中冶华天南京工程技术有限公司 南京 210008
摘要：随着施工工艺的不断发展，对于构件的要求也发生了改变，钢管混凝土结构因其高承载力、良好的稳定性、低造价、方便的施工而具有广泛的发展前景，在各种建筑中的应用越来越普遍，已成为未来建筑结构发展的主要方向之一。随着深入的理论研究以及技术的完善，应用钢管混凝土的建筑将会呈现爆发式的增长，其应用前景也越来越好。基于此本文分析了钢管混凝土结构在工业厂房中的应用
关键词：钢管混凝土结构；排架结构
1. 前言
钢管混凝土结构是将混凝土灌入钢管内而形成的一种新型组合结构，由于其具有较好的经济效益和突出的抗震等力学性能而受到了广泛的关注和应用。自20世纪60年代以来，国内学者在钢管混凝土研究领域做出了丰硕的研究成果，以钟善桐为首的科研团队对圆钢管混凝土的各种静力性能、动力性能以及防火性能展开了一系列的研究，建立了钢管混凝土的“统一理论”。
近些年来，钢管混凝土结构已被大量应用于各种工程建筑中，尤其是在高层建筑结构中，其特点得到了充分的发挥。作为一种钢管与混凝土的组合结构，它更有效地发挥了钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时将混凝土填入钢管内克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。
在传统的单层、多层工业厂房设计中，一般采用框排架结构，柱子采用混凝土或钢结构格构柱。但近几年来，主厂房越来越多的采用钢管混凝土柱，特别是重型吊车厂房，其应用体现了一定的优越性，得到了广大业主的认可。
图1即为某轧钢主厂房断面图
图1.主厂房断面图
2. 特点分析
2.1 承载力高
单一的钢管在受荷载作用时容易发生失稳破坏，严重的影响了其承载力的发挥，当在钢管内灌注上混凝土后，形成一个新结构体系：钢管混凝土结构。钢管混凝土构件在承受轴向压力时，钢管混凝土外部的钢管可以对核心混凝土起到约束作用，阻止核心混凝土发生横向变形，使其处于三向受压的受力状态，同时也在混凝土发生纵向裂缝时，延缓裂缝的开展速度；而内部的混凝土对外部的钢管也起到支撑的作用，可以延迟甚至避免外部钢管过早发生局部屈曲失稳而丧失承载力。
在厂房排架结构中，柱属于偏心受压构件，采用格构式柱能把偏心弯矩转变为轴向力，而采用钢管混凝土柱就充分发挥了其钢管与核心混凝土协同工作的优势，从而提高了其竖向承载力。
2.2 良好的经济效益
钢管混凝土格构柱与钢筋混凝土格构柱相比，用钢量略高，但可节约大量的混凝土，减轻结构自重，从而降低基础造价，并且省去了模板的费用，在人力成本高涨的今天，钢筋混凝土结构的优势十分有限。
另外还有几种常见的柱子形式，如：焊接H型钢柱和钢管柱，其都有各自的特点，但与钢管混凝土柱相比，经济性略差。某轧钢主厂房几种常用柱子形式对比如表1~3：
表1 钢管混凝土格构柱技术经济指标
序号柱截面形式柱截面应力比用钢量(t)混凝土量(m3)造价(万元)
A,E钢管混凝土2Φ478x70.832.282.031.81
B,D钢管混凝土2Φ426x70.62.91.872.27
C钢管混凝土2Φ426x70.62.91.872.27
表2 焊接H型钢格构柱技术经济指标
序号柱截面形式柱截面应力比用钢量(t)混凝土量(m3)造价(万元)
A,E焊接H型钢2H600X2000.743.212.41
B,D焊接H型钢2H550X2000.623.542.66
C焊接H型钢2H550X2000.613.542.66
表3 钢管格构柱技术经济指标
序号柱截面形式柱截面应力比用钢量(t)混凝土量(m3)造价(万元)
A,E钢管2Φ478x90.782.782.09
B,D钢管2Φ426x100.593.742.81
C钢管2Φ426x100.583.742.81
可见，钢管混凝土柱造价最低，单榀柱相对于焊接H型钢柱低了19%，相对于钢管柱低了17%，优势明显。
对于重型工业厂房(如炼钢主厂房),吊车吨位较大（200~300t）,而且厂房柱距大、跨度大、柱子高度高，钢筋混凝土格构柱由于截面大、自重大、吊装困难等将不再适用；而选用钢管混凝土柱将优势更加明显，经对比，相对于焊接H型钢柱造价低了约30%。
2.3施工方便
钢管混凝土结构与钢筋混凝土结构相比更便于施工，外部钢管可直接作为浇筑混凝土时的模板，免去了支模板拆模板的步骤；钢管混凝土中的钢管可直接代替钢筋骨架，比钢筋骨架更加的省工省料且加工简便；泵送混凝土的采用，使施工难度大幅降低，提高了效率并缩短了工期。钢管混凝土结构与全钢结构相比，焊接工作量要小很多，且钢管可以采用成品螺旋焊管，大大缩短了工期。
2.4良好的塑性与韧性
塑性的定义是某一材料自屈服到失去承载能力过程中发生变形的能力；韧性的定义是材料在发生变形或者断裂的过程中吸收能量的能力，若材料的韧性越好则越不易发生脆性断裂。钢管混凝土中因为钢管的约束改善了内部混凝土的性能，使其组合后具有更好的塑性变形能力，也具有良好的韧性，韧性好可在发生地震时更多的吸收地震能，因此钢管混凝土结构具有良好的抗震性能。
2.5 有利于抗火和防火
一方面，混凝土具有良好的吸热性能，当火灾发生时，内部的混凝土能快速的吸收大量热能，从而减缓了钢管壁的升温速度，增加了钢管混凝土柱的耐火时间。另一方面，当火场达到一定温度时，钢管将首先屈服，但混凝土依旧能承受一定的荷载，有效的防止结构倒塌。
2.6 外形美观
工业建筑给人的印象一直是傻大黑粗，而采用钢管混凝土柱则让业主改变了这一观点，轻巧简洁的外形让业主赞不绝口，钢管混凝土柱将会越来越受到欢迎。
3. 缺点分析
3.1节点复杂
节点是钢管混凝土结构的重要组成部分，是荷载能够有效传递的保证，但对其研究较少，长期依靠经验。当为双管柱时，肩梁上下翼缘应套入钢管，钢管应开槽以便于腹板插入，并与之可靠焊接；当荷载较大时，应采用4管柱，其肩梁节点将更为复杂。
3.2混凝土浇灌不密实
在钢管混凝土结构中，钢管直径通常较小，一般采用泵送混凝土进行浇筑，待顶部冒浆孔冒浆后停止泵送，但此时由于压力的减小，混凝土会瞬时回流造成顶部的空鼓，影响结构的承载能力，故施工时应采取可靠地措施，加强监管与检测。
4. 结语
在工业厂房设计时，应兼顾经济与实用，结构形式的选择是重中之重，与钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土结构虽然还是一种相对年轻的结构形式，但其应用越来越广，特别是在重型工业厂房中有很大的优越性，越是重型厂房，其优势越明显。在施工时，应采取可靠的方法，避免缺陷的产生，保证钢管与核心混凝土形成整体，使其优越性得到充分的发挥。
参考文献：
[1]钢管混凝土结构设计与施工规程CECS 28:90 中国计划出版社
[2]建筑钢结构设计手册 冶金工业出版社
[3] 蔡绍怀－现代钢管混凝土结构
[4]韩林海－钢管混凝土结构-理论与实践 科学出版社
[5] 韩林海 杨有福－现代钢管混凝土结构技术 中国建筑工业出版社
论文作者:胡涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/26
标签：钢管论文; 混凝土论文; 混凝土结构论文; 厂房论文; 结构论文; 截面论文; 型钢论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;