钢管混凝土结构的优缺点简述

贾琪琪

【摘要】钢管混凝土结构是将混凝土灌入钢管内而形成的一种组合结构。本文通过查阅文献资料，总结了钢管混凝土结构在国内建筑工程中的研究和应用现状，重点探讨了目前钢管混凝土结构存在的优点、不足之处、应用现状及发展前景。

近30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。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。钢管混凝土结构与传统结构进行经济对比分析，在造价、耗材、施工等各方面的综合经济效益显著。特别是钢管高强和超高强混凝土结构在高层或超高层建筑中有广阔的应用前景。

1 钢管混凝土结构的特点及与传统结构的对比分析

1. 1 结构面积减小，有效使用面积增加

在建筑工程中钢管混凝土通常用做柱子，由于钢管混凝土是延性材料，在地震区可以做到不受轴压比的限制，只控制其长细比，因此，柱截面面积可减少很多，有效使用面积增大，结构自重减轻在50%以上，因此，地震作用和地基荷载均可减小，从而经济有效地解决了我国建筑工程领域长期存在而未能解决的“胖柱”问题。

1. 2 施工简便，可大大缩短工期

钢管混凝土柱和普通混凝土柱相比，免除了支模、拆模、绑扎钢筋或焊接钢筋骨架等工序，省工省时；和普通钢柱相比，不用节点板，焊缝少，构造简单。缩短工期，提前投产，其综合经济效益较好。

1. 3 同等承载力条件下有更大的经济效益

钢管超高强混凝土柱的造价比普通混凝土柱的造价降低30%左右；钢管高强混凝土柱的造价比普通混凝土柱的造价偏高或大略相等。可见，采用钢管超高强混凝土柱有更大的经济效益。

1. 4 耐火性能好

钢管混凝土柱（空心钢柱用混凝土填实）有较高的耐火能力，因为钢柱吸热后有若干热量会传递到混凝土部分，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。

2 钢管混凝土结构目前存在和需要进一步解决的问题

从现有的文献资料来看，国内外对钢管混凝土的研究主要集中在结构设计、静力学性能、动力学性能等方面，而真正对材料的研究相对较少。材料与结构是一体不可分的，有了良好的材料设计，才会有良好的结构性能，而目前钢管混凝土所出现的一系列问题如施工不稳定、脱空、膨胀性能低、混凝土力学性能达不到要求等都可以先从材料方面着手找到解决问题的方法。以下几个方面是有待解决的问题。

2. 1 材料的要求高，成本提高

混凝土特别是高强度混凝土的配制较困难，目前，强度等级在C100以上的混凝土仍处于试验室阶段，高强度钢材的应用在一定程度上提高了成本。

2. 2 材料的自身性质

钢管混凝土在收缩、徐变、温度等影响下的材料自身性质还需做系统全面的研究。

2. 3 复杂受力状态

复杂受力状态如弯、剪、压、扭共同作用时构件的计算方法还没有完全确定，造成设计时只能简单地忽略构件的受扭和受剪，并加大构件承载力的富裕度来处理。

2. 4 节点性能的研究

钢管混凝土结构工程采用的节点形式有很多样。按材料分，现浇钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱节点，钢梁与钢管混凝土柱节点；按梁柱间的弯矩传递情况来分，有刚接节点、铰接节点和弹性连接节点。目前，关于节点的试验和理论研究严重滞后于实际工程的应用。

2. 5 动力性能的研究

钢管混凝土尤其钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土的耐疲劳性能和抗震性能需做进一步研究。

2. 6 钢结构防护技术的要求

钢结构防护包括防火、防腐、防锈。钢结构体系房屋造价高的主要原因是钢结构的防护技术要求较高，费用较高。

3 钢管混凝土结构的应用现状和应用前景

我国于上世纪50 年代末开始进行钢管混凝土组合结构的研究，主要集中在钢管中浇灌混凝土的内填充型钢管混凝土结构。目前，在钢管混凝土组合结构力学性能和设计方法、施工技术、耐火性能等方面展开了比较系统的研究工作，取得了巨大成就，其构件性能、理论研究和实际应用在国际上处于领先。

1963 年在北京地铁车站首次应用了钢管混凝土柱，随后，在一些厂房的柱子中逐步得到推广应用。上世纪80年代以来这种结构材料在多层和高层建筑中得到进一步应用。自1990年在我国四川省建成了跨度110m 的下承式系杆钢管混凝土拱桥———旺港天桥以来，混凝土拱桥在我国得到了迅猛发展。广州丫髻沙大桥为主跨360m的钢管混凝土带悬臂中承式刚架系杆，拱的跨径突破了300m大关；四川省巫山长江大桥为跨径400m的钢管混凝土拱桥，这两座桥梁的修建，标志着我国钢管混凝土拱桥的研究与应用整体水平已经提升至一个新的高度。钢管混凝土拱桥在我国迅速发展，并先后颁布了有关钢管混凝土结构的设计规程。

国内一些大专院校、科研院所也对钢管混凝土进行了系统的研究，取得了一些成果。韩林海和钟善桐等对工程中常用的几种形状的钢管混凝土力学性能进行了探索和研究，提出了极限平衡法理论和钢管混凝土统一理论，为钢管混凝土的研究奠定了基础；哈尔滨建筑大学王湛等通过试验研究了核心混凝土为C30～C50强度等级的钢管膨胀混凝土；魏美娟等给出了钢管混凝土构件的计算条件，对构件在临时荷载作用下受弯的力学性能进行了分析和计算；武汉理工大学的胡曙光和丁庆军等针对钢管高强膨胀混凝土的特性，围绕钢管混凝土工程应用中所普遍存在的混凝土与钢管脱粘问题和大跨度结构工程的施工难题，进行了长期深入、系统的研究；韩冰等在对钢管混凝土受弯构件徐变分析的基础上，建立了长期荷载作用下鋼管混凝土受弯构件的承载力计算方法，认为徐变将降低钢管混凝土受弯构件的承载力。

目前，钢管混凝土和钢管高强混凝土结构的应用很广泛，但钢管超高强混凝土还处于试验室研究阶段，随着科研成果的积累和完善，本世纪钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构在高层和超高层建筑中一定会有广阔的应用前景。

参 考 文 献

[1]钟善桐.钢管混凝土结构在我国的应用和发展[J ].建筑技术， 2001 （2）

[2]蔡健.钢管混凝土柱节点的应用现状和存在问题[J ].建筑结构. 2001 （7）

[3]祝雯.钢管混凝土结构的研究现状及发展趋势[J ].州建筑.2011 （1）

[4]周俐俐，张志强.钢管混凝土结构的现存问题和应用前景[J ].南工学院学报. 2002 （6）