四川大厦(地上32层，高100m)，地下3层柱全部采用直径为70cm钢管混凝土。1999年建成的深圳赛格广场大厦(地上72层，高291.6m)，是我国自行投资、设计、全部采用国产钢材、自行加工和施工的最高的钢管混凝土结构高层建筑。赛格广场大厦塔楼部分采用框筒结构体系，框架采用钢管混凝土柱、钢梁和压型钢板组合楼盖，内筒由28根钢管混凝土密排柱组成，受力最大的钢管混凝土柱，截面为φ1600mm×28mm，Q345钢材，内填C60混凝土。 一、钢管混凝土的节点构造 钢管混凝土结构各部件之间的相互连接，以及钢管混凝土结构与其他结构(钢结构、混凝土结构等)构件之间的相互连接，应满足构造简单、传力明确、安全可靠、整体性好、节约材料和施工方便等要求。其核心问题是如何保证可靠地传递内力。 1、一般规定 1)焊接管必须采用坡口焊，并满足Ⅱ级质量检验标准，达到焊缝与母材等强度的要求。
钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接 摘要：本文推荐一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁节点做法，使钢管在节点区的连接更加安全、可靠。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。 《关键词》钢管、钢筋、混凝土、施工 Abstract: this paper recommends a kind of concrete-filled steel tube column and reinforced concrete beam node approach makes steel pipe in the node connected more safe and reliable. Concrete beams can be very good transfer internal force, compared with other node practice, construction is convenient, speed up with efficiency and save materials advantages. 《Keywords》steel pipe、steel、concrete、construction 中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号： 一、概述 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，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，使得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