钢管混凝土在高层建筑中的应用

第２８卷第１期　２０１１年２月　吉林建筑工程学　院　学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ＂Ｊｉｌｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１　ｌ　

矩形钢管混凝土结构在高层建筑中的应用研究　

黄　秀　霞　

（吉林广播电视大学，长舂　１３００２２）　

摘要：阐述了矩形钢管混凝土结构的工作机理，探讨了矩形钢管混凝土结构应用于高层建筑中的特点。提出了在设计　和施工中应注意的主要问题。以供借鉴推广应用．　

关键词：矩形钢管混凝土结构；工作机理；特点；主要问题　中图分类号：ＴＵ　３９８　文献标志码：Ａ　文章编号：１００９—０１８５（２０１　１）０１一ｏｏ４４—０３　

Ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ　Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　

Ｓｔｅｅｌ　Ｔｕｂｕｌａｒ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ－Ｒｉｓｅ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　

ＨＵＡＮＧ　Ｘｉｕ－ｘｉａ　（ＪｉｌｉｎＲａｄｉｏａｎｄＴＶ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，　１３００２２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｕｌａｒ　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｕｌａｒ　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｉ　ｇｈ—ｒｉｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　

高层建筑钢管混凝土柱施工技术及质量控制

摘要：钢管混凝土柱在高层建筑工程施工中的科学运用，可使整个建筑结构性能效果良好，所用的钢材与混凝土，可满足高层建筑对结构承受力的要求，且浇筑、焊接等施工技术简单、施工成本低，具有很好的可行性及应用性。以某地高层建筑施工为例，对钢管混凝土柱施工中运用的施工技术与质量控制对策进行了论述，以期作为高层建筑施工中的参考。

关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；施工技术；质量控制

1 钢管混凝土结构的技术特点

1.1 承载力高

钢管与混凝土的结合解决了钢管受压能力差的问题，在建筑中运用钢管混凝土可使得建筑物承载力由单向受力变为三向受力，在满足结构变形的同时还能满足强度要求，钢管内由于填充了密实的混凝土，从而避免了钢管结构不稳现象，增加了钢管的稳固性。两种材料的结合使得钢管混凝土的承受能力更强，远远高于两种材料单独承受的压力。

1.2 抗震性能好

混凝土与钢管的结合形成钢管混凝土，增强了其承受力和弹性性能。在受力破坏时可以极大地发挥钢管的弹性性能，与混凝土和钢结构相比，其具有较好的抗震性能。当钢管混凝土应用于高层建筑时，其安全性能较钢结构与混凝土的结构更好。

1.3 构造简单且施工方便 与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土无需使用模板，这也就减少了模板安装和拆卸步骤，且在钢管内无需使用钢筋固定，这在很大程度上为建筑施工带来了较大便利。特别是目前具有专门的泵送设备，可以将钢管和混凝土快速结合，为施工进度提供了保障。钢管混凝土技术不仅在施工上更加方便，构造的施工过程也简单，这就有利于施工人员的操作[1]。同时，由于钢管构件自重小，可以大大节省运输和吊装的费用。另外，与普通的钢柱相比较，钢管混凝土不需要柱脚支撑，可以直接插入杯口进行操作，省时又省力。

2 高层建筑钢管混凝土柱施工技术要点

2.1 制作技术

钢管柱通常由工厂制作，在工厂质量检验合格后，运输至施工现场，然后进行各个构件的组装和焊接。

1 工程技术知识：钢管混凝土结构特点及其在建筑中的应用

一般在混凝土中再不配纵向钢筋与钢箍。所用钢管一般为薄壁圆钢管或方钢管。方钢管混凝土结构的研究与应用历史较短，尽管其与圆钢管混凝土相比有一定的优点，钢管的制作，节点的构造较为简单，对某些受力构件，大偏心受压构件比圆钢管受力性能要好，不必一定做成双肢或多肢柱。

一、钢管混凝土结构具有以下的优点：

（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。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。对混凝土来说，由于钢管约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说，薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外，局部缺陷特别是不对称缺陷的存在，将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管，保证了薄壁钢管 2 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，即使是钢筋混凝土受压构件，尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏，也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的，甚至是大量的。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。

此外，这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。

（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，这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单，并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架，可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利，不仅节省了大量施工中的材料，减少了施工工作 3 量，而且大大减少了现场露天工作，改善了工作条件，同时也加快了施工、缩短工期。

维普资讯 表１　国内采用钢管混凝土柱的超高层建筑　

深圳赛格广场是由我国自行设计、投资、　制造和施工的以高科技电子配套市场为主，　集办公、会展、商贸、金融、证券和娱乐为一体　的现代化超高层建筑，于１　９９９年建成　。该　工程占地面积９６５３ｍ　，地下４层，地上７２　层，总建筑面积１　６６７ＯＯｍ　，地上建筑高度　２９１．６ｍ。　图１为赛格广场结构平面图，采用框筒　结构体系，其框架柱及抗侧力体系内筒的２８　根密排柱均采用了钢管混凝土，框架柱柱１　共１６根，内筒由四角４根柱２和密排２４根　柱３组成２１ｍ　２１ｍ的方形筒，密排柱的柱　距３ｍ，两柱问浇筑两片２００ｍｍ厚的钢筋　混凝土墙，内筒内加设纵横成井字形的整浇　钢筋混凝土剪力墙，厚１４Ｏｍｍ。楼盖采用了　钢梁（梁１、梁２截面相同，均为７００　Ｘ　２６０Ｘ　１２×１Ｏ）和压型钢板组成的组合楼盖　体系。为加强外框架与核心筒的协同工作，　共设置了５道刚伸臂。　图２为赛格广场大厦照片，该建筑是目　前世界上已建成的最高的钢管混凝土结构超　高层建筑，它的建成标志着我国钢管混凝土　结构技术处于世界领先地位。　

３　高层钢管混凝土结构的发展方向　３．１向高强、高性能、高效施工技术的钢　管混凝土结构发展。高强度混凝土（一般认　为强度等级为Ｃ６０及以上的混凝土）是目　前国内外研究的热门话题，其特点是强度高、　节省材料、减少构件截面，减轻自重，钢管对　高强度混凝土的约束可克服高强混凝土脆性　大、延性差的弱点。研究表明，钢管高强度混　凝土的基本力学性能与钢管普通强度混凝土　有所不同，在进行钢管高强混凝土设计时不　能简单地套用钢管普通强度混凝土的设计方　法。现代高强、高性能混凝土技术和泵送混凝　土技术结合，将会对未来高层建筑的技术进　步产生深远的影响。　３．２向薄壁钢管混凝土结构发展。以往　的研究工作都是针对钢管管壁较厚的情况　（含钢率一般在０．０４—０．２之间），薄壁钢管　混凝土结构是近几年的事。众所都知，薄壁　钢管的承载力极不稳定，它对局部缺陷很敏　感，因而实际轴压力只有理论值的２Ｏ％　一３０％，有残余应力存在时影响更大，薄壁钢　管混凝土结构的钢管保护了混凝土，延缓了　混凝土受压时的纵向开裂，同时，混凝土也大　大延缓了薄壁钢管的局部失稳，大大提高构　件的承载力。相对于厚壁钢管而言，采用薄壁　钢管混凝土节约钢材，降低造价，且可以提高　构件的耐火极限。　３．３向大管径方向发展。随着建筑高度　的增加，对抗侧力体系的要求越来越高，以往　多采用筒中筒结构，但由于外筒的密柱深梁　影响了建筑的功能和美观，另外，由于建筑功　能要求大柱网、大开间，鉴于此因，现代高层　建筑趋于采用内筒外稀柱的框筒结构体系，　且柱网尺寸较大，大直径钢管混凝土柱（直　径１．５ｍ以上）在这类建筑中的应用优势明　显。在国外有用到３．２ｍ直径［４】，国内目前最　大直径为１．６ｍ。目前的研究和规范均为普　通直径柱，大直径柱需要解决约束效应程度、　混凝土的水化热、核心混凝土质量等问题。