（山东建大建筑技术有限公司，山东，济南，250013）
【摘 要】钢管混凝土结构是从型钢混凝土结构及螺旋箍柱发展而来的。国外最早应用型钢混凝土结构，主要是用混凝土来保护钢结构，使之防火性能及防腐蚀性能得到大大改善，不必要进行经常性的、工作量很大的日常维护。后来在结构中才主要利用混凝土来提高结构刚度，以减小结构的侧移。将型钢混凝土用于高层、超高层及高耸钢结构中，以及用于地震区的建筑中，将使建( 构) 筑物的侧移大大减小。本文对钢管混凝土结构在建筑中的应用进行探讨。
【关键词】方钢管混凝土；钢结构住宅中；应用计算
前言
钢管混凝土是钢-混凝土组合结构中的一种组合设计形式，在建筑结构和桥梁结构中得到了广泛应用。钢管混凝土兼具钢结构和混凝土结构的一些特征，可以充分地发挥钢材和混凝土两种材料的优点，弥补彼此的缺点，因而具有优良的力学性能和经济性。
一、方钢管混凝土结构体系
方截面钢管混凝土是指在焊接方钢管或挤压成形方钢管中灌入混凝土，使钢材和混凝土共同作用，从而达到提高整体承载能力的一种介于钢结构与混凝土结构之间的组合结构形式。钢-混凝土组合结构与钢结构相比，节省钢材，并增强了构件及建筑物的刚度；与钢筋混凝土结构相比，增大了构件的延性，减轻了结构重量，具有更高的强度，充分发挥了钢（受拉）和混凝土（受压）两种不同材料的特点。除此之外，方钢管混凝土组合结构还具有如下特点：
1、截面受力合理
大开间是市场对现代住宅提出的要求。选用钢框架体系，在两个方向跨度都较大，需要柱截面在两个方向上都承受较大弯矩，在选择截面时，很难区分强轴和弱轴，设计时要求截面在两个方向上应具有相近的承载能力，如果采用H 形钢，因强、弱轴惯性矩之比较大，设计时不能经济的满足双向抗弯要求。而方钢管混凝土结构形式则克服了上述缺点，双向同性的优点更能满足结构需要。
2、耐火性好
在住宅结构体系设计时，要求局部发生火灾不发生整体破坏。方钢管混凝土由于是由钢管和混凝土两种材料组成，混凝土的热熔比较大，发生火灾时，混凝土吸收钢管传递的热较多，有效地延长了钢材的耐火时间，使钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。火灾后，外界温度降低，已经屈服截面处钢管的强度可以得到不同程度的恢复，为结构加固补强提供了安全的作业环境，同时也减少了加固工作量和费用。
3、塑性、韧性好
方钢管混凝土柱具有很好的塑性和稳定性，且没有明显的局部屈曲现象，表现出一定的延性性质。方钢管混凝土构件在大轴压比的情况下仍具有较好的耗能性能和延性，因而抗震性能良好。
二、方钢管混凝土构件计算方法
基于组合理论的方钢管混凝土构件计算方法简明，物理意义清楚，适用于工程设计（没有考虑钢管和混凝土之间的协同工作效应，计算结果偏于安全）。
1、轴心受力构件计算
（1）轴心受压构件的强度计算
根据钢管和混凝土共同工作的机制，参照我国建筑结构设计统一标准的规定，轴心受压构件的强度承载力设值的计算公式为
上式中是与钢管对混凝土的约束效应和混凝土徐变对承载力影响等因素有关的系数，前者对混凝土的强度有所提高，后者则相反。考虑到的影响因素比较复杂，对轴心受压构件的强度承载力的提高有限，对于管壁较薄的构件更是如此，为方便使用，α取=1，即得到方钢管混混凝土轴心受压构件的强度计算公式
（2）轴心受压构件的稳定计算
根据试验资料，方钢管混凝土轴心受压构件受力较接近于钢构件，因此采用钢结构类似的计算公式。
（3）轴心受拉构件的强度计算
由于混凝土的抗拉强度相对于钢管较小，在计算方钢管混凝土轴心受拉构件时可不计入混凝土的作用，只考虑方钢管抵抗所有拉力，由极限状态即可得到方钢管混凝土的抗拉承载力计算公式。
2、压弯、拉弯构件计算
（1）弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土压弯构件的强度计算
弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土压弯构件的强度，可以根据极限理论进行分析。受拉区混凝土退出工作，并假定极限状态时，钢管没有局部屈曲。由极限理论可以推导出钢管混凝土压弯构件的N-M相关公式。该式为二次函数，曲线呈抛物线型。为便于设计，将其简化为两段折线型。在简化N-M相关线中，折线的转折点是将代入实际相关曲线中得到的简化曲线。
（2）弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土压弯构件的稳定计算
弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土压弯构件的稳定分析，是在方钢管混凝土压弯构件的强度分析的基础上，结合轴心受压构件的稳定性分析，比照我国《钢结构设计规范》（GB50017） 的设计方法得出的，并与一些实验结果进行了对比。这种方法简明、物理意义清楚、对于实际工程设计是适用的。公式中的β是等效弯矩系数，取值与《钢结构设计规范》（GB50017）相同。公式分母中的（1-0.8N/NEX） 是考虑在弹塑性阶段轴力引起弯矩增大的影响。由于压弯构件在两个主轴方向的长细比不一定相同，因此有必要进行弯矩作用平面外的稳定性计算。由于目前弯矩作用平面外的失稳缺乏试验资料，无法对计算公式进行比较，有待今后的这方面做些工作。
（3）弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土拉弯构件计算
弯矩作用在一个主平面内的方钢管混凝土拉弯构件的计算不考虑混凝土的抗拉强度，认为拉应力只由钢管承担，混凝土只受压。利用极限理论可得在极限状态下，钢管混凝土拉弯构件的N-M相关线。
（4）弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯方钢管混凝土构件的强度计算
弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯方钢管混凝土构件的强度计算公式是在弯矩作用在一个主平面内的单轴压弯方钢管混凝土构件的强度计算的基础上得到的。
（5）弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯方钢管混凝土构件的稳定计算
弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯方钢管混凝土构件的稳定计算是在弯矩作用在一个主平面内的单轴压弯方钢管混凝土构件的稳定计算的基础上得到的。
（6）弯矩作用在两个主平面内的双轴拉弯方钢管混凝土构件的计算
弯矩作用在两个主平面内的双轴拉弯方钢管混凝土构件的计算是在弯矩作用在一个主平面内的单轴拉弯方钢管混凝土构件的计算的基础上得到的。
三、方钢管混凝土异形柱
为同时满足建筑美学和技术经济指标的要求，充分发挥钢结构的优良性能，满足大开间的住宅市场需求，最大限度完善房间的使用功能，在集方钢管混凝土结构优点的基础上，进一步对方钢管混凝土结构进行优化组合设计，使构件结构更合理、建筑更经济，建议结构中引入方钢管混凝土异形柱。方钢管混凝土异形柱可采用如下结构形式应用于结构不同部位。方钢管混凝土异形柱构件的具体各项受力性能指标及结构计算需进一步通过大量的试验研究，积累丰富的数据资料，进行技术经济分析，以便更好地应用于钢结构住宅工程，充分发挥方钢管混凝土结构的作用。
结束语
总之，由于缺乏相应的规范、规程，以及经济性方面的原因，目前方钢管混凝土框架体系在住宅中的应用还很少。因此，进行相关实验研究，解决设计施工中遇到的问题，制定相应的规范，才能进一步推动方钢管混凝土框架结构体系的发展。
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论文作者:宋枫林
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年1月供稿
论文发表时间:2016/4/22
标签：混凝土论文; 构件论文; 弯矩论文; 钢管论文; 用在论文; 平面论文; 强度论文; 《工程建设标准化》2016年1月供稿论文;