鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展

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摘要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于具有一系列優(yōu)越性能，目前在高層和超高層建筑中越來(lái)越多地被應(yīng)用。本文著重評(píng)述了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和在高層建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

  關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)；鋼管混凝土；特點(diǎn)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展方向   1前言   鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土填充薄壁圓形鋼管而形成的組合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼管和混凝土兩者在受力過(guò)程中的相互作用，即鋼管對(duì)其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能得以提高；反過(guò)來(lái)，由于混凝土的存在，可以延緩或避免鋼管過(guò)早發(fā)生局部屈曲或整體失穩(wěn)，從而保證了兩種材料性能的充分發(fā)揮，彌補(bǔ)了兩種材料各自的缺點(diǎn)，正是由于鋼管和混凝土的完美結(jié)合，使鋼管混凝土成為性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力、高塑性和韌性好、施工方便、耐火性能好及經(jīng)濟(jì)效益顯著等顯著的優(yōu)點(diǎn)。   2鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀   自1897年美國(guó)人JohnLally在圓鋼管中填充混凝土作為房屋建筑的承重柱(稱為L(zhǎng)ally柱)并獲得專利算起，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用已有百年歷史。鋼管混凝土優(yōu)越的力學(xué)性能和施工性能，一開(kāi)始就受到美歐各國(guó)土木工程界的重視，竟相開(kāi)發(fā)利用。尤其是在80年代后期，由于現(xiàn)代高強(qiáng)、高性能混凝土技術(shù)和泵灌混凝土技術(shù)的迅速發(fā)展，給鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展增添了新的活力，在歐美的一些橋梁工程和高層建筑工程中鋼管混凝土技術(shù)悄然興起。   鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國(guó)研發(fā)利用已有近40年的歷史。1966年將之用于北京地鐵車站工程，上世紀(jì)70年代在一批重工業(yè)單層工業(yè)廠房和重型構(gòu)架中成功應(yīng)用。80年代以來(lái)，隨著高度超過(guò)100m的超高層建筑的大量興建，人們開(kāi)始應(yīng)用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問(wèn)題的探索，它既解決了高強(qiáng)混凝土柱的脆性問(wèn)題，又進(jìn)一步減少了柱的截面尺寸。近10年來(lái)國(guó)內(nèi)已建成的100m以上的超高層建筑已有20多棟。   深圳賽格廣場(chǎng)是由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、投資、制造和施工的以高科技電子配套市場(chǎng)為主，集辦公、會(huì)展、商貿(mào)、金融、證券和娛樂(lè)為一體的現(xiàn)代化超高層建筑，于1999年建成。該工程占地面積9653m，地下4層，地上72層，總建筑面積166700m，地上建筑高度291.6m。   為賽格廣場(chǎng)結(jié)構(gòu)平面圖，采用框筒結(jié)構(gòu)體系，其框架柱及抗側(cè)力體系內(nèi)筒的28根密排柱均采用了鋼管混凝土，框架柱柱1共16根，內(nèi)筒由四角4根柱2和密排24根柱3組成21m的方形筒，密排柱的柱距3m，兩柱間澆筑兩片200mm厚的鋼筋混凝土墻，內(nèi)筒內(nèi)加設(shè)縱橫成井字形的整澆鋼筋混凝土剪力墻，厚140mm。樓蓋采用了鋼梁(梁1、梁2截面相同，均為700×260×12×10)和壓型鋼板組成的組合樓蓋體系。為加強(qiáng)外框架與核心筒的協(xié)同工作，共設(shè)置了5道剛伸臂。   為賽格廣場(chǎng)大廈照片，該建筑是目前世界上已建成的最高的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)超高層建筑，它的建成標(biāo)志著我國(guó)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。3高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向   3．1向高強(qiáng)、高-性能、高效施工技術(shù)的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展。高強(qiáng)度混凝土(一般認(rèn)為強(qiáng)度等級(jí)為C60及以上的混凝土)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱門話題，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、節(jié)省材料、減少構(gòu)件截面，減輕自重，鋼管對(duì)高強(qiáng)度混凝土的約束可克服高強(qiáng)混凝土脆性大、延性差的弱點(diǎn)。研究表明，鋼管高強(qiáng)度混凝土的基本力學(xué)性能與鋼管普通強(qiáng)度混凝土有所不同，在進(jìn)行鋼管高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)時(shí)不能簡(jiǎn)單地套用鋼管普通強(qiáng)度混凝土的設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代高強(qiáng)、高性能混凝土技術(shù)和泵送混凝土技術(shù)結(jié)合，將會(huì)對(duì)未來(lái)高層建筑的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。   3．2向薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展。以往的研究工作都是針對(duì)鋼管管壁較厚的情況(含鋼率一般在0.04-0.2之間)，薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是近幾年的事。眾所都知，薄壁鋼管的承載力極不穩(wěn)定，它對(duì)局部缺陷很敏感，因而實(shí)際軸壓力只有理論值的20％30％，有殘余應(yīng)力存在時(shí)影響更大，薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的鋼管保護(hù)了混凝土，延緩了混凝土受壓時(shí)的縱向開(kāi)裂，同時(shí)，混凝土也大大延緩了薄壁鋼管的局部失穩(wěn)，大大提高構(gòu)件的承載力。相對(duì)于厚壁鋼管而言，采用薄壁鋼管混凝土節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，且可以提高構(gòu)件的耐火極限。   3．3向大管徑方向發(fā)展。隨著建筑高度的增加，對(duì)抗側(cè)力體系的要求越來(lái)越高，以往多采用筒中筒結(jié)構(gòu)，但由于外筒的密柱深粱影響了建筑的功能和美觀，另外，由于建筑功能要求大柱網(wǎng)、大開(kāi)間，鑒于此因，現(xiàn)代高層建筑趨于采用內(nèi)筒外稀柱的框筒結(jié)構(gòu)體系，且柱網(wǎng)尺寸較大，大直徑鋼管混凝土柱(直徑1.5m以上)在這類建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。在國(guó)外有用到3.2m直徑，國(guó)內(nèi)目前最大直徑為1.6m。目前的研究和規(guī)范均為普通直徑柱，大直徑柱需要解決約束效應(yīng)程度、混凝土的水化熱、核心混凝土質(zhì)量等問(wèn)題。   4結(jié)論   鋼管混凝土結(jié)構(gòu)以其承載力高、抗震性能好、混凝土延性好、耐火性能好、施工簡(jiǎn)便以及造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理等一系列優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高層和超高層建筑中。相對(duì)于其它結(jié)構(gòu)材料而言，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究還很不充分，尤其是結(jié)構(gòu)體系的研究更少，還存在著一些需要進(jìn)一步研究和解決的問(wèn)題。同時(shí)鋼管混凝土高層建筑前景非常廣闊，高強(qiáng)、高性能和高效施工技術(shù)的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、大管徑鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是將來(lái)高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。