基于钢管混凝土在住宅建筑中应用研究

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1、基于钢管混凝土在住宅建筑中应用研究　　摘要：随着城市的发展，人口越来越多，土地资源相对不足，城市住宅需求量迅速增长，所以宜发展多层和小高层钢结构住宅，但人口密度大的城市，住宅建筑仍以高层为主，而由于钢骨柱的施工较钢管混凝土柱施工复杂，因此，在住宅钢结构中推广钢管混凝土势在必行。本文简要介绍了钢管混凝土的发展史和研究现状及其在实际工程中的应用，阐述了钢管混凝土在钢结构住宅建筑中的应用，并对今后需要进一步研究的问题进行了展望。关键词：钢管混凝土；住宅建筑；多高层建筑；工程应用；中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：0.引言7钢管混凝土构件是指在钢管中填充混凝土而形成的

2、组合构件。它是在型钢混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上发展起来的。钢管混凝土利用钢管和混凝土在受力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善；同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证材料性能的充分发挥。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为：承载力高、延性好、抗震性能优越；施工方便，工期大大缩短；有利于钢管的抗火和防火；耐腐蚀性能优于钢结构。钢管混凝土可以降低工程造价，且施工方便，工期短，是解决层高较高及跨度结构的有效途径。1.钢管混凝土特点1.1钢管混凝土静力性能对于薄壁钢管来说，其抗弯能力强，具有良

3、好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力；对于混凝土来说，其抗压强度高，但抗弯能力很弱。在管中灌入混凝土形成轴心受压钢管混凝土构件后，钢管保护了混凝土，使它三向受压，延缓了受压时的纵向开裂；而混凝土的存在可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈服。两种材料相互弥补彼此的弱点，也充分发挥了彼此的长处，从而使钢管混凝土柱具有很高的承载力。1.2钢管混凝土抗震性能国内外学者对钢管混凝土的抗震性能进行了大量的实验研究。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，钢管混凝土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

4、采用很厚的钢板以确保局部稳定性，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。与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的自重大幅度减小，地震作用引起的地震反应也将减小。71.3钢管混凝土耐火性能国内外学者主要研究了钢管配筋混凝土结构的耐火极限且柱结构不采取防火保护措施的情况。结果表明，钢管混凝土具有比钢结构更好的耐火性能，并形成一套实用的抗火设计方法。由于钢管内填灌混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间。经实验统计数据表明：达到一级耐火要求和钢柱相比可节约防火涂料1／2-2／3甚至更多，随着钢管直径增

5、大，节约涂料也增多。2.钢管混凝土的研究现状最早采用钢管混凝土结构的工程之一是1879年英国的Severn铁路桥的桥墩，当时在钢管内填充混凝土在承受压力的同时也用来防止钢管锈蚀。早期的研究不考虑钢管及其核心混凝土之间的相互作用对构件承载力的提高，只是对两者进行简单地迭加。随着研究的深入，人们发现在受力过程中，由于钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善；同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，二者相互作用协同互补，提高了钢管混凝土的整体性，使其具有一系列优越的力学性能和先进的经济指标。7对钢管混凝土

6、力学性能的研究存在各种不同的研究方法，如实验研究、实验系数回归、极限状态分析法、以及纤维模型法和有限元法等的数值解法，它们的区别在于如何估算钢管与核心混凝土之间的相互约束作用，这种约束作用的存在导致了其力学性能的复杂性。由于研究者们从不同角度对上述问题进行研究，对钢管和混凝土之间的紧箍效应理解不同，因此所获计算方法和计算结果就会有所出入。各国研究者分别对钢管混凝土构件在静力、动力、火灾作用下以及钢管混凝土与钢梁或钢筋混凝土梁组成的框架结构的力学性能进行了系统研究。世界各国在有关研究成果的基础上分别制订了钢管混凝土结构设计与施工规程，如欧洲的EC4（1996）、DIN18

7、800（1997），美国的ACI-319-89、SSLC（1979）、LRFD（1994），日本的AIJ（1980，1997）。我国是在上世纪60年代开始研究钢管混凝土的，主要集中在钢管中灌素混凝土，虽然起步较晚，特别是近十几年取得了令人瞩目的成就，已颁布了几个设计规程，如JCJ01-89、CECS28:90、DL/T5085-1999和GJB1029-2001。这些规程的制定，拉开了钢管混凝土在我国建筑业中广泛应用的序幕。3.钢管混凝土在住宅中的应用720世纪60-80年代钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑。随着理论研究的深入、设计规程