裝配式施工知識分享：鋼管混凝土結構在高層建筑中的應用現狀及發(fā)展

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1前言

鋼管混凝土結構是由混凝土填充薄壁圓形鋼管而形成的組合結構。鋼管混凝土結構中的鋼管和混凝土兩者在受力過程中的相互作用，即鋼管對其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能得以提高;反過來，由于混凝土的存在，可以延緩或避免鋼管過早發(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，彌補了兩種材料各自的缺點，正是由于鋼管和混凝土的完美結合，使鋼管混凝土成為性能優(yōu)良的結構材料。鋼管混凝土結構具有承載力、高塑性和韌性好、施工方便、耐火性能好及經濟效益顯著等顯著的優(yōu)點。

2鋼管混凝土在高層建筑中的應用現狀

自1897年美國人John Lally在圓鋼管中填充混凝土作為房屋建筑的承重柱(稱為Lally柱)并獲得專利算起，鋼管混凝土結構在土木工程中的應用已有百年歷史。鋼管混凝土優(yōu)越的力學性能和施工性能，一開始就受到美歐各國土木工程界的重視，竟相開發(fā)利用。尤其是在80年代后期，由于現代高強、高性能混凝土技術和泵灌混凝土技術的迅速發(fā)展，給鋼管混凝土結構技術的發(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悄然興起。

鋼管混凝土結構技術在我國研發(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70年代在一批重工業(yè)單層工業(yè)廠房和重型構架中成功應用。80年代以來，隨著高度超過100m的超高層建筑的大量興建，人們開始應用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問題的探索，它既解決了高強混凝土柱的脆性問題，又進一步減少了柱的截面尺寸。近10年來國內已建成的100m以上的超高層建筑已有20多棟。

深圳賽格廣場是由我國自行設計、投資、制造和施工的以高科技電子配套市場為主，集辦公、會展、商貿、金融、證券和娛樂為一體的現代化超高層建筑，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。

為賽格廣場結構平面圖，采用框筒結構體系，其框架柱及抗側力體系內筒的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，內筒內加設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。為加強外框架與核心筒的協(xié)同工作，共設置了5道剛伸臂。

為賽格廣場大廈照片，該建筑是目前世界上已建成的最高的鋼管混凝土結構超高層建筑，它的建成標志著我國鋼管混凝土結構技術處于世界領先地位。

3 高層鋼管混凝土結構的發(fā)展方向

3.1向高強、高-性能、高效施工技術的鋼管混凝土結構發(fā)展。高強度混凝土(一般認為強度等級為C60及以上的混凝土)是目前國內外研究的熱門話題，其特點是強度高、節(jié)省材料、減少構件截面，減輕自重，鋼管對高強度混凝土的約束可克服高強混凝土脆性大、延性差的弱點。研究表明，鋼管高強度混凝土的基本力學性能與鋼管普通強度混凝土有所不同，在進行鋼管高強混凝土設計時不能簡單地套用鋼管普通強度混凝土的設計方法?，F代高強、高性能混凝土技術和泵送混凝土技術結合，將會對未來高層建筑的技術進步產生深遠的影響。

3.2向薄壁鋼管混凝土結構發(fā)展。以往的研究工作都是針對鋼管管壁較厚的情況(含鋼率一般在0.04-0.2之間)，薄壁鋼管混凝土結構是近幾年的事。眾所都知，薄壁鋼管的承載力極不穩(wěn)定，它對局部缺陷很敏感，因而實際軸壓力只有理論值的20%30%，有殘余應力存在時影響更大，薄壁鋼管混凝土結構的鋼管保護了混凝土，延緩了混凝土受壓時的縱向開裂，同時，混凝土也大大延緩了薄壁鋼管的局部失穩(wěn)，大大提高構件的承載力。相對于厚壁鋼管而言，采用薄壁鋼管混凝土節(jié)約鋼材，降低造價，且可以提高構件的耐火極限。

3.3向大管徑方向發(fā)展。隨著建筑高度的增加，對抗側力體系的要求越來越高，以往多采用筒中筒結構，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、大開間，鑒于此因，現代高層建筑趨于采用內筒外稀柱的框筒結構體系，且柱網尺寸較大，大直徑鋼管混凝土柱(直徑1.5m以上)在這類建筑中的應用優(yōu)勢明顯。在國外有用到3.2m直徑，國內目前最大直徑為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程度、混凝土的水化熱、核心混凝土質量等問題。

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優(yōu)點都是傳統(tǒng)建筑無法比擬的。以上內容就是“裝配式施工知識分享：鋼管混凝土結構在高層建筑中的應用現狀及發(fā)展”，更多裝配式新發(fā)展新資訊，歡迎繼續(xù)關注環(huán)球網校裝配式建筑行業(yè)頻道!環(huán)球網校為大家提供 免費預約短信提醒服務和裝配式精華考點/課程講義，點擊下方免費下載即可獲取。