浅谈建筑工程中钢管混凝土结构

王冰兄

（北京正东国际建筑工程设计有限公司，北京 100120）

所谓“钢管混凝土”是“钢管套箍混凝土”简称套箍混凝土。钢管套箍混凝土的基本原理是利用横向配筋，对受压混凝土施加侧向约束，使其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，从而提高其抗压强度和压缩变形能力。

1 钢管混凝土结构的施工特点

根据构造和施工工艺条件可将钢管混凝土结构的施工分为钢管结构的制造和组装以及管内混凝土的浇灌两部分，整个工艺兼有钢结构和混凝土结构的特点。从钢管混凝土结构的具体施工条件来看，其施工特点主要为。

1.1 管内混凝土是在狭小的管道中浇灌的，由于结构条件所限，混凝土的浇灌质量难以检查，当采用人工浇灌并振捣时，只能依靠操作人员的责任心，加强振捣，仔细操作，确保管内混凝土的密实。当采用高位抛落无振捣施工法以及泵送顶升法时，都应严格遵守相关的施工技术要求。

1.2 由于钢管混凝土结构中的管肢均较长，而且管肢中间通常不设浇灌孔，致使管内混凝土一次施工高度较大，一般都在10m以上，国外最高已达100m。

1.3 钢管混凝土结构管肢的内径一般均不大于混凝土振捣器的有效作用半径，约为振捣棒直径的10倍左右。而且钢管不漏浆，当采用人工浇灌并振捣时，只要在施工中采用具有足够振捣能力的内部或外部振捣器，加强操作，并保证不间断连续施工，混凝土的质量是能够得到保证的。

1.4 为避免钢管外部焊接对混凝土烧伤的可能，对管外焊缝较为密集的部位应先焊接，然后再进行混凝土的浇灌施工。竣工后，允许加焊必要的零部件，并应采取相应的措施减少局部高温作用的影响口。

1.5 钢管构件的加工与一般金属结构制作稍有不同，如各附属焊件与管肢多为曲面连接.结构拼装问隙不易保证，必须采用钢管自动切割机或胎架安装，才能保证制造质量。

1.6 由于钢管混凝土优越的力学性能，近些年被用于高层和超高层建筑中，为了加快现场、施工进度.采用地上和地下层同时进行施工的逆作法施工，大大缩短了工期。钢管构件的制作优先采用螺旋焊接管，也可使用滚床卷制符合要求的钢管。为适应钢管拼装后的轴线要求.钢管坡口端应与管轴严格垂直。在卷板过程中，应注意保证管端与管轴线形成垂直的平面。当采用滚床卷管时，应特别注意直缝的焊接质量，尽可能采用自动焊缝。当采用手工焊缝时.宜采用直流焊机，这样可以得到较为稳定的焊弧，且焊缝的含氢量较低，这对具有双向受力的钢管是必要的。

2 钢管混凝土结构的优点

2.1 延性好

据有关实验数据表明：钢管混凝土轴向压缩到原长的z/3，构件表面己褶曲，但仍有一定的承载能力，可见塑性之好。在压弯剪循环荷载作用下，水平力与位移之间的滞回曲线十分饱满，吸能能力很好，基本无刚度退化。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。

2.2 抗震性能优越

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，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。

2.3 施工方便

钢管混凝土结构施工时，钢管可以作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。该种结构形式和钢结构相比零件少，焊缝短，可以采用构造简单的插入式柱脚，免去了复杂的柱脚构造。和钢筋混凝土柱相比，由于钢管本身就是耐侧压的模板，因此在浇灌混凝土时可以免去支模、拆模等工和料。钢管还是“钢筋”，它兼有混凝土柱中纵向受拉、受压钢筋和横向箍筋之作用。从施工过程看制作钢管远比制作钢筋骨架省工得多，而且便于浇灌。钢管本身就是劲性结构构件，在施工阶段可以起劲性钢骨架的作用，节省了许多支撑构件和脚手架，简化了施工安装工艺。

2.4 防火耐火性能好

钢管混凝土的耐火性比钢结构好，由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，混凝土的导热系数低而比热大，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，越到中心，温度越滞后，增加了柱子的耐火时间。

2.5 耐腐蚀性强

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比钢结构节省。

3 钢管内混凝土的施工

根据国内外钢管混凝土结构的施工经验，浇灌混凝土有以下几种方法，即立式手工浇捣法、高位抛落无振捣法和泵送顶升浇灌法。

3.1 立式手工浇捣法

一般混凝土施工都是在构件安装就位，固定完毕并经检查无误后，开始向管内浇灌混凝土的，浇灌工作应连续进行。在浇灌混凝上之前，应先浇灌一层水泥砂浆，厚度不小于100mm，用以封闭管底并使自由下落的混凝土不致产生弹跳现象。混凝土由钢管上口灌人，井用振捣器捣实。钢管管径大于350mm时、采用内部振捣器〔振捣棒或锅底形振捣器等)振捣，每次振捣时间不少子30S，一次浇灌的混凝土高度不宜大于2m。当管径小于350mm时，可采用附着在钢管外部的外部振捣器进行振捣，振捣时间不小于1min。外部振捣器的位置应随混凝土浇灌的进展加以调整。外部振捣器的工作效果，以钢管横向振幅不小于0.3mm为有效，振幅可用百分表实测。一次浇灌的混凝土高度不应大于振捣器的有效工作范围，，一般为2m-3m。

立式手工浇捣法施工速度较慢，且施工人员必须严格遵守操作纪律，才能保证混凝土的施工质量。

3.2 高位抛落无振捣法

该法利用混凝土从高位顺钢管下落时产生的动能达到振实混凝土的目的，免去了繁重的振捣工作，是混凝土施工工程中的一个创举。它适合于管径大于350mm，高度不小于4m的场合。对于抛落高度不足4m的区段，仍须用内部振捣器振实。

混凝土高位抛落无振捣法的关键是混凝土抛落后不产生离析现象，需要对混凝土的配合比提出特殊的要求，采用此法施工时，必须先进行配比试验，确定合理的配合比和水灰比。要控制水灰比，适当加大水泥用量，并掺适量的外加剂，以改变混凝土的内聚性，增加附着力和流动性。

3.3 混凝土泵送顶升浇灌法

该法是在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管，直接与泵的输送管相连，由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌人钢管。根据泵的压力大小，一次压人高度可达S0-100m。钢管直径宜不小于泵径的两倍。

结束语

工程实践表明，现代钢管混凝土结构既是一种使用高强、高性能材料的结构，也是一种具有高效施工技术的结构.钢管混凝土内混凝土的施工较钢筋混凝土构件和钢构件的施工有许多优势。与钢筋混凝土柱相比.由于钢管混凝土柱没有绑扎钢筋，因而浇灌混凝土比现浇钢筋混凝土柱简便;因管内无钢筋和钢箍，浇灌容易且质量容易保证。它必将为新世纪的国家建设和土建工程的技术进步发挥积极作用。

[1] 蔡绍怀.现代钢管混凝土结构[M].北京：人民交通出版社.2003.

[2] 徐占发.钢结构施工[M].湖北华中科技大学出版社.2010.

[3] 周松盛，周露，陆霞.混凝土结构设计与施工手册[M].安徽：安徽科技技术出版社.2008.