浅谈钢管混凝土结构在建筑工程中的应用与前景

杨瑞

摘要：钢管混凝土结构已广泛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。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂的应力状态之下，不但提高了混凝土的抗压强度，而且还使其塑性和韧性性能得到改善。本文探讨了钢管混凝土结构在建筑工程中的应用与前景。

关键词：钢管混凝土结构；建筑工程；应用；前景

对于钢筋混凝土结构而言，钢管混凝土结构是一种新型的组合结构，对其的科学研究不断的迅速发展，因钢管混凝土具有的各种优点被广泛应用在土木工程结构当中，是今后在建筑结构工程科学的一个重要发展方向。钢管混凝土结构受力性能合理，施工工艺简便，为土木工程建筑中增添了许多精品工程。由于还存在一些问题，因此还有必要对钢管混凝土的性能进行更深入、更系统的研究，为人类生活做出了积极的贡献。

一、钢管混凝土结构的优点

第一，节约建筑成本。与纯钢结构相比，钢管混凝土结构大大节约了建筑成本。据估计如果建筑企业采用钢管混凝土结构而不去采纳钢结构，那么大概可以节约一半钢材和近一半的混凝土，所以钢管混凝土结构可以说是既节省了建筑材料，也降低了建筑成本，整体工程造价大大降低，在国际上此类采用不同建筑架构导致建筑成本上涨或下降的例子也屡见不鲜。

第二，承压能力强。由于钢管混凝土结构本身的特殊性使得它的承载力较于钢结构有较大的增强，将混凝土注入钢管，钢管对混凝土的束缚使得混凝土一直处于三向受压应力状态，从而混凝土的抗压能力和变形能力都显著增强。

第三，优良的可塑性。混凝土本身较为“脆弱”，当它和钢筋混合以后，因为受力原因自身的延展性，韧性和可塑性大大提高。

第四，抗震性能较强。自然灾害的发生也使得人们对建筑的安全问题愈加关注，采用钢筋混凝土结构的建筑抗震性能要优于纯粹的钢结构。钢管混凝土结构使得混凝土一改自身的“脆性”，拥有了较强的韧性和延展性，再加之钢管本身的优良的抗压能力和吸能性，使得这种新型结构即使在经过反复的压磨和摇晃情况下，也依然能保持最初的架构模式。

第五，耐火能力强。土可以用来压制火势，而钢筋混凝土结构的开发研究也正是考虑到了这一点。相比于钢材，混凝土具有较大的比热容，能在短时间内更好的吸附热量。因此虽然钢管在遇火时升温较快，但是钢管内部的混凝土结构又起到了降温的作用，这样一来就有效地提升了钢管的耐热时间。

二、钢管混凝土结构在建筑工程中的应用

1.高层建筑工程

在高层建筑结构中，钢管混凝土结构的应用十分普遍，钢管混凝土结构所具备的优势就是有着较高的承载力和较好的抗震性，能够在一定程度上取代钢筋混凝土，在当前的建筑结构中，普通钢筋混凝土结构存在底部“胖柱”现象，高强钢筋混凝土结构中柱的破坏属于脆性破坏，由此，钢管混凝土则可以替代钢筋混凝土，继而解决上述问题。钢管混凝土还能取代钢结构体系中的钢柱，减少钢材使用量，强化结构抗侧移刚度。建筑工程若全部使用的是钢管混凝土，可选择“全逆作法”“半逆作法”，这两类施工方法可缩短施工工期。在钢材取材、厚度和成本等方面，钢管混凝土柱均有着突出的优势，同时，与钢柱相比较可知，钢管混凝土柱的防火性和耐腐蚀性更强。

2.单层及多层工业厂房柱

就单层的工业厂房柱，该类型的厂房柱属于偏心受压构件，因而要想保证钢管混凝土结构所具备的特点得以最大限度的发挥，相当多的工程会以双肢柱、三肢柱以及四肢柱等格构式组合柱为主要形式，将偏心弯矩向轴心力转变。

3.大跨度桥梁工程

在我国拱桥结构中，钢管混凝土的应用比较广泛，其中斜拉桥结构中也有其应用。拱桥结构主要承担的是轴向压力，它的跨度和拱肋所承受的压力之间成正比的关系，对此，需要通过钢管混凝土，以便于更好的适用于拱桥结构。实践表明，在拱桥修建过程中，劲性钢骨架的作用除了施工受力，对于作为成桥后的受力结构而言也是比较理想。弦杆采用钢管混凝土结构，提高了强度与稳定性，同时施工过程中钢管还具有浇筑混凝土模板与钢筋的作用。因此，对于大跨度桥梁工程而言，钢管混凝土的使用还是比较合理的。

4.其他应用

钢管混凝土同时还广泛应用于工业厂房柱，为了发挥结构的特点，很多工程中的柱采用格构式组合，直接把偏心弯矩变为轴心受力，使整个结构变得更加轻巧而刚度大的同时节约了钢材。

地铁车站也普遍地采用钢管混凝土结构，钢管混凝土在这里能显示出更多的优越性，有效地利用地下空间，通常采用逆作法表现为深埋或者浅埋，通过先施工地下室的顶盖，在顶盖保护下进行开挖，然后从顶到底顺序进行施工。钢管混凝土柱将施工阶段划分为临时和永久结构，因此是最好的选择。

三、钢管混凝土结构发展的前景探索

1.高强材料研发及其应用

随着近些年高强混凝土材料的迅猛发展，在我国城市内已经广泛应用C60 混凝土，也有的开始使用C70 或者C80，这使得钢管混凝土柱的承载力更高，混凝土得以节约。然而高强混凝土仍然存在一些不足，其强度的提高导致脆性增加，结构的安全性与可靠性无法得到保障。钢管混凝土中以处于三向受压状态的混凝土为核心，使得其延性性能得以大幅度改善，脆性破坏情况得到有效控制。就是说只有钢管混凝土柱使用高强混凝土，才能够使其强度优势得到发挥。由此可见，高强钢管混凝土发展的潜力及其发展的空间可以说尤为可观。

当前，相关研究学者已经开始对高强钢管混凝土构件进行了一系列的分析及研究，在此过程中得知，高强钢管混凝土构件和其他普通的钢管混凝土比较，两者力学性能有一定差别。对于一般类型的钢管混凝土构件，它的设计公式在高强钢管混凝土设计中并不适用，而现如今相关部门仅仅对一般类型的钢管混凝土结构施工规范、设计要求及规程作了规定，所以，要对高强钢管混凝土予以分析，尽快制定与之相应的设计施工规范。

2.耐火性能的研究

目前，我国针对钢管混凝土的防火规范并没有制定出来。就已建成的钢管混凝土结构而言，其采用的形式也各有不同，有的按照钢筋混凝土结构的要求采用的混凝土外包，有的会涂刷防火涂料，这些形式的规定并不统一，同时参考依据也并不科学。近几年来，钢管混凝土结构中关于耐火性的研究相对较多，随之取得了诸多的研究成果，因而要结合具体国情，科学合理的编制防火规范，以便于和钢管混凝土相配合。

3.钢管混凝土结构的抗震性

就钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱的框架结构，对其抗震性的对比试验，需要立足于理论，来分析这两类结构的动力性，试验表明，在抗震性能方面钢管混凝土框架结构更加优越。然而就现阶段钢管混凝土结构抗震性能的研究情况来看，基本构件依旧是其中不可或缺的一大研究内容，但是对于钢管混凝土抗震性方面的研究仍需要进一步完善。对此，必须针对这些方面进行全方位的分析，继而为工程施工建设提供更为科学的抗震设计参数。

综上所述，与传统的钢筋混凝土结构和钢结构相比， 鋼管混凝土结构集中了二者的优点，且具有较好的抗震性能及经济性，随着人们对该体系的研究深入，必将得到更为广泛的应用。

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