钢管混凝土柱在工程设计中应用

摘要：结合深圳广业大厦钢筋柱之设计，谈谈钢管柱特点，钢结构施工细化过程，为何处理节点及确保砼浇灌密实之措施。推广应用钢管混凝土的意义及发展前景。

关键词：钢管柱节点剪力板密实性预留孔

一、概况

钢管混凝土系指在钢管之内填充混凝土而形成的组合材料。圆钢管能有效地约束核心混凝土，其混凝土的抗压强度和变形能力显著提高。采用钢管混凝柱代替钢筋混凝土柱，可大幅度地节省水泥，减轻结构自重，减少柱截面尺寸。依据钢管柱特点及建筑要求，应用于广业大厦框架柱设计中。广业大厦为三十一层商住楼，地下室三层为车库，一层至四层为商场，平面布置详图(一)，四层顶为结构转换层，五层为设备层，上部为住宅。整个结构采用框支剪力墙结构，围绕楼、电梯井筒核心，部分框支柱在一层至四层采用了钢管砼柱，管径分别为ф＝1000，ф＝1200。钢管圆柱采用16MNn钢制做，壁厚20，管内浇筑砼C40，圆钢管柱共6根，ф＝1000，2根。ф＝1200，4根，钢管顶部为钢筋砼板式转换层。

二、钢管柱设计与施工应用过程

1钢管砼柱具有承载力高、塑性和韧性好，方便施工等特点。

钢管砼单肢柱的承载力：

Nu＝фlфeNo，No－钢管砼轴心受压短柱的承载力设计值

No＝fcAc(1+θ＋θ)фl－考虑长细比影响的承载力折减系数

θ＝faAa/fcAc，фe－考虑偏心率影响与承载力折减系数

依据计算公式，管径ф＝1000，fa＝300N/mm2，Aa＝0.0615㎡，

fc＝19.1N/mm，Ac＝0.723㎡，θ＝1.30，No＝47500kN，

Nu＝0.8×0.8×47500＝30400kN。

管径ф＝1200，fa＝300N/mm2，Aa＝0.074㎡，

fc＝19.1N/mm2，Ac＝1.056㎡，θ＝1.10，No＝63500kN，

Nu＝0.8×0.8×63500＝40600kN。

由此可见，钢管柱较同截面砼柱承载力提高3倍以上，采用较小钢管柱截面，既可满足承载力要求。

2施工细化及节点处理

钢管柱由预制厂依据设计要求工厂内制做。结合运输吊装及焊接工艺等要求需进行施工细化设计，由专业公司设计后设计院审核出图，钢管大样详图(二)。

钢管柱节点构造要求较高，需做到构造简单、整体性好，传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便。在现场接长时，尚应加焊必要的定位零件，确保几何尺寸符合设计要求。框架柱和梁的连接节点，不宜有零部件穿过钢管，以免影响管内砼的浇灌。梁柱连接处的梁端剪力可用焊接于钢管上的钢牛腿来实现，梁柱连接处的梁内弯矩可设环梁或变宽梁度等措施实现传递，本工程在梁、柱节点处采用设置环梁措施，将梁纵筋锚入环梁或焊于剪切钢板的办法处理，为方便施工，钢管分段运输，现场焊接，钢管内以高位抛落混凝土不振捣浇灌，并对焊接与砼的质量提出了较为严格的要求及耐火、耐腐蚀的措施。

三、结论

钢管砼具有较高的抗压承载力，同时又有良好的塑性和韧性。因为钢管混凝土在轴心压力作用下，钢管和核心混凝土皆为三向应力状态，钢管约束了管内混凝土，使混凝土的抗压承载力大大提高，同时大大改善了它的塑性性能；而核心混凝土则防止了薄壁钢管丧失稳定。这样使两种材料的弱点被克服，而优点能得到充分发挥，从而取得经济效果。同时通过合理的施工放样及节点的合理化处理，可发挥施工速度快等优点。当然由于钢管混凝土也只能用作柱子，其用途受到局限，应用范围不大。如何才能扩大其应用范围，正是目前许多专家、学者研究的重点。深圳赛格广场70层的钢结构，采用了钢管砼柱，使全钢结构与砼充分结合在一起，发挥作用。随着预应力砼的发展，其应用范围正在发扬光大，走向世界的前列。

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