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1、钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构1钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构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。一般的:在C50以下为普通钢管混凝土；在C50以上为钢管高强混凝土；在C100以上为钢管超高强混凝土。2钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构衡量指标:构件截面尺寸和自重、抗震性能、耐火性能和施工性能等项目项目钢筋混凝土钢筋混凝土型钢混凝土型钢混凝土钢结构钢结构钢管混凝土钢管混凝土截面尺寸截面尺寸大大较大较大较小较小较小较小抗震性能抗震性能较差较差较好较好好好较好较好耐火性能耐火性能好好好好较差较差较
2、好较好施工性能施工性能一般一般一般一般好好好好3钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱；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。4优点优点承载力高钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，可延缓混凝土受压时的纵向开裂，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。两种材料相互弥补了彼此的
3、弱点，却可以充分发挥各自的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载能力。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。5优点优点塑性和韧性好，抗震性能优越混凝土的脆性相对较大；混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有较大的塑性变形。此外，这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很大的韧性。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，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。6优点优点塑性和韧性好，抗震性能优越钢管混凝土短柱轴心受压试验表明，试件压缩到原
4、长的2/3,纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。剥去钢管后，内部混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，且仍有约5%的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。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，和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。7优点优点耐火性能较好火灾下，由于核心混凝土可吸收钢管传来的热量，从而使其外包钢管的升温滞后，这样钢管混凝土中钢管的承载力损失要比纯钢结构相对更小，而钢管也可以保护混凝土不发生崩裂现象
5、。火灾作用下，随着外包钢管温度的不断升高，其承载能力会不断降低，并把卸下的荷载传递给升温较慢、且具有较高承载能力的核心混凝土。这样由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间具有相互贡献、协同互补和共同工作的优势，使这种结构具有较好的耐火性能。8优点优点耐腐蚀性能优于钢结构外露面积减少，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也比钢结构节省。施工方便，工期大大缩短 钢管混凝土结构施工时，钢管可以做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；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工
6、费用，也节省了时间。9问题问题截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。10钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构钢管混凝土杆件(CFT)早期的钢管混疑土杆件是采用圆钢管，它是借鉴钢筋混凝土圆柱中螺旋箍筋对核心混凝土的约束作用，结合型钢混凝土组合杆件特征，融合、演变而成。随着钢管混凝土柱在高层建筑
7、中的应用日益广泛，而高层建筑的平面、体形和使用功能又日趋多样化，单一的圆形钢管混凝土柱已不能满足要求，方形、矩形以至T形、L形截面等异形钢管混凝土柱，也已在高层建筑中得到应用。11钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构-应用应用1879年，英国最早将钢管混凝土杆件用于Severn铁路桥的桥墩，在钢管内充填混凝土，以承受压力，并防止钢管内部锈蚀。20世纪5060年代，在西欧、东欧各国，钢管混凝土杆件又推广应用于单层厂房排架柱和多层厂房框架柱。但早期的钢管混凝土杆件，采用的钢管多为热轧钢管，管壁厚、价格高；而且，设计中不考虑钢管与内填混凝土相互作用对承载力的提高。在日本，1923年关东大地震时，钢管
8、混凝土结构的破坏程度很轻，此后，钢管混凝土结构得到较快的发展，在多、高层建筑中得到较广泛地应用。特别是1995年阪神地震后，钢管混凝土结构更显示出其优良的耐震性能12钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构-应用应用近十余年来，在美、日、澳大利亚等国，建成的钢管混凝土结构高层建筑已经超过100幢。国外设计规程：美国的ACI 31989和LRFD(1994)；日本的AIJ(1997)；英国的ECA(1996)；德国的DINI8800(1997)等。13钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构-应用应用国内应用情况20世纪60年代初，原中国科学院哈尔滨土建研究所即开展钢管混凝土杆件的研究工作。之后，建筑材
9、料研究院、北京地下铁道工程局、哈尔滨建筑大学、冶金建筑科学研究院、电力部电力研究所和中国建筑科学研究院等单位，相继对钢管混凝土结构的基本性能、设计方法、节点构造和施)：技术等方面，进行了比较系统的研究。20世纪60年代中期，钢管混凝土杆件开始用于单层厂房柱和地铁工程中；进入70年代，钢管混凝土杆件在冶金、造船、电力等行业的单层和多层厂房中得到较多的应用。14钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构-应用应用国内应用情况20世纪90年代以来，钢管混凝土结构在高层建筑中得到较广泛的应用。多用于高楼门厅需要控制截面尺寸的柱；后逐步推广应用于整个结构。由于钢管混凝土构件具有截面小、刚度大、延性好、韧性强、
10、适宜采用高强混凝土等优点，钢管混凝土正发展成为强风、强震地区超高层建筑的一种主导结构类型。迄今为止，我国已建成和报建的钢管混凝土结构高楼近20幢。15钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构-应用应用国内应用情况我国对于矩形钢管混凝土结构的研究工作开展得较晚，1985年郑州工学院开始进行方钢管混凝土轴压短柱的研究，其后同济大学等单位也进行了方钢管混凝土构件的研究，取得了一定的成果，而我国的矩形钢管混凝土结构的设计施工规程尚在制定中相关研究成果可以参看 韩林海 教授著作16钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构单层和多层厂房柱1972 本溪钢铁公司二炼钢轧辊钢锭模车间设备构架柱、各种支架柱和栈桥柱19
11、78 建成的首钢二号高炉架构地铁站台柱北京地铁北京站和前门站及环线工程桥梁工程上海浦东运河大桥桩上海杨浦大桥90年 宝钢三期工程试验统计 节省2亿地下工程上海人民广场地下停车场17钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构大跨和空间结构山东滨州国际会展中心日本北九州多功能赛车场商场广场、多层办公室及住宅山东莱钢樱花小区本溪华夏花园住宅高层和超高层建筑深圳赛格广场大厦杭州瑞丰国际商务大厦（矩形钢管）武汉国际证券大厦18钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构1989年，西雅图44层的美国太平洋第一中心大厦中应用钢管混凝土，其核心筒即由8根直径2.3m的钢管混凝土柱组成，周边柱由直径760mm的钢管混凝土柱
12、组成；同年在西雅图58层的双联广场大厦中又用4根直径3m的钢管混凝土柱组成核心筒，周边柱亦为钢管混凝土柱19钢管混凝土组合结构建筑钢管混凝土组合结构建筑赛格广场（1999）。71层，总高度355.8米，实高292米，是中国首例钢管混凝土结构的超高层建筑，亦是目前世界最高的钢管混凝土架构大厦20钢管混凝土组合结构建筑钢管混凝土组合结构建筑天津津塔（2010），高336.9米。地上75层，地下4层。筒中筒结构形式，核心筒则由若干电梯井及薄型钢板剪力墙组成。大厦分70个标准层与4个桁架层组成，每个桁架层暗含一个设备层，每隔十四层设一个加装斜向支撑的桁架层21钢管混凝土组合结构建筑钢管混凝土组合结构建
13、筑广州国际金融中心广州西塔，432米，可抗八级地震。被称作“通透水晶”。钢管混凝土巨型斜交网格外筒，钢筋混凝土内筒，连接内外筒的是钢混凝土组合楼盖。独特的筒中筒结构体系在目前的世界超高层建筑中是唯一的。22钢管混凝土组合结构建筑钢管混凝土组合结构建筑23钢管混凝土组合结构建筑钢管混凝土组合结构建筑24钢管混凝土组合结构建筑钢管混凝土组合结构建筑25钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构发展方向发展方向高强度材料的应用随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了它在实际工程中的应用。将高强混凝土灌入钢管中形成高强钢管混凝土，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，而其构件的
14、承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。研究表明：高强钢管混凝土的力学性能与普通钢管混凝土有所不同，其设计不能套用普通钢管混凝土构件的设计公式。而我国现行的钢管混凝土设计施工规范和规程只适用于普通钢管混凝土结构，因此必须加大高强钢管混凝土的研究力度，尽快制定出相应的设计施工规范和观察26钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构发展方向发展方向节点动力性能的研究节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。钢管混凝土节点可以分为两种：钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点钢管混凝土柱与钢梁的连接节点。目前，国
15、内对于钢管混凝土节点静力性能的研究较多，而对于节点动力性能的研究报导还较少27钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构发展方向发展方向耐火性能的研究我国还没有制定针对钢管混凝土结构的防火规定。对于已经建成的钢管混凝土结构，有的采用钢筋混凝土结构的要求外包混凝土，有的按照钢结构的要求涂防火材料，都没有统一规定和科学的依据。近年来，国内学者就钢管混凝土的耐火性能问题进行了研究，应尽快编制出适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范。28钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构发展方向发展方向钢管混凝土结构体系抗震性能的研究对比试验研究表明，钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构的结论。但目前对钢
16、管混凝土结构抗震性能的研究，主要还是集中在基本构件方面，而对于钢管混凝土整体结构的抗震性能的研究还不多。应开展这方面充分的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。哈工大，圆钢管框架-钢板剪力墙抗震试验29钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构发展方向发展方向矩形钢管混凝土结构的研究矩形钢管混凝土结构中，钢管对于其内部混凝土的约束作用相对较弱，但是它具有节点形式简单，便于施工等优点。国外学者制定了相应的设计规程，在工程应用上也取得了很大的进展。徐州音乐厅项目与钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式。随着其理论研究的深入和完善，新型施工工艺的产生和高性能材料的应用，钢管混凝土结构的应用范围将不断扩大30钢管混凝土组合结构钢管混凝土组合结构发展方向发展方向钢管混凝土施工方面的研究钢管混凝土结构在施工中也有一些问题不容忽视。在结构构件的连接构造方面:当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，就必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果用暗牛腿、会给浇注混凝土带来不便，影响施工进度;当钢管混凝土柱与无梁盖连接时，尤其是采用升板法施工时，板与柱的连接构造是相当复杂的，会直接影响到施工
