时间：2022-05-30 00:40:06
1．1具有较高的承载力与延性
对于建筑工程中钢管混凝土柱，钢管可约束内部混凝土，使混凝土保持三向受压状态，混凝土抗压强度得以提高。钢管混凝土柱和混凝土柱及钢管柱相比，前者在承载力方面有着后者无法比拟的巨大优势，其值远远高于二者之和。钢管与混凝土二者的相互作用，可改变钢管中混凝土破坏性质，由塑性破坏将脆性破坏替代，由此可见，这对于构件延性性能的改善有着积极的促进作用，其耗能水平得以提高。
1．2缩短工期且施工便利
施工中，钢管混凝土结构中的钢管能发挥劲性骨架作用，混凝土浇筑、混凝土捣实更为方便;在施工过程中，模板这一环节在钢管混凝土中也被省去，不仅能够使材料与人工费用得以节约，同时相关施工时间也得到有效控制，使工期得以大大缩短［1］。
1．3钢管的抗火性与防火性增强
对于钢管混凝土而言，由于将混凝土添加到了钢管内部，使得其抗火性得以增强，大量的热能可以被吸收，当火灾发生后，不均匀的管柱截面温度场分布，使柱子的耐火性更强，但凡钢柱屈服，大部分轴向荷载可由混凝土承受，结构倒塌情况就可以得到控制。除此以外，钢管混凝土结构还有很强的耐火性，其原因就在于钢梁会把热量由顶部翼缘传递给混凝土，使钢梁温度不断下降。研究可知，和钢柱相比，达到一级3h耐火要求材料，可节省大约50%的防火涂料，其节约涂料的量与钢管直径成正比例关系。
1．4具有较强的耐腐蚀能力
在钢管混凝土结构中，将混凝土浇筑于钢管中，可削减钢管外露面积，结构因而具有较好的抗腐蚀力。和钢结构比较，在抗腐与防腐工作方面产生的费用自然也要少一部分。对于钢管混凝土构件而言，其截面形式非常重要，在很大程度上会影响到钢管混凝土的诸多方面，诸如受力性能、混凝土柱以及施工难度等。以圆钢管混凝土为例，其受压构件通过圆钢管约束内部混凝土，使其内部混凝土三向受力，混凝土抗压强度得以强化。但圆钢管混凝土结构也有着自身的不足之处，即施工难度大和施工成本高等。在施工各方面，方钢管混凝土则有突出优势，但方钢管混凝土结构承载力低［2］。
2建筑工程钢管混凝土结构应用
2．1高层建筑工程
在高层建筑结构中，钢管混凝土结构的应用十分普遍，钢管混凝土结构所具备的优势就是有着较高的承载力和较好的抗震性，能够在一定程度上取代钢筋混凝土，在当前的建筑结构中，普通钢筋混凝土结构存在底部“胖柱”现象，高强钢筋混凝土结构中柱的破坏属于脆性破坏，由此，钢管混凝土则可以替代钢筋混凝土，继而解决上述问题。钢管混凝土还能取代钢结构体系中的钢柱，减少钢材使用量，强化结构抗侧移刚度。建筑工程若全部使用的是钢管混凝土，可选择“全逆作法”“半逆作法”，这两类施工方法可缩短施工工期。在钢材取材、厚度和成本等方面，钢管混凝土柱均有着突出的优势，同时，与钢柱相比较可知，钢管混凝土柱的防火性和耐腐蚀性更强。如图1所示则是高层建筑柱子的圆钢管混凝土结构示意图。
2．2单层及多层工业厂房柱
就单层的工业厂房柱，该类型的厂房柱属于偏心受压构件，因而要想保证钢管混凝土结构所具备的特点得以最大限度的发挥，相当多的工程会以双肢柱、三肢柱以及四肢柱等格构式组合柱为主要形式，将偏心弯矩向轴心力转变。
2．3大跨度桥梁工程
在我国拱桥结构中，钢管混凝土的应用比较广泛，其中斜拉桥结构中也有其应用。拱桥结构主要承担的是轴向压力，它的跨度和拱肋所承受的压力之间成正比的关系，对此，需要通过钢管混凝土，以便于更好的适用于拱桥结构。实践表明，在拱桥修建过程中，劲性钢骨架的作用除了施工受力，对于作为成桥后的受力结构而言也是比较理想。弦杆采用钢管混凝土结构，提高了强度与稳定性，同时施工过程中钢管还具有浇筑混凝土模板与钢筋的作用。因此，对于大跨度桥梁工程而言，钢管混凝土的使用还是比较合理的［3］。
3钢管混凝土结构发展的前景探索
3．1高强材料研发及其应用
随着近些年高强混凝土材料的迅猛发展，在我国城市内已经广泛应用C60混凝土，也有的开始使用C70或者C80，这使得钢管混凝土柱的承载力更高，混凝土得以节约。然而高强混凝土仍然存在一些不足，其强度的提高导致脆性增加，结构的安全性与可靠性无法得到保障。钢管混凝土中以处于三向受压状态的混凝土为核心，使得其延性性能得以大幅度改善，脆性破坏情况得到有效控制。就是说只有钢管混凝土柱使用高强混凝土，才能够使其强度优势得到发挥。由此可见，高强钢管混凝土发展的潜力及其发展的空间可以说尤为可观。当前，相关研究学者已经开始对高强钢管混凝土构件进行了一系列的分析及研究，在此过程中得知，高强钢管混凝土构件和其他普通的钢管混凝土比较，两者力学性能有一定差别。对于一般类型的钢管混凝土构件，它的设计公式在高强钢管混凝土设计中并不适用，而现如今相关部门仅仅对一般类型的钢管混凝土结构施工规范、设计要求及规程作了规定，所以，要对高强钢管混凝土予以分析，尽快制定与之相应的设计施工规范。
3．2耐火性能的研究
目前，我国针对钢管混凝土的防火规范并没有制定出来。就已建成的钢管混凝土结构而言，其采用的形式也各有不同，有的按照钢筋混凝土结构的要求采用的混凝土外包，有的会涂刷防火涂料，这些形式的规定并不统一，同时参考依据也并不科学。近几年来，钢管混凝土结构中关于耐火性的研究相对较多，随之取得了诸多的研究成果，因而要结合具体国情，科学合理的编制防火规范，以便于和钢管混凝土相配合。
3．3钢管混凝土结构的抗震性
就钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱的框架结构，对其抗震性的对比试验，需要立足于理论，来分析这两类结构的动力性，试验表明，在抗震性能方面钢管混凝土框架结构更加优越。然而就现阶段钢管混凝土结构抗震性能的研究情况来看，基本构件依旧是其中不可或缺的一大研究内容，但是对于钢管混凝土抗震性方面的研究仍需要进一步完善。对此，必须针对这些方面进行全方位的分析，继而为工程施工建设提供更为科学的抗震设计参数［4］。
4结语
关键词：结构设计；节点；混凝土；质量检测
Abstract: this paper mainly expounds the concrete filled steel tube structure characteristics and the application in structural design and construction of concrete pipe and quality detection. Refers for the colleague.
Keywords: structure design; Node; Concrete; Quality testing
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
一、钢管混凝土的特点
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成构件，其截面形式通常为圆形与矩形，实际结构中，根据钢管作用的差异，钢管混凝土柱又分为两种形式：一是组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受荷初期即共同受力；二是外荷载只作用在核心混凝土上，钢管只起约束作用，即所谓的钢管约束混凝土柱。实际工程中多采用前一种形式。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的共同作用，即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下。从而使混凝土的强度得以提高，韧性和塑性性能大为改善。同时由于混凝土的存在可以缓解或避免钢管发生局部屈曲，保证其材料性能的充分发挥；此外，在施工过程中，钢管还可以作为核心混凝土的外模板。与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱可减少构件断面，满足建筑使用功能的要求，同时节省模板费用，加快施工速度。总之，钢管混凝土作为一个组合体，不仅可以弥补两种材料各自的缺点而且可以充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土得以广泛应用的优势所在。并具有以下特点：
1、承载力高
钢管混凝土承载力至少高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和的1.5倍。承载力提高，将使构件截面减少，节约材料，增加使用空间，且构件自重减轻，基础荷载减少，可降低基础造价。
2、塑性和韧性好
混凝土脆性大，对于高强度混凝土更是如此，其工作的可靠性会因此大为降低。而对于钢管混凝土，在钢管的约束下，核心混凝土在正常使用阶段的弹性性能得到了改善，在破坏时还具有较大的塑性变形。此外，这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很好的韧性。因而抗震性能好。
3、施工方便
与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便，因管内无钢筋，浇筑方便。其施工特点符合现代施工技术工业化的要求。钢管混凝土在施工制造方面的一个重要发展方向是其钢管与钢梁或混凝土梁连接节点制造的标准化、工厂化。
4、耐火性能较好
和钢结构相比，耐火性能得到较大程度的提高。
5、经济效果好
钢管混凝土作为一种较合理的结构形式，可以很好的发挥钢材与混凝土的特性和潜力，使之得到更为充分和合理的应用。大量工程实践表明：用钢管混凝土作承压构件，比普通混凝土承压构件节约混凝土约50%，减轻结构自重50%左右，钢材用量稍有增加；和钢结构相比，可节约钢材50%左右。
二、节点设计
建筑工程中，通常是高层或超高层建筑、大跨度且单柱轴力大以及抗震等级较高的建筑采用钢管混凝土结构，钢管混凝土结构设计与施工最大的难点在于其柱脚节点和梁柱节点；目前工程设计中较常用的节点有：加强环式节点，双梁节点，半穿心牛腿节点和环梁节点。
1、柱脚节点
为了满足基础埋置深度，高层建筑通常设置地下室，上部结构受风荷载和地震作用而引起的结构整体剪力和弯矩基本由刚度较大的核心筒、地下室外墙及地下室周边的土体承受。柱脚节点主要承受轴力，剪力和弯矩可以忽略。同时为方便施工，节点设计时不采用插入式节点，即钢管不插入基础承台，这样可使基础承台在确保满足抗震、抗冲、剪切所需承台厚度的情况下，尽量上抬以减少承台基坑开挖量，降低施工难度；同时为改善基础板的局部承压，在钢管底部焊有法兰盘，盘上设加劲肋，以加强整体刚度，有效传递轴力，法兰盘用锚栓锚固在基础承台上。由于加劲肋高于地下室底板面影响到地下室的使用功能，实际应用中将法兰盘降低一个加劲肋高度，降低部分待柱脚钢管柱安装就位后用无收缩混凝土二次浇捣。详见附图。
2、梁柱节点
⑴加强环式节点。本节点是《钢管混凝土结构设计与施工规程》所推荐的节点形式之一，是迄今为止研究最成熟、应用较多的一种节点（见附图）；它利用上下加强环分别承受拉压力，形成力偶来抵抗梁端弯矩，利用肋板、穿心钢板、明牛腿等来传递梁端剪力，在适当的截面设计下能够实现“强柱、弱梁、强节点”，力学性能优越。但节点的用钢量大，用于钢筋混凝土楼盖时施工难度大，明牛腿外露不美观等，节点在适用中的适应性和灵活性较差。
⑵双梁节点。即所谓的梁包柱节点（见附图），也是《钢管混凝土结构设计与施工规程》所推荐的节点形式之一，规程推荐的同类节点还有变宽度单梁节点；它利用连续钢筋来传递弯矩，依靠明暗牛腿来传递剪力，是一种构造简单，施工方便，节约钢材的节点。但节点对楼盖梁布置与使用影响大，而且节点刚度弱，梁柱间弯矩传递能力差，计算时钢管柱只能认为是连续梁的中间支座，参与弯矩分配的程度小，结构体系不够合理。
⑶半穿心牛腿节点。本节点是将节点区的抗剪牛腿加长、加高，形成抗弯能力较强的抗弯剪牛腿，钢管设混凝土环梁，以形成一个刚性节点区，节点整体承受与传递弯矩和剪力的能力较强（见附图），在力学性能上较接近刚性节点，是近年研究发展出来的新型节点之一。缺点是构造较复杂，施工工序多，特别是钢牛腿的制作要求高，钢管柱现场吊装时必须有准确的方向性。
⑷环梁节点。本节点就是在钢管设置一环形钢筋混凝土梁用于传递弯矩，在环梁内钢管外贴焊一环形钢筋作为抗剪环，依靠混凝土与钢管壁的粘接摩阻力及抗剪环来传递剪力，（见附图），它也是近年研究发展出来的新型节点之一。研究表明，在梁端弯矩和剪力作用下，环梁受到拉、剪、弯、扭的共同作用，以拉力和双向剪力为主。该节点整体性强，制作简单，无方向性，施工方便，用钢量小，有明显的施工与经济优势。作为一种新型节点，试验研究证明静力条件下是理想的，同时通过多个具体工程模拟地震作用低周反复荷载试验，也证明环梁节点具有良好的塑性变形能力和较好的耗能能力，由于梁柱相对独立，节点的破坏不会影响钢管柱的完整性，容易实现强柱弱梁的设计思想。
三、钢管混凝土的防火设计
目前我国现行规范规程中对钢管混凝土结构防火尚未有明确的规定，仅在《钢管混凝土结构设计与施工规程》第1.0.6条规定“对有防火和防腐蚀要求的结构，应按有关的专门规定，作防火和防腐蚀处理”。规定的不明确性，一定程度制约了该类结构的推广应用。国内已建成的结构中，有的按照钢筋混凝土结构的要求外包混凝土，有的则按钢结构的要求外涂防火涂料。两种做法虽也可能保证防火要求和结构的安全性，但大多偏于保守而造成浪费，且缺乏科学性和统一性。如前所述，《钢管混凝土结构设计与施工规程》规程同样认为“钢管混凝土的耐火性能虽不如钢筋混凝土好，但比钢结构要强”。
有关文献显示，钢管混凝土柱在有效荷载作用下，含钢率、钢材屈服极限、混凝土强度和荷载偏心率对钢管混凝土构件耐火极限的影响不大，而构件截面尺寸、长细比和防火保护层厚度对耐火极限的影响较为显著。就是说，构件直径的大小对耐火极限有很大影响，构件直径越大，耐火极限越大；反之，直径越小，耐火极限也越小。钢管混凝土在有效荷载作用下，如不进行防火保护，耐火极限一般均不能满足防火要求，为了使钢管混凝土达到所需耐火极限，要对其进行防火保护。试验显示，在其他条件相同的情况下，保护层厚度越大，构件的耐火极限将越大。
近几年，随着国内外学者在对钢管混凝土工作机理和力学性能研究方面已取得一系列重要成果，随着建筑技术与建筑材料的不断出新，特别是新型建筑防火涂料的不断出现，钢管混凝土的防火设计已基本转向外喷厚涂型防火涂料这种方式，它比外包混凝土施工方便，技术要求低，造价省，且防火性能较好，试验结果显示，当防火涂层厚度为15mm时，对于直径为500mm的构件，耐火极限可达到196min。
四、钢管混凝土的施工与质量检测
钢管混凝土的施工包括钢管柱的制作安装与管内混凝土的浇捣，钢管柱通常由工厂按设计施工图要求制作并出具出厂合格证，焊缝质量满足二级焊缝质量标准要求，然后运至施工现场吊装连接就位。
如前所述，组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土间的协同互补作用是钢管混凝土具有一系列突出优点的根本所在，也就是说，钢管和核心混凝土间的粘结强度的主要因素有钢管混凝土构件截面形状、混凝土龄期和强度、钢管径厚比、长细比以及混凝土浇筑方式等，以混凝土浇筑质量较为明显。混凝土浇筑质量的好坏直接影响到构件的承载力和抗变形能力，从而影响到构件的安全性和正常工作。
管内混凝土的浇筑质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，对异常部位和重要部位，则用超声波检测。对不密实部位，应采用钻孔压浆法进行补强。
五、结束语
钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、耐火性能和经济效果好等优点，是发展前景较好的一种结构形式，《高规》中明确规定“房屋高度大、柱距较大而柱中轴力较大时，宜采用型钢混凝土或钢管混凝土柱”。
本文针对工程实际，比较了加强环式节点、双梁节点、半穿心牛腿节点、钢筋混凝土环梁节点等节点在整体结构刚度、内力传递能力、施工的经济性等方面的优缺点，认为：尽管环梁节点作为一种新型节点，但它有诸多优点，且实际工程节点试验均验证这种节点具有较高的耗能能力、较好的塑性变形能力，节点美观、施工方便、经济性好，今后会得到广泛的应用。
钢管混凝土的耐火性虽不如钢筋混凝土好，但比钢结构要好，设计中确定一个经济合理的防火设计方法，显得较为重要。
为确保钢管和核心混凝土间的粘结摩阻力，必须确保混凝土的浇筑质量，应尽量采用高强度混凝土，并掺加一定比例的微膨胀剂。
参考文献：
《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28:90)
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)
《钢管混凝土结构》（科学出版社出版）
关键词：方刚管混凝土柱；结构设计；承载力
引言：
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。建筑上，按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，两种材料取长补短，充分发挥了混凝土抗压性能和钢材的抗拉性能，达到优化组合的作用效果，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。
1、方钢管混凝土的特点
方钢管混凝土结构除具有圆钢管混凝土结构的强度高、质量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有其独特的优点。
（1）节点形式简单。与圆形截面钢管混凝土结构相比，方形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，节点形式简单，便于加工，同时由于采用工业化和标准化生产方式，结构节点构造可以标准化，满足现代施工技术工业化的要求，可以节约人工费用，降低工程造价。在析架结构中，方形截面钢管混凝土结构在节点方面的优势体现得更加充分。
（2）建筑布局灵活。采用方钢管混凝土框架结构，可以满足建筑灵活布局的要求，可以提供较大的建筑空间，满足各种功能要求，也可以构成丰富多变的立面造型。同时，方钢管混凝土柱应用于建筑更符合人们的传统审美习惯。从结构方面，采用的方钢管混凝土结构形式提高了结构的整体力学性能和抗震性能，可以提高建筑的整体品位。
（3）施工更方便。方形钢管混凝土结构外形规则，有利于梁柱连接。方形钢管混凝土结构柱与梁连接容易处理，其焊接工作量少，可简化施工安装工艺和缩短工期，克服了圆钢管混凝土结构由于截面形式特殊所带来的施工上的不便。另外，方形钢管混凝土结构柱应用于建筑中，还有利于后期装修施工等。
（4）更易采用防火措施。钢管混凝土结构具有优良的耐火性能，当需要采取防火措施时，方形截面钢管混凝土构件可以直接选用平板形式的防护材料，简便可行。另外，火灾后的钢管强度可得到部分恢复，结构的整体力学性能较火灾时有所提高，可为加固工作提供较好的施工环境，同时减小了加固工作量。
近年来，采用方形钢管混凝土结构的高层建筑在国内外都得到了较快的发展。例如位于我国深圳的地王大厦，高度3 84m，其四周框架柱为方钢管混凝土构件；位于广州的新中国大厦，地上高度201.8m，上部结构部分柱为带约束拉杆的方形钢管混凝土组合构件，核心筒地下室部分采用带约束拉杆异形（（T形、L形）钢管混凝土组合构件；广州市的名汇商城和康王路的地下人防工程等均采用了方钢管混凝土柱作为其竖向受力构件。在国外如日本东京新宿广场塔楼，地上31层，柱子全部采用方钢管混凝土构件，此外还有新大阪菲尼克斯威尔大厦和淀川六番馆等。
3、方钢管混凝土研究存在的问题
方钢管混凝土的研究开展的较晚，各方面的理论还不够成熟和完善，有些问题还需要进一步的深入研究，归纳一下，主要有以下几方面：
（1）薄壁方钢管混凝土的研究还不够深入。对于薄壁方钢管来说，其承载力是极不稳定的，因为它对于局部缺陷很敏感，当有残余应力存在时，影响则更大。在方钢管中灌注混凝土形成方钢管混凝土构件后，钢管保护了混凝土，延缓了混凝土受压时的纵向开裂，而混凝土则大大延缓了薄壁钢管的局部失稳。薄壁钢管和混凝土互相弥补了彼此的弱点，而且充分发挥了彼此的长处，使薄壁钢管混凝土的承载力大大高于二者单独受荷时的承载力之和。相对于厚壁方钢管混凝土，采用薄壁钢管混凝土的主要优点是：可以节约钢材，降低造价，且可以提高构件的耐火极限。
（2）钢管混凝土结构在火灾后的性能研究。目前，对方钢管混凝土火灾下的性能研究主要集中在基本构件方面，而对由方钢管混凝土柱和钢或钢筋混凝土等形式的梁组成的框架结构火灾下的性能研究则很少涉及。在火灾情况下，由于方钢管混凝土柱与钢或钢筋混凝土等形式的梁柱互相约束，将使框架结构产生内力重分布，从而可能危及结构的安全。因此，应开展这方面的研究工作，并提供合理的方钢管混凝土框架柱的耐火设计方法，便于工程设计应用。
（3）方钢管混凝土在收缩、徐变、温度等影响下的材料自身性质还需做系统全面的研究。复杂受力状态如弯、剪、压、扭共同作用时构件的计算方法还没有完全确定，造成设计时只能简单地忽略构件的受扭和受剪，并加大构件承载力的富裕度来处理。
4、方钢管混凝土的问题对策探讨
针对方钢管混凝土的研究存在的问题，笔者以多年的工作经验来探讨一下具体的对策方案。
（1）钢管壁越厚，承载力越大，而且增大的幅度较大，大约在12%左右，极限位移也越大，而且增大的幅度也较大，大约在14%左右，它对承载力和极限位移的影响最大。随着钢管壁厚的增加，在破坏状态时随着钢管壁厚的增加，柱底混凝土的裂缝开始减少，特别是柱底角部裂缝减少，这是因为随着钢管壁厚的增加，套箍系数增大，对混凝土的约束能力增大，提高了构件的刚度、承载能力，钢管柱底部、柱底角部的高应力区域范围稍有扩大，最大Mises应力值变化很小，到GT 3时，最大Mises应力值增幅较大，使钢管的应力集中现象更加严重。从经济适用的角度来看，钢管壁厚度可加厚，但不宜太厚，因为钢管壁太厚会造成钢管底部的应力集中现象严重，给施工带来不便，同时还要满足规范要求。
（2）混凝土强度越高，承载力越大，但增大的幅度较小，大约在6%左右。随着混凝土强度的提高，在破坏状态时柱底混凝土的裂缝增多，特别是柱底角部裂缝开始增多，裂缝逐渐连接并贯通，出现了贯通裂缝，贯通的裂缝将试件分裂成若干小柱，造成混凝土被压碎，柱破坏，钢管柱底部、柱底角部的高应力区域范围增大，最大应力值也随着增大，使钢管的应力集中现象更加严重，使钢管的强度不能得到充分发挥。因此混凝土强度不需提高太大，它对柱承载力影响较小，同时还会加大工程造价，使钢管的应力集中现象更加严重，造成浪费，也给施工造成不便。
（3）随着轴压比的增大，柱的承载能力下降，但下降的幅度很小，大约在1.3%左右。随着轴压比的增大，在破坏状态时柱底混凝土的裂缝开始增多，特别是柱底角部裂缝增多，裂缝逐渐连接并贯通，出现了贯通裂缝，造成混凝土过早被压碎，导致方钢管混凝土柱的承载力降低，钢管的高应力区域范围扩大，最大Mises应力值也随着增大，使得钢管底部过早进入塑性变形阶段，降低柱的承载力。因此把柱的轴压比控制在0.5以内为佳。
（4）柱长细比越大，承载力越小，而且减小的幅度较大，大约在9%左右，它对柱承载力的影响居第二位。随着柱长细比的增加，在破坏状态时柱底混凝土的裂缝增多，柱底角部裂缝开始增多，裂缝逐渐连接并贯通，出现了贯通裂缝，造成混凝土被压碎，钢管柱底部、柱底角部的高应力区域范围增大，但最大Mises应力值有所减小，减小的幅度较小。因此选择柱的高度时不宜太大。
结语：
钢管混凝土的应用愈来愈广泛，国内外学者对方钢管混凝土柱进行了研究，并取得了相应的研究成果，此处笔者只是抛砖引玉。工程实践表明，钢管高强混凝土既是一种高强、高性能结构材料，也是一种高效施工技术。现代高强、高性能混凝土技术和泵送混凝土技术的发展，给已有百年历史的钢管混凝土结构技术注入了新的活力。这三种混凝土技术的结合，将会对新世纪土建工程的技术进步产生深远的影响。
参考文献：
[1]蔡绍怀，我国钢管混凝土结构技术的最新进展[J]，土木工程学报，1999，32（4）。
【关键词】钢套管混凝土；工程应用；现浇工程；加固工程
钢套管混凝土柱即外部包裹钢套管的混凝土柱。钢套管混凝土柱与普通钢管混凝土柱的形式类似，但是两者的受力机理有区别。普通钢管混凝土柱在受压后，其钢管同时承受竖向压力和混凝土膨胀产生的横向拉力，如果采取一定的措施，减小钢管承受的竖向压力，就可以更大限度地发挥其横向抗拉能力，从而对内部混凝土施加更大的横向约束力，提高柱的承载能力，这种效应即称为“套管效应”。此时的钢管混凝土柱即转变为钢套管混凝土柱。虽然钢套管混凝土柱具有独特的受力机理和较好的受力性能，但是并没有引起足够的重视，相关研究较少。同时，由于施工上的困难以及应用开发上的不足，也导致其在实际工程中的应用非常少。本文对钢套管混凝土柱在实际工程中的应用进行探讨，在总结分析传统钢套管混凝土柱主要的应用情况和存在问题的基础上，研究分析了几种新型钢套管混凝土结构在现浇工程和加固工程中应用的可行性，以扩展钢套管混凝土结构的应用范围和应用前景，为实际应用提供参考。
1.传统钢套管混凝土柱的应用情况
传统的钢套管混凝土柱如图1所示，包括截断式的钢套管混凝土柱和穿孔式的钢套管混凝土柱。由于传统钢套管混凝土柱在施工方面存在一些问题，因此目前只有少量的试验性应用［1］。套管柱在工程中的首次应用是在日本某建筑公司承建的大阪的一栋高层钢筋混凝土结构中［2］。1999年，美国阿拉斯加州交通局进行了一个采用套管柱的桥柱结构的足尺试验［3］，进行套管柱在桥柱结构设计中的尝试应用。Priestley等人对钢套管混凝土柱在加固工程中的应用进行了研究［4］，指导了加利弗尼亚等地区的大量桥梁的加固工程。传统的钢套管混凝土柱虽然已有部分尝试性的应用，但是存在一些明显的缺点：（1）截断或穿孔处钢套管承受的纵向压力会显著减小，但是截断和开孔只在局部，而在其它部位钢管和混凝土之间还存在较大的粘结力和摩擦力，使得钢套管的中间部分仍然承受较大且沿高度分布不均的纵向压力；（2）钢套管截断或穿孔后浇筑混凝土时容易漏浆，增加了施工难度，钢套管很难再用作浇筑混凝土的模板；（3）钢套管截断后不再是完整的整体，在混凝土硬化以前不能单独承载，不能作为施工时的承重结构。这些问题限制了钢套管混凝土柱的应用。
2.切槽式钢套管混凝土柱在现浇工程中的应用
传统的钢套管混凝土柱在现浇工程中的应用比较困难，主要原因是加工后的钢套管难以用作施工中的承重骨架和浇筑混凝土的模板，容易漏浆。为了避免和克服这些问题，使得钢套管混凝土柱可以更好地应用在现浇工程中，可以采用如图2所示的切槽式钢套管混凝土柱的结构形式［5］。切槽式钢套管混凝土柱是在钢套管上加工出多道环形或整条螺旋形切槽（如图2所示），这样可以削弱钢套管的纵向抗压能力，主要起到对内部混凝土柱的横向套管约束作用。切槽式钢套管混凝土柱与截断式和穿孔式钢套管混凝土柱的原理基本相同，但是切槽对钢套管纵向承载能力的削弱更充分。更重要的是切槽式钢套管仍然保持为完整的整体。如图2中所示，切槽的深度可以小于套管壁厚，剩余部分的厚度可以根据需要确定。套管切槽处剩余部分可以起到两个作用，一是可以在浇筑混凝土时防止切槽处漏浆，因此整个钢套管可以起到模板的作用；再就是剩余部分具有一定厚度和抗压能力，因此钢套管在纵向受压时仍然具备一定的承载能力，可以作为施工时的承重骨架，起到承载的作用。由上可见，切槽式钢套管混凝土柱克服了传统钢套管混凝土柱在现浇工程施工中遇到的困难，在现浇工程中的应用具有优势和更好的前景。
3.焊接式钢套管混凝土柱的应用
钢管混凝土柱是一种应用广泛的组合结构形式，主要应用在需要巨大承载能力的高层和超高层建筑中，钢管的尺寸因此比较大。由于无缝钢管的造价较高且尺寸较小，所以大部分实际工程中不能采用无缝钢管，通常采用卷制后焊接的钢管。较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊，也就是螺旋卷制成型后再在拼缝处焊接。焊缝一般采用开坡口的熔透焊，焊接方法可以采用高频焊或者自动埋弧焊，焊接完成后还需要进行探伤。图3所示即为螺旋形焊接成型的钢管混凝土柱，焊接工作量大，焊缝质量要求高，焊接难度大。由于焊接的钢管混凝土柱对焊缝的要求较高，焊缝的强度应与钢管其他部位等强，增加了加工制作的难度和成本。如果反过来考虑，认为拼接焊缝处是薄弱部位，则相当于对钢管进行了螺旋状的横向削弱，其效果与螺旋形切槽的钢套管相同，此时的钢管混凝土柱即变换为钢套管混凝土柱。如图4所示，钢管的螺旋拼接处开口后简单焊接，近似切槽的效果，即形成焊接的钢套管混凝土柱。此时焊缝的要求较低，可以不熔透，也可以断续焊，起到连接的作用即可，加工难度和制作费用显著降低。根据已有的试验结果，切槽式钢套管混凝土柱与普通的钢管混凝土柱的纵向抗压承载能力基本相当或略有提高［6］，因此采用上述做法将焊接的普通钢管混凝土柱替换为焊接的钢套管混凝土柱是可行的，在大部分工程实际中都可以显著降低加工难度和制作费用。
4.钢套管混凝土柱在加固工程中的应用
关键词：型钢混凝土；影响因素；质量控制
中图分类号：TU375 文献标识码：A
一、工程概况
宁波国际会展中心常年馆项目位于宁波国际会展区的西南角。地上建筑面积约为140391平方米，主楼10层，裙房1-6层。主楼高为48.5米，一层层高为7米，二层层高为6米，三层、四层层高为5.4米，六至十层层高为3.8米。型钢混凝土斜柱与梁结构位于建筑物东西两侧，高度为1-6层，A区和B区外挑部分斜柱倾斜角为竖向20度，外挑梁、柱内为型钢，外包混凝土。由于工程体量大，层高较高，而柱为型钢斜柱，因此，型钢砼结构的质量是整个工程质量控制的重中之重。
二、影响型钢砼结构质量的因素分析
（一）人员因素
人是施工过程的主体。参与该结构部分施工的人员主要有管理人员、测量工、电焊工、钢筋工、木工、砼工等。领导层和工程技术人员的素质高，质量管理的决策能力就强，项目的施工就会有较强的质量规划、目标管理、施工组织和技术指导、质量检查等一系列行之有效的运作。而操作人员的技术是否精湛，是否具有一丝不苟的工作作风，是否能严格执行质量标准和操作规程，都直接影响工程的质量。
（二）施工材料因素
材料质量是工程质量的基础，材料质量不符合要求，工程质量也就不可能符合标准。所以加强材料的质量控制，是提高工程质量的重要保证。杜绝不合格的假冒、伪劣产品及原材料进入工程施工中，给工程留下质量隐患，必须采用科学的方法加强原材料的检验。本工程型钢梁、柱进场安装前, 要对构件进行检查验收, 保证构件断面尺寸、长度、材料规格、焊缝质量、孔洞位置等满足设计规范要求。应采用经复验符合设计要求的同一批次的高强螺栓、螺母、垫圈等, 不能混用。检验合格后,才能进行后续工作。
（三）施工方法因素
施工过程中，由于施工方案考虑不周而拖延进度、影响质量、增加投资的情况并不鲜见。因此，制定和审核施工方案时，必须结合工程实际，从技术、管理、工艺、组织、操作、经济等方面进行全面分析、综合考虑，以保证方案有利于提高质量。加强施工过程的控制，加强细部操作管理，严格质检程序，严格按《型钢混凝土组合结构技术规程》及其他相关规范进行施工管理，是本工程质量保证的重要条件。
三、采取的质量控制措施
（一）对人员的控制措施
1. 对管理人员开展质量教育，要求加强施工过程跟踪检查，实行三检制度及持证上岗制度。在浇型钢混凝土前召开一次项目部交底会，各班组长和项目部管理人员全员参加，由项目经理主持，主要阐述型钢混凝土浇筑的难度和重要性，容易出现的质量问题并把质量责任制落实到人；根据每次混凝土成型情况，由项目部的管理组织机构，从上级到下级逐级进行考核，考核评分与管理人员的工资奖金直接挂钩。
2. 砼浇筑质量好坏直接影响结构观感。因此，对砼施工班组重点进行教育，混凝土在浇捣施工前，由技术人员对混凝土操作工人进行技术交底，让操作工人知道型钢混凝土振捣的难度，浇捣时要认真、细心，既要保证模板内侧振好，模板外侧也要适当补振，不得过振和漏振。班组也同样进行考核，考核的频率为型钢混凝土每浇捣一次，混凝土浇捣完成一次，项目部则组织一次质量大检查，并召集有关班组和人员进行总结。
3. 所有型钢焊接人员必须具有上岗证，并定期核查证书的有效性，保证人证相符。
（二）对施工材料的控制措施
本工程型钢全部委托具有资质的生产厂家进行生产。型钢柱、梁的材料控制主要是确保型钢制作安装所需的钢板、栓钉、高强螺栓及焊接材料的规格、材质符合要求，以及砼石料粒径、砼的坍落度等的影响。对进场材料进行验收时, 核对材料数量, 核查材料技术指标、 批号、规格和材质, 核验产品质保书或出厂合格证; 对连接用的高强螺栓, 使用前应进行抽样复检, 复验其扭矩系数。材料经验收合格后,方可在工程中使用。对混凝土宜采用较小直径的粗骨料( 一般宜采用小于型钢外侧混凝土保护层厚度的 1/3, 且不宜大于 25mm, 不大于最小主筋净距的 2/3) ; 同时, 在满足混凝土强度的前提下,尽量采用较大坍落度的配合比, 使混凝土具有较好的流动性。
（三）对施工过程的控制措施
1. 型钢梁、柱安装质量控制
( 1) 型钢柱安装的轴线、标高及垂直度质量控制。利用经纬仪、水平仪及水平尺, 保证底座的轴线标高及水平度满足要求, 为保证型钢柱的安装质量提供条件。后续型钢柱安装时, 应采用经纬仪来有效控制其两轴线方向的位移及垂直度, 保证单节垂直度≤H/1000 ( H为型钢柱高度) ≤10 mm; 柱全高垂直度≤35 mm。
( 2) 型钢梁安装的轴线、标高控制。为保证后续连接的准确性和可靠性, 应严格控制型钢梁安装的轴线和标高偏差, 重点做好安装过程的控制及安装后的复核验收。现场采用一部水平仪控制型钢梁的标高和水平度, 两部经纬仪分别控制两轴线方向的位移。
( 3) 高强螺栓安装质量控制。高强螺栓应自由穿入孔中, 严禁强行穿入，从节点中心向边缘依次拧紧, 并做好标记避免漏拧。高强螺栓拧完后应用0.3kg小锤敲击法进行普查以免漏拧,并在终拧后 24h 之前, 完成扭矩检查。
( 4) 焊接接头质量控制。接头坡口部位应满足设计、规范要求。吊装拼接时, 严格控制拼接位置、垂直度。用经纬仪检测其轴线、垂直度, 满足要求后,点焊并用缆风绳固定牢靠。焊接时,采用双人对称焊减少焊接变形,降低因焊接造成的垂直度偏差
2. 钢筋安装质量的控制
合理确定型钢梁主筋安装顺序, 保证主筋连接接头、外观尺寸符合要求。由于型钢梁下排主筋( 单排或双排) 置于模板与型钢之间, 如未能合理确定主筋安装顺序, 将给主筋安装造成困难, 使主筋接头 ( 手持弧焊、冷挤压套筒机械连接、直螺纹连接等)施工操作时, 缺乏应有的操作空间, 影响接头质量。根据型钢梁的特点, 主筋安装的顺序为: 安装梁底模 安装底部主筋吊装钢骨梁型钢安装上部主筋安装箍筋、 腰筋、 拉结筋安装侧模并加固。在钢筋接头安装时, 应自一端向另一端顺序连接, 保证主筋一端能自由伸缩。避免两端钢筋固定后, 中间发生弯曲、起拱等情况, 影响主筋受力性能。
3． 混凝土施工质量控制
( 1) 混凝土强度控制
本工程型钢混凝土组合结构中的混凝土强度等级为C35, 因此施工过程中,要保证混凝土强度满足设计要求。本工程砼采用的商品砼。当浇捣不同等级强度的梁、板混凝土时 ( 板强度较低) ,采用两台泵车, 分别输送梁、板混凝土。
( 2) 型钢混凝土梁底部混凝土浇筑质量控制
由于型钢梁底有一排或两排主筋,造成底部净距较小, 混凝土充实困难, 易产生蜂窝、 麻面, 甚至孔洞。因此, 在施工过程中应认真分析, 采取对策, 提高混凝土浇筑质量。由于底部空间较小, 自梁两侧同时下料时, 易在中部形成气腔, 产生孔洞。 因此, 浇捣型钢梁混凝土时, 宜先采取单边下料、 振捣, 待观察混凝土流满另一边时, 再两边下料, 振捣密实。在该工程的施工操作中, 采用上述措施后有效地控制了底部蜂窝、 麻面及孔洞的出现, 取得了良好效果, 保证了混凝土的浇捣质量。
四、结语
当然，在施工过程中，是否合理选择施工机械，施工时的大风、暴雨、酷暑等环境因素也会对工程质量有直接影响。根据本工程特点和具体条件，我们对机械、环境因素等因素也采取了一定的措施严加控制。通过这些控制措施，为工程得以顺利通过竣工验收提供了有力的保障。
参考资料：
[1] 钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程 ( JBJ82- 91).
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）.
[3] 型钢混凝土组合结构技术规程 ( JGJ138- 2001 ).中国建筑工业出版社.
关键词： 钢管，混凝土
一引言
近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。
钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。
二、钢管混凝土结构的特点
众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。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，具体表现为以下几个方面：
2.1 承载力高、延性好，抗震性能优越
钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。
塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的2/3,纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。剥去钢管后，内部混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，且仍有约5%的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，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，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。但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。
2.2 施工方便，工期大大缩短
钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。
2.3 有利于钢管的抗火和防火
由于钢管内填有混凝土，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，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统计数据表明:达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3一2/3甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。
2.4 耐腐蚀性能优于钢结构
钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。
2.5 施工方面
钢管混凝土柱的零件较少，焊缝少，构造简单，柱脚常采用在棍凝土基础上预留杯口的插人式柱脚，因而工厂制造比较简单，同时构件自重较小，运输和吊装也较易，施工很简便，而且钢管馄凝土柱采用板材卷制，板材厚度都不大，一般在40m以内，无论工厂焊接和现场进行对接，都没有什么困难。同时，与钥筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的外皮钢管具有钢筋的功能，兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，所以管内没钢筋，省了钢筋下料和绑扎钢筋等一系列工艺，又由于柱外皮钢管本身就是耐侧压的模板，同时也省了支模和拆模等工序。近年来，泵送砖相当普遍，现场浇灌并无困难，我国创造并广泛使用的高位抛落不振捣混凝土的施工方法，更简化了现场灌混凝土的工序，简便了施工。也有在管柱下部开临时浇灌孔，用混凝土泵自下而上灌注混凝土的方法，既快，又保证浇灌质量。而且，在浇筑后，钢管内处于相当稳定的湿度条件，水分不易蒸发，省去浇水养护工序，简化了混凝土的养护工艺。
三．钢管混凝土结构的研究现状
20世纪60年代之前，钢管混凝土结构的研究对象主要是圆钢管混凝土结构。从60年代后半期以后，开始比较系统地研究矩形钢管混凝土结构。目前，圆钢管混凝土结构的研究已经取得了丰硕的成果，很多国家制定了相应的设计和施工规范或规程，在我国，钢管混凝土结构的研究主要集中在圆钢管中填充素混凝土的内填型圆钢管混凝土结构，最早开展研究工作的是原中国科学院哈尔滨土建研究所。1968年以后，中国建筑科学研究院、冶金部冶金建筑科学研究院等单位也先后对钢管混凝土基本构件的工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等方面展开了系统的研究。进入80年代后，研究工作进一步深入，通过大量的试验研究和理论分析，对构件的承载力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究，得到了实用的设计计算公式。与此同时，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，钢管混凝土结构的优势得到了更加充分的发挥。近十几年来，我国钢管混凝土结构的科学研究和工程应用都取得了令人瞩目的成就。目前已经先后有国家建材局、中国工程建设标准化委员会、国家经济贸易委员会和总后勤部颁布发行了有关钢管混凝土结构的设计规程。为钢管混凝土结构在我国的推广奠定了坚实的基础，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中。钢管混凝土结构的应用在近十年的时间里得到了飞速的发展。
我国对于矩形钢管混凝土结构的研究工作开展得较晚，1985年郑州工学院开始进行方钢管混凝土轴压短柱的研究，其后同济大学等单位也进行了方钢管混凝土构件的研究，取得了一定的成果，而我国的矩形钢管混凝土结构的设计施工规程尚在制定中。
四． 钢管混凝土结构的工程应用
早在19世纪80年代，钢管混凝土结构就已经出现。例如，1879年英国赛文（severn）铁路桥的建造中采用了钢管桥墩，在钢管中灌了混凝土以防止内部锈蚀并承受压力。前苏联乌拉尔的伊谢特铁路桥采用钢管混凝土构件做拱形桁架的上弦和上部建筑的柱子，省钢25％。1961年比利时建造船坞时，采用钢管混凝土构件做桁架的压杆和立柱，比钢结构节省钢材40%。法国巴黎居民区的第一座摩天大楼采用了钢管混凝土框架柱，比钢结构节省钢材40%。前苏联在一些吊车栈桥（跨度达48m）中采用钢管混凝土结构，比全钢结构节省钢材12％28％，降低造价28%，比钢筋混凝土结构省钢9%，降低造价56%。日本、瑞士等国在输电跨越塔中采用了钢管混凝土结构，也都取得了显著的经济效益。
我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近40年的历史。近10年来，随着国家经济的迅猛发展，钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效地应用，推动了建造技术的发展。在我国，钢管混凝土结构主要应用于以下的领域中。
4.1 高层建筑工程
4.2 大跨度桥梁工程
4.3 地铁车站工程
4.4 单层和多层工业厂房
五．钢管混凝土结构研究今后的发展方向
5.1 高强度材料的应用
5.2 节点动力性能的研究
5.3 耐火性能的研究
5.4 矩形钢管混凝土结构的研究
5.5 钢管混凝土施工方面的研究
5.6 预应力钢管混凝土方面的研究
5.7薄壁离心钢管混凝土结构
【关键词】 钢管混凝土、承载力、套箍约束作用、工业建筑结构设计特点
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1、概述
钢管混凝土是发展前景广阔的一种结构形式，它能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，正被越来越广泛的应用于工业厂房、高层和超高层建筑、桥梁和地下工程中，取得了良好的经济效益和建筑效果，已成为结构工程的一个重要的发展方向[3]。
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式不同可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。
钢管混凝土的基本原理是借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力。钢管混凝土除具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有省工省料、架设方便、施工快速等优越的施工性能[1]。
由于钢管混凝土这种新型组合结构的突出优点和经济效益，越来越受到工程界的青睐。特别是90年代以来，随着高强混凝土在工程中的大量应用，“胖柱”问题有所缓解，但随之而来的高强混凝土脆性破坏问题更加突出，而钢管混凝土既解决了高强混凝土的脆性问题，又成功地减小了柱子的截面，使得钢管混凝土结构焕发出勃勃生机。
从20世纪60年代中期钢管混凝土开始引入我国，迄今已将近半个世纪，经历了两个发展时期：从60年代中期到80年代中期为应用推广期，从80年代中期起至今为提高发展期。由于我国是一个正在蓬勃发展的发展中国家，基本建设十分兴旺发达，这就促使钢管混凝土在我国迅速发展，成为发展速度最快，建设工程最多，科研成果也最多的国家。
2、钢管混凝土的特点
2.1）钢管混凝土的优点
承载力高：同样截面的钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱的承载力约高50%，最根本的原因是钢管和混凝土的泊松比不同。构件受压时，随着荷载的增加，钢管由弹性工作状态进入塑性工作状态，其泊松比系数由约0.283增大到0.5后就保持不变，而混凝土的泊松比系数由约0.2增大到0.5后继续增大，于是钢管就会限制混凝土的横向变形，产生紧箍力，使混凝土这种脆性材料处于三向受压的理想状态。而由于钢管内填充了混凝土，避免了钢管受力时局部的屈曲失稳，也充分发挥了钢管的纵向承载力。所以两种材料的组合，起到了“1+1＞2”的效果。同时混凝土这种塑性材料在钢管的约束下，不但在使用阶段改变了它的弹性性质，而且在破坏阶段也使其具备了更大的塑性变形能力。同时，这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能优越。
耐火性能好：由于核心混凝土能吸收钢管传来的热量，使外包钢管的升温滞后，这样钢管混凝土比纯钢结构的耐火能力有所提高。同时由于钢管的约束作用，可以防止由于受热不均而引起的混凝土的崩裂。两种材料互补协调，使得钢管混凝土具有较好的耐火性能。[2]
制作和施工方便：由于钢管内无钢筋骨架，便于浇注混凝土，同时又减少了绑扎钢筋、支模和拆模的工序，使得施工速度大大提高。特别是泵送施工技术和自密实混凝土技术的出现，为钢管混凝土结构提供了了更加广阔的应用前景。
经济效益好：大量工程实际的经验表明：采用钢管混凝土承压构件比普通钢筋混凝土承压构件可节约混凝土50%，减轻结构自重50%左右。钢材用量略高或大致相等；和钢结构相比，可节约钢材50%左右。而且由于在钢管内填充了混凝土减少了钢管的防锈费用。[2]
2.2） 钢管混凝土的缺点
钢管混凝土连接构造上也有许多弊端，当钢管混凝土柱和混凝土梁连接时，必须借助于柱上的牛腿和加强板，如果柱上连接的梁较多且标高不同时，不仅施工复杂且影响美观。如果使用暗牛腿，会给混凝土浇注带来困难，影响施工进度；钢管构件的制作、安装要求具有一定的难度和繁琐性，钢管混凝土柱用的钢管，焊接、制作要求较高。特别是对钢管内壁的除锈工作，会增加施工难度。在施工过程中，钢管的对接是一个难点，为了保证钢管柱的垂直度，对焊接的顺序，焊接后的变形都有严格的要求；钢管混凝土结构对混凝土的施工质量有着较为严格的要求，由于混凝土本身的特点，在水化过程中会发生收缩和徐变，导致混凝土和钢管之间粘结的不够紧密，钢管对混凝土的套箍约束作用不能得到及时有效的发挥，更有甚者，在结构承受荷载时，钢管会产生局部屈曲，导致整体失稳，进而导致结构的整体破坏；在施工过程中，无论采用泵送顶升法还是高位抛落法，对混凝土的配合比，骨料最大粒径，塌落度和外加剂都有严格的要求；钢管混凝土柱内的混凝土属于隐蔽工程，一旦浇筑的不密实，必须将钢管钻孔进行补强，然后在将钻孔处焊接牢固，无论从质量还是美观上都会产生较大的不利影响。[1]
3、工业建筑的结构设计特点
工业建筑的结构设计普遍有着以下特点：
3.1）荷载大。基于工艺生产流程和相应配制的设备，以及生产操作、设备维护更新等实际要求，工业建筑的楼面荷载均很大。如电解车间的操作层活荷载达到3吨/平方米以上。吊车荷载最大轮压超过70吨。由于荷载大造成结构自重增加，致使在抗震设计中地震作用明显增加。
3.2）跨度大，高度高。目前工业厂房随着工艺条件的变化，跨度呈增大趋势，高度也不断增加。在有色行业中，大型单层生产厂房跨度以超过36米，高度超过25米。框架结构高度达到50米以上。而物料仓库跨度以达44米。
3.3）使用要求高。由于设备运行的要求，在结构构件的挠度、裂缝以及振幅等均有特殊要求。如氧化铝生产中的某些腐蚀性严重的车间，对梁板的裂缝控制有着要求。在生阳极制造工段防止结构共振和控制振幅成为重要的设计内容。
3.4）结构改造加固成为工业建筑设计中经常性的工作。在工业建筑物的改造中，荷载变化尤其是大幅度增加给结构的改造加固的难题。对于事故处理等特殊情况处理时，具有可靠和快速工作性能的构件成为重要的需求。
3.5）工期成为设计方案中重要的因素。工业项目为取得良好的投资回报，建设工期成为重要的因素。工期的缩短直接带来相应时间端内所生产产品的利润，尤其对于生产规模大的企业。采用工期短的结构始终是投资者密切关注和致力追求的。
4、钢管混凝土结构在工业建筑中的应用
基于上述钢管混凝土的性能和工业建筑的结构特性，可以看到两者有着广泛和良好的适宜性。钢管混凝土结构适宜用于工业建筑的以下构件中：
4.1）多高层厂房柱。此类厂房柱所受的荷重一般较大，且对侧移值有一定限制。采用钢筋混凝土结构时，截面尺寸通常很大，同时支摸和现浇的施工使得工期很长。采用钢结构时，为保证结构稳定和增强刚度，需要设置封闭的空间三维支撑体系，这对于建筑物空间的有效的利用上造成了不便。采用钢管混凝土柱后则完全克服了上述缺点：截面尺寸减小且不需设置支撑体系，同时保持了钢结构仅需装配连接的快速施工特点。
4.2）大跨度大柱距或重载单层厂房柱。目前一些大型厂房的跨度达到40~50米，柱距可达24米，且厂房中通常设置了大起重量的吊车，最大超过200吨，由此带来厂房柱承受越来越大的竖向荷载，这就为钢管混凝土发挥结构优越性提供了条件。钢管混凝土厂房柱形式多为两阶式。此时，为使钢管混凝土构件以承受轴向压力，下柱均采用双肢柱或三肢柱，使得各个单肢柱在横向和竖向荷栽作用下仅承受轴向力，由此充分发挥钢管混凝土的性能，同时构件显得轻巧美观。
4.3）各类支架或构架。包括管道支架、设备支架、输送机通廊支架或电力设施构架等。此类支架一般为高架式结构，且以承受轴向力为主。对钢结构来言，为保证构件的稳定性而材料强度难以发挥，由此造成材料的浪费。混凝土结构则存在施工难度和工期长的致命缺陷。钢管混凝土则可有效地克服上述两类结构存在的问题，同时可灵活的设计为不同的外形，以获得良好的视觉效果。
5、结论
现代工业发展对于建筑材料和建筑结构的要求越来越高，钢管混凝土结构能够适应工业建筑的大跨、高耸和重载的要求，因而必将越来越广泛的在工业厂房中得到应用。
参考文献
[1]朱华.钢管混凝土综述.混凝土2009年第8期
关键词：施工组织；钢筋；混凝土；浇筑；质量控制；管理
中图分类号：TU712.3 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）17－0082－02
钢筋混凝土结构是指用配有钢筋增强的混凝土制成的结构。承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的。包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。用钢筋和混凝土制成的这种结构，钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。用在工厂或施工现场预先制成的钢筋混凝土构件，是现场拼装而成的。
1 施工前质量控制
事前控制是施工前准备阶段所进行的质量控制，此阶段控制是施工项目部开始施工前所进行的重点工作，无论哪个方面控制不好，均会成为工程施工的瓶颈，要做好事前控制就必须做好以下工作：
（1）组织有关技术管理人员和钢筋、模板及混凝土等工种的工长对施工图纸进行会审和交底，包括：结构的标高、配筋及截面尺寸是否有遗漏和错误；梁上所载构造柱是否与建筑图相符；特殊构造部分的拉结筋型号、尺寸、形状和技术规定及要求是否符合规范、图集的要求（同时要注意门窗洞边配筋的尺寸）；对图纸会审记录及设计变更问题，应及时在相应的结构图上标明，避免因遗忘而造成施工失误。
（2）认真编制有针对性的施工组织设计或施工方案，包括：保证框架结构工程质量有可靠的技术、组织和预控措施；高度大于4.5 m的模板及支撑系统、特殊结构或特殊技术要求应编制专项施工技术方案；特殊要求的垂直运输、现场用电及安全的专项组织设计。
（3）制定并及时落实工程中使用的主要原材料进场的质量控制措施，包括：核对水泥的品种、级别、出厂日期及水泥、钢筋产品合格证、出厂检验报告；请监理人员或建设单位的工地代表对水泥、钢筋及钢筋焊接进行见证取样，并送有关检测试验单位复验；核对混凝土所用粗细骨料的出厂合格证，按进场批次请有关人员进行见证取样，并及时送有关检测单位进行复验；验证混凝土用水的水质是否符合国家现行标准规定，并计算其供水量以满足施工要求。对以上原材料的原始证明文件应及时进行整理归档，妥善保管。
（4）设计混凝土配合比：混凝土配合比报告单应委托有资质的检测试验单位出具；现场测试砂石含水率，依据实际情况调整材料用量后下发施工配合比通知单。
（5）依据规划部门提供的红线桩水准点标高及施工位置平面图进行轴线定位测量、标高引测，并形成放线测量成果，报有关单位批准。
（6）准备施工机械设备，包括：排查工程必需的各种施工机械设备能否保证正常、安全运转，是否需要备用设备及备件；排查材料的计量器具是否有相应的技术合格证，是否具有法定计量检测部门的检验校正证明，若缺失，则应及时委托法定计量检测单位对计量器具进行校正调试。
（7）向具体施工人员进行技术质量、安全方面的技术交底，对新上岗的人员还要进行岗前技术培训和三级安全教育。确保施工现场道路、通信的畅通无阻以及供水、供电的安全可靠。
2 施工过程中质量控制
事中控制是正式施工过程中的质量控制，此阶段是人力、物力、财力大量投入的时期，稍有懈怠，就有可能给工程质量造成难以弥补的缺陷，所以事中控制也是施工项目部进行项目实施的关键工作，为此，必须做好以下工作：
（1）装配模板时，应对模板工程进行认真控制，包括：查验模板及其支架是否具有足够的承载力、刚度和稳定性，支架的搭设是否符合施工组织设计要求；模板的接缝是否严密、不漏浆；基础、梁、柱、模板的标高及截面尺寸是否正确，其尺寸偏差是否控制在规范允许的范围内，固定在模板上的预埋件及预留孔是否安装牢固，位置是否正确，是否有遗漏；对跨度不小于4 m的现浇钢筋混凝土梁、板的底模是否按设计或规范要求起拱；模板内的杂物是否清除干净。
（2）对制作和安装的钢筋要加强控制，包括：依据施工图纸，出具钢筋加工安装配料单，全数核对查验纵向受力钢筋的品种、规格、数量、位置是否与设计图纸相符；全数核对钢筋的连接方式、接头位置、接头数量、接头面积百分率是否与设计和规范的要求相符；控制箍筋、横向钢筋的品种、规格、数量、间距应与设计相符，注意有抗震要求的结构，其箍筋弯钩的弯折角度应为135 °，弯后的平直部分长度不应小于箍筋直径的10倍；柱基、柱顶、梁端、梁与梁、梁与柱交接处的箍筋必须按设计要求加密；钢筋的锚固、搭接、焊接长度均应符合设计及规范要求，尤其是注意纵向受力钢筋的最小搭接长度应按新规范GB50204－2002的规定执行；混凝土板内双向受力筋及负筋应全数绑扎，板内负筋及双层筋还应每隔800～100 mm加设钢筋撑脚；钢筋混凝土框架结构构件的保护层必须在安装钢筋时用垫块垫好（注意垫块采用可靠的固定措施，以防止位移滑落），其保护层厚度应符合设计要求及2002年版国家关于《工程建设标准强制性条文》的规定；在浇捣混凝土前应设置可靠的混凝土浇灌运输通道，严禁翻斗车及人直接在钢筋上行走，禁止泵送管支座或振捣机械直接压在负筋上，特别是悬臂梁、悬挑板的负筋更要防止踩压下移，一定要严格控制负筋的位置；钢筋安装位置的允许偏差要控制在规范GB50204－2002中5.5.2条规定的允许范围内。
（3）浇筑混凝土时，项目部的管理人员一定要有人跟班管理，并做好以下方面的质量控制：检查搅拌站是否按施工配合比准确计量配料；检查控制加料顺序、搅拌时间必须符合操作规程的规定；督查取样人员按规定批量请监理人员见证随机取样制作混凝土试块；保证混凝土的振捣方法正确，禁止漏振，对于柱体还应跟踪检查已浇混凝土的侧壁模板有无空鼓现象，若空鼓，则说明混凝土有脱节空洞，需补浆补振；安排模板工对模板及支架进行观察，如发现胀膜、下沉、漏浆等异常情况，应及时采取措施进行处理；安排钢筋工跟班作业，发现结构内钢筋偏位应及时予以校正；施工缝和后浇带留设位置及相应的处理应按设计要求和施工技术方案执行；及时查验校正预埋件和预留孔洞的位置标高，保证其尺寸误差控制在设计或规范规定的允许范围内；控制混凝土的运输、浇筑及间歇的全部时间不得超过混凝土的终凝时间。
3 施工过后质量控制
事后控制是结构混凝土浇筑后进行的质量控制，此阶段是施工项目部对混凝土成品养生时期应进行的必须保护，为此，应做好几点控制：
（1）混凝土浇筑完毕后，应派专人在12 h内根据气温及混凝土硬化情况对混凝土开始进行养护，养护时间须符合规范的要求。
（2）对混凝土试块进行同条件养护，到期按时送检，及时判定浇筑的混凝土能否达到设计要求的强度。
（3）混凝土硬化过程中，在其强度未达到1.2 N/mm2前应加强保护，严禁受到冲击、振动、加载等影响。
（4）模板及支架的拆除顺序应按照施工技术方案进行，对于底模拆除的时间还应根据规范要求执行，严禁将强度未达到规范规定的混凝土构件随意拆除底模。
（5）对拆模后的混凝土结构，要及时对其外观质量进行全面检查，查其尺寸偏差是否超过规范要求。
（6）当发现结构外观存在蜂窝、麻面、露筋、孔洞、裂缝、夹渣、尺寸偏差大等质量缺陷时，施工方不应擅自进行修整，而应请监理等有关人员根据实际缺陷程度进行会诊，提出有针对性的技术处理方案，经共同签认后再进行认真修补整改。修整后的部位还应重新检查验收。
（7）认真做好质量保证资料和施工质量验收记录资料的整理归档工作，以便备查。
关键词：钢管混凝土结构建筑工程特征应用前景
中图分类号：TV331文献标识码： A
经过近半个世纪的发展, 钢管混凝土的研究在我国日趋完善和深入。特别是近20 年, 不断地取得了很多杰出的成果, 在构件性能和理论研究方面已经达到了国际领先水平。同时在工程应用方面也做出了突出的贡献。
一、关于钢管混凝土结构的特征分析
1.施工方便快捷。钢管混凝土柱由于零件少, 焊缝少, 构造简单, 同时构件自重轻, 运输和吊装容易, 可以采用“逆作法”或“半逆作法”施工工艺, 因而施工方便快捷。与钢筋混凝土柱相比, 没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序, 施工简单；钢管内无钢筋, 混凝土浇灌、振捣容易。在管柱下部开临时浇灌孔, 用泵送顶升法自下而上灌注混凝土, 既方便快捷又容易保证浇灌质量。而且在浇筑后钢管内处于相当稳定的湿度条件, 水分不易蒸发,省去了浇水养护。我国创造并广泛使用的高位抛落免振捣混凝土施工方法,更是简化了现场浇灌混凝土的工序, 方便了施工。
2.耐火性能和火灾后性能好。钢管内所灌混凝土相对钢材具有较大的热容量, 能吸收大量的热量。在遭受火灾时, 外部钢管虽然升温较快, 但内部混凝土升温滞后, 仍具有一定的承载力, 因而增加了柱子的耐火时间, 相对钢结构可以大量节约防火涂料。此外, 火灾后, 随着外界温度的降低, 已屈服钢管的强度可以得到一定程度的恢复, 截面的力学性能相对高温下有所改善, 因而钢管混凝土具有良好的火灾后性能。这不仅为结构的加固补强提供了一个较为安全的工作环境, 也可减少补强工作量, 降低维护费用。
二、关于钢管混凝土结构在建筑工程中的应用分析
1.钢管混凝土在拱桥中的应用。将钢管混凝土用于拱桥, 符合拱桥设计中要求材料高强、拱圈无支架施工及轻型化的发展方向. 我国采用钢管混凝土拱桥是从上个世纪80年代开始的, 某县东河大桥是采用钢管混凝土拱肋的公路拱桥, 净跨度为115m, 为下承式拱。近十几年以来, 钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展十分迅速。钢管混凝土拱桥一般分为两类, 一种是将钢管混凝土直接用作拱桥结构的主要受力部分, 同时也作为结构施工时的劲性骨架, 截面设计由前者控制；另一种是先将钢管用于施工时的劲性骨架, 然后再内灌混凝土并与外包混凝同形成断面, 钢管混凝土参与拱桥建成后的受力、截面设计以及施工阶段控制。直接以钢管混凝土为劲性骨架的最大跨度拱桥是万县长江大桥, 跨度420m, 也是世界上目前跨度最大的拱桥。
2.钢管混凝土在高层建筑中的应用。钢管混凝土用于高层建筑的柱结构和抗侧力体系, 可使构件截面减小, 节约建筑材料, 增加使用空间, 且构件自重减轻, 从而可减小基础的负担和造价。同时, 钢管混凝土抗震性能好, 耐火性能优于钢结构, 相对于钢结构可降低防火造价。由于钢管混凝土中的钢管可作为施工期间的支架, 从而可采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法, 大大加快施工速度, 降低施工费用。我国自上个世纪90年代初开始将钢管混凝土应用于高层建筑。全部或部分采用钢管混凝土的高层建筑已有近100幢.我国钢管混凝土应用于超高层建筑中规模最大的是某广场, 共40层, 地上部分高200.6m,建筑面积共15. 5万m2。该建筑的柱结构及抗侧力体系的内筒全部采用了钢管混凝土柱。该工程的设计、制造和施工为高层超高层建筑中采用钢管混凝土积累了宝贵的经验, 并为继续发展和推广这一新结构体系,以代替传统的钢结构奠定了基础。国外的钢管混凝土超高层建筑发展也很快。已经完成设计的日本东京Shimizu超高层建筑, 总计121层, 总高550m, 采用矩形截面钢管混凝土柱, 压型钢板-轻型混凝土组合楼盖体系。
三、关于钢管混凝土结构存在的问题和发展前景
1.国内外对钢管混凝土动力性能的研究主要集中在试验研究阶段, 且大都只能从滞回性能定性的得出钢管混凝土抗震性能好的结论, 缺乏相应的理论推导, 尚未形成可供规范使用的计算理论和设计公式。由于钢管混凝土柱延性好、
抗震性能优良, 对由钢管混凝土柱和钢筋混凝土横梁组成的框架结构, 在设计中其抗震等级的划分和计算参数的选取暂按钢筋混凝土结构的有关规定执行, 显然偏于保守, 弹性和塑性层间位移角限制的选取也值得商榷。对结构进入弹塑性后的动力性能( 如阻尼比等的变化规律) 、结构的耐疲劳性能、钢骨- 钢管混凝土组合柱的动力性能及基于性能的钢管混凝土抗震设计方法等的研究更是几乎没有。
2.构件及节点制造缺乏标准化和定型化。钢管混凝土柱节点类型多样, 性能各异, 且管柱都是先在钢结构制造工厂定制, 然后运到工地直接拼装。构件及节点的标准化和定型化可以大大提高其生产效率, 更加充分地发挥钢管混凝土的经济效果, 并且能改善构件制造的质量。
3.残余应力和初应力的影响。实际结构中使用的钢管往往由钢板焊接而成, 焊接残余应力对钢管混凝土构件性能的影响较大, 当管壁较薄时更为突出。且在施工中, 内填混凝土浇注前钢管也有相当的初应力。关于残余应力和初应力对
结构性能影响方面的研究尚不够深入和系统。
结束语
近些年来钢管混凝土结构无论在科研还是工程应用方面都取得了很大的发展. 在科研方面, 科研人员对钢管混凝土构件的力学性能及钢管混凝土的耐火性能进行了较深入的研究, 已取得大量有实用意义的成果, 而且许多都应用在最新规程的编制和工程实践当中；工程应用方面, 在大跨度拱桥结构和高层、超高层建筑中都得到愈来愈广泛的应用。
参考文献：
[1]韩林海. 钢管混凝土结构--理论与实践[M] .北京: 科学出版社, 2009.
[2]李盛勇等. 广州合景大厦圆钢管混凝土柱与钢支撑框架组合结构设计[J] . 建筑结构, 2008, 36( 8) .
关键词：高大模板；支撑系统；施工工艺
Abstract: the safety of the concrete structure template construction difficulties tall are mainly: the span of structural components and section size large, floor high and if there is a major, since the conversion layer reinforced content; Concrete structures of tall templates support display when high, big and heavy security construction are more important, now from template design, construction and management of concrete structure on the safety of the template construction technology of tall.
Keywords: tall template; Support system; Construction technology
中图分类号：TU755.2文献标识码：A 文章编号：
前言：
目前，在我国的建筑施工中的坍塌事故中模板坍塌事故的发生是主要原因之一。其中高大模板占绝大多数。显然在高大模板支撑的安全控制从施工前的模板设计、施工工艺和步骤、施工安全管理等因素紧密相联。现在从以下几个方面进行进一步的浅述：
一、高大模板的观点
根据建设部建质[2004]213号文件关于《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》的规定，高大模板（支撑系统高度超过8m，或跨度超过18m，施工总荷载大于10KN/m2，或集中线荷载大于15KN/m的模板支撑系统）的专项施工方案必须组织专家评审。高大模板支撑属于危险性较大工程，要编制安全专项施工方案，其施工方案须经过专家论证评审通过，方可实施施工。
二、 高大模板设计方面的考虑
1）对基础考虑，当高、重、大跨度梁板模板 支架支承在下层结构楼面上时，则要考虑下层楼面的结构承载力，必要时要进行加固处理。 当模板支架支承在泥土地面上时，应在平整、夯实后加设满足承载力要求的垫块支承立杆, 并采取排水措施。
2）对材料的考虑，钢管的承载力较大（可用步距调整），其平面间距主要受木枋的强度和 刚度影响。当木枋的强度和刚度满足不了要求时，可考虑使用双木枋（即两条木枋叠起来使 用）。由于木枋长度一般都是长2m，因此设计时垂直梁轴线方向的间距可以先定下来，一般 为2m的1/2、1/4或比之略小，而沿梁轴线方向的间距则要通过试算来决定。
3）作为专项方案，应体现出“专”字，那么在工程概况中就应该较为系统、全面地书写相关的内容。模板方案体现的是支架的材料、搭设方法、构件截面大小、楼层高低、支设的高度、地基土质承载力、排水以及建筑结构设计师的结构设计特点、特征等等。这些方面必须在工程概况中予以说明，使相关技术人员看了方案以后可以马上能理解其做法及大概的注意事项。
4）模板图标注问题，要标示出相应的平面、立面、剖面图，就进行理论计算，这一点是必要的。如果说没有了相关的图示，就说明不了相互的关系，不要说审查人员不能校对，过了一段时间后有时连编制人员本人都无法复原，解释不了相互之间的关系，所以必须有模板施工平面与大样图。
5）设计的取值
如恒载的计算中，要注意不要把钢筋混凝土与素混凝土的容重（25KN/m3和24 KN/m3）混回一谈，不要在计算了钢筋混凝土的重量后，重复计算钢筋的重量。可靠一点的计算方法应该把构件内含的钢筋用量单独测算，尽可能不要采用笼统计算方式。特别是大截面的转换梁，其配设的钢筋用量不是一般的，往往会远远超过一般用量。这样的计算会比较符合实际，结果也会更加合理。
6）计算公式
在计算多跨连续梁的最大弯矩、剪力时，要注意正确取用相应的系数，要分清恒载和活载的系数关系。如四跨连续梁弯矩的最大位置是在第二支座处，静荷均布载时系数为-0.107、集中单荷载时系数为-0.161、集中双荷载时系数为-0.286等都是不一样的；在方案的编制过程中，如四跨连续梁不要 单把弯矩的最大点选在跨中，如取值不当，计算结果将相差30～50%，影响相当大。
7）最不利荷载组合
计算中最不利的情况有两层意思：一是荷载最不利；二是位置最不利，没有进行组合。
一般的计算q=1.2q静+1.4q活，但事实上对构件的受力不应是这样简单的组合，它应该有一个最不利的组合。
8）扣件抗滑移力取值，特别是对双扣件的最大允许抗滑移力取值，编制方案时在单扣件不能满足抗滑要求时，采取多扣件进行加强。对最大允许抗滑移力不能只是简单的数字之和，如单扣件最大允许抗滑移力是KN，双扣件就简单的认为是2nKN等。采用节点上托支撑较好解决扣件抗滑问题。
9）注意在构造上的错误，在编制方案时要将基本的构件关系联系上满足符合实际情况。如大梁下的木楞条是横放还是纵放，木楞条的截面摆设等等，这些方面看看是小东西、是小问题，但一到计算时就是大问题，直接关系到结构体系，先算什么、后算什么就是在此体现。又如扫地杆问题，编制方案时要注意做到纵横拉结，起到双向约束作用。
10）梁与板的支架整体考虑，梁与板的支架要有一个统一的构造措施：相互间要进行有效连接，纵横间距一致；中间水平支撑（拉杆）要在同一个高度；整体的构造要系统化，计算梁的支模架时要考虑部分板的荷载；系统考虑竖向构件和水平构件的先后施工顺序和稳定关系等等。
三、施工工艺上的要求
1）由于施工中产生的振动荷载较大，竖向支撑由扣件式钢管脚手架组成，而安装的误差 很难保证杆件在竖直的一条线上，因此扣件式钢管脚手架要排列整齐和顺直，并要及时安设好纵横向水平拉杆、剪刀撑等。上下层立杆采用的对接扣件应按规范要求交错布置。组合钢门架加工制作应选择有资质的制作厂家，制作质量必须符合设计要求；各杆件搭接及螺栓拧紧度必须符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》（JCJl30-2002）规定。
2）施工搭设时要测算好梁底、板底的标高，一般约至梁底、板底要预留有安装上托位置。模板支撑有时也可能采用可调底座进行标高调节，《规范》亦有提及，但在实际施工中，特别是高支撑，当支撑系统整体基本搭设完成后，想利用可调底座进行局部的调节是难于操作的，而可调上托操作起来就容易得多。当施工到设计标高时，可采用可调上托配合调节使用，但其伸出的长度不宜超过300mm。当可调上托无法满足施工要求，可能要截短超出部分的钢管，对钢管以后的再使用不利，甚至好象有点浪费，但跟整体施工安全来比是微不足道的。如果在施工前中能事先做好立杆模数的计算，并合理进行钢管的长短选择搭配，截短钢管的现象还可以最大限度地避免。
3） 整体性构造层的要求：
a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时，需要设置整体性单或双水平加强层；
b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且须与立杆连接，设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3；
c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置，四周和中部每10--15m设竖向斜杆，使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层；
d.在任何情况下，高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）必须设水平加强层。
4）混凝土的施工步骤注意事项
a）合理安排混凝土的浇筑顺序。先将柱、梁、板钢筋及模板全部施工完毕，待浇筑混凝土时，先浇筑柱混凝土至框架梁底，然后再紧跟着浇筑梁、板混凝土。
b)采用泵送混凝土时，不得将混凝土泵管固定在支撑系统上，避免混凝土泵的振动推力破坏支撑系统的整体稳定性。
四、施工安全管理工作
1）搭设过程中施工员、技术员、质安员跟班检查，对搭设过程中存在的问题及时指出，并监督整改。
2）要组织多名经验丰富、责任心强的同志组成支架监控验收小组，从材料进场到支架成型对每道工序分段分层进行过程检查。
3）搭设完成的支架由总工程师、安全总监共同组织相关人员对支撑体系进行全面检查，合格后才能进入下道工序。
4）预压是检验支架是否安全的最后一道关口，项目部要根据支架承受荷载的大小，可采用沙袋堆载预压方式进行堆载预压以确保支架稳定。
5）混凝土浇筑施工过程中，应安排专人进行监测，一旦发现支撑系统有变形、松动等异常现象，要立即停止施工，组织人员进行修整加固，不得侥幸蛮干，保证施工安全。
五、工程实例：
关键词：钢管混凝土 特点 结构 应用发展
钢管混凝土是在钢管中填入混凝土后形成的建筑构件，按截面形状可分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用，充分地发挥了这两种材料的优点，使混凝土的塑性和韧性大为改善，且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，使钢管混凝土整体具有承载力高、塑性和韧性好、经济效益优良和施工方便等优点。
一、钢管混凝土结构的特点
1.承载力高，延性好，抗震性能优越
钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度。钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的廷性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。
2.施工方便，工期大大缩短
钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。
3.有利于钢管的抗火和防火
由于钢管内填有混凝土，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，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合粱的耐火能力也会提高，因为钢粱的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统计数据表明：达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3―2/3甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。
4.耐腐蚀性能优于钢结构
钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。
二、钢管混凝土结构工程中的应用
1.高层建筑工程
在高层建筑结构中，钢管混凝土柱具有很大的优势：具有承载力高，抗震性能好的特点，既可以取代钢筋混凝土柱，解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的。胖柱问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题，也可以取代钢结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度。钢管混凝土构件的自重较轻，可以减小基础的负担，降低基础的造价。全部采用钢管混凝土柱的工程可以采用“全逆作法”或“半逆作法”进行施工，从而加快施工进度・钢管混凝土柱的钢材厚度较小，取材容易、价格低。其耐腐蚀和防火性能也优于钢柱。钢管混凝土柱不易倒塌，即使损坏，修复和加固也比较容易。
2.单层和多层工业厂房柱
单层工业厂房的柱属于偏心受压构件，为了充分发挥钢管混凝土结构的特点。很多工程中的柱子设计成格构式组合柱，如双肢柱、三肢柱和四肢柱，把偏心弯矩转变为轴心力。
三、钢管混凝土结构研究的发展方向
1、高强度材料的应用
采用高强混凝土可以减轻结构自重、降低工程造价。随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了它在实际工程中的应用。将高强混凝土灌入钢管中形成高强钢管混凝土，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，而其构件的承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。
近年来，国内外对高强钢管混凝土构件的研究表明，高强钢管混凝土的力学性能与普通钢管混凝土有所不同，其设计不能套用普通钢管混凝土构件的设计公式。而我国现行的钢管混凝土设计施工规范和规程只适用于普通钢管混凝土结构，因此必须加大高强钢管混凝土的研究力度，尽快制定出相应的设计施工规范和观察。
2.节点动力性能的研究
节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。钢管混凝土节点可以分为两种t钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点和钢管混凝土柱与钢粱的连接节点。目前，国内对于钢管混凝土节点静力性能的研究较多，而对于节点动力性能的研究报导还较少。
3.耐火性能的研究
我国还没有制定针对钢管混凝土结构的防火规定。对于已经建成的钢管混凝土结构，有的采用钢筋混凝土结构的要求外包混凝土，有的按照钢结构的要求涂防火材料，都没有统一规定和科学的依据。近年来，国内学者就钢管混凝土的耐火性能问题进行了研究，已经取得了可喜的成绩。应尽快编制出适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范。
4.钢管混凝土结构体系抗震性能的研究
在对采用钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱的框架结构进行了抗震性能的对比试验研究-并从理论上分析比较了两种结构的动力性能，得出了钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构的结论。但目前对钢管混凝土结构抗震性能的研究，主要还是集中在基本构件方面，而对于钢管混凝土整体结构的抗震性能的研究还不多。应开展这方面充分的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。
5.钢管混凝土施工方面的研究
关键词：钢；混凝土；组合结构；钢管混凝土
中图分类号：TU398+.5 文献标识码：A
由于新材料的发展和现有结构材料的优化组合，使组合结构在世界发展迅速。组合结构是由两种或两种以上不同受力性质的建筑材料组成的构件或结构，在荷载作用下能够共同受力、变形协凋的结构，称之为组合结构。组合结构拥有不同材料各自优良性能的特点，使得不同材料的力学性能得到充分的发挥，具有较大延性，抗震性能好、造价低，施工方便。
一、组合结构的分类
人们通常将钢与混凝土组合结构大致分为四类：1、钢―混凝土组合梁是由钢梁和楼板通过剪力连接件而组成。混凝土楼板有现浇混凝土板、预制混凝土板、压型钢板组合板。钢梁与楼板间通过栓钉连接件连成整体，保证钢梁与楼板共同工作； 2、压型钢板混凝土组合楼板是在带有各种形式的凹凸肋或各种形式槽纹的钢板上浇混凝土而制成的组合楼板，它是依靠各种凹凸肋或各种形式的槽纹将钢板与混凝土连接在一起；3、型钢混凝土组合结构构件是由型钢、纵筋、箍筋及混凝土组合而成，即核心部分有型钢结构构件，其外部则为以箍筋约束并配以适当的纵向受力钢筋的混凝土结构。型钢混凝土组合结构分为以下两类：(1)全部结构构件均采用型钢混凝土结构；(2)部分结构采用型钢混凝土结构。型钢混凝土梁、柱是型钢混凝土结构基本构件。型钢混凝土组合结构的共同工作则主要依靠箍筋的约束作用，有时也设抗剪连接件。4、钢管混凝土组合结构构件是指用混凝土填人薄钢管内形成的结构构件。钢管混凝土组合结构是指其主要构件采用钢管混凝土杆件所组成的结构。目前，在工程中应用最多的是钢管混凝土柱，其截面形式有圆形、矩形、方形、多边形，用的最多的是圆形；钢管混凝土组合结构的共同工作则主要是依靠钢管与混凝土的相互约束、层间横隔板等形成。【1】
二、组合结构的特点
1、钢―混凝土组合梁的特点
(1)组合梁能合理地利用材料，充分发挥钢和混凝土各自的材料特性，与钢结构相比，节约钢材20％一40％。(2)组合梁比钢筋混凝土梁节约混凝土，减轻自重且截面高度小。(3)组合梁截面的上翼缘为宽大的混凝土板，增强了组合梁的侧向刚度，可以防止钢梁在使用荷载下发生扭曲失稳。(4)组合梁的整体性、抗剪性能好，耗能能力强，因而表现出良好的抗震性能。(5)钢梁在施工阶段可以作为混凝土板支承，可以简化施工工艺。(6)组合梁的耐火性能差，需要涂耐火性的涂料来提高钢梁的耐火性。
2．压型钢板混凝土组合板的特点
(1)施工工期短。压型钢板作为混凝土楼板的永久模板，取消了现浇混凝土所需的模板与支撑系统，免除了支模和拆模的施工工序，加快了施工进度。(2)自重轻，节约钢材。压型钢板不仅可以作为混凝土板的永久型模板，还可以起到组合板中受拉钢筋的作用。这样，只在楼板支撑处设置抵抗负弯矩的钢筋即可，省去了钢筋的敷设和绑扎工作。由于压型钢板自重轻，减小了结构作用效应，从而使梁、柱截面尺寸减小，设计更加经济合理的地基与基础。(3)增加结构的抗震性能。组合楼板不仅增强了竖向刚度，而且压型钢板组合楼板和钢梁起着加劲肋的作用，因而有很好的抗震和抗风的作用。(4)防火性能差。压型钢板作为组合楼板的受力钢筋，外表无保护，当遇到火灾时，耐火时间短，所以应在板底涂防火涂料。
3、型钢混凝土组合结构特点型钢混凝土组合结构与钢结构相比具有以下特点
(1)耐火性能好。包裹在型钢外的钢筋混凝土，可取代型钢外所涂的防锈和防火涂料，由于混凝土的蓄热较大，可以提高构件的耐火性能。(2)节约钢材。采用型钢混凝土组合结构的高楼可以节约钢材50％左右。(3)兼做模板支架。型钢混凝土结构的型钢，在混凝土尚未浇之前即已形成钢架，已具有相当大的承载力，可用作施工模板支架和操作平台。型钢混凝土组合结构与混凝土结构相比具有以下特点：(1)整体工作性能好。型钢骨架与外包钢筋混凝土形成整体，共同受力。(2)截面尺寸小。钢筋混凝土受到配筋率的限制，提高承载力的途径只能是加大截面尺寸，而型钢混凝土组合结构可以设置较大的型钢，在截面尺寸相同的条件下，可以提高构件的承载力。(3)构件截面延性好。由于构件中型钢的作用，型钢混凝土组合结构的延性远高于钢筋混凝土结构。
4、钢管混凝土组合结构特点与钢结构、混凝土结构相比具有以下特点：
（1）构件承载力高。当钢管混凝土构件轴心受压时，由于产生紧箍效应，核心混凝土的强度大大提高，而钢管也能充分发挥强度作用，因而构件的抗压承载力高。(2)具有良好的塑性和韧性。单纯混凝土受压属于脆性破坏，但管内的核心混凝土在钢管约束下，不但在使用阶段提高了弹性，扩大了弹性工作的阶段，而且破坏时产生很大的塑性变形。(3)经济效益显著。与钢结构相比，可节约钢材50％左右，造价也可降低。 (4)施工方便，可大大缩短工期。
三、组合结构的发展与应用
1、钢―混凝土组合梁
钢―混凝土组合梁试验研究始于20世纪20年代初，在这一时期，钢―混凝土组合梁按弹性理论进行分析，其基本原理是将组合截面换算成同一材料的截面，然后根据初等弯曲理论进行截面计算和设计。60年代以后，则逐渐转入塑性理论分析，探讨了组合梁的破坏形态、极限承载力、荷载与滑移的关系以及连续组合梁的性能和塑性内力重分布的规律，并建立了相应的计算公式。在国外，钢―混凝土组合梁最早应用在桥梁结构中，随着理论研究工作的发展，将钢―混凝土组合梁应用到建筑工程中。我国在20世纪60年代，将钢―混凝土组合梁应用到建筑工程及桥梁结构中，并建立了相应的设计和施工规范。【2】
2、压型钢板混凝土板组合楼盖
20世纪60年代前后，日本等国家大量兴建多层及高层建筑，采用压型钢板作为楼板的永久模板或用作施工作业平台。随后，结构工程师发现在压型钢板表面上做出凸凹不平的齿槽，使它与混凝土粘结成整体共同受力，可以作为楼板的部分纵向受力钢筋使用。60年代末，美国钢结构学会和国际桥梁结构工程联合会制定了组合结构统一规定。20世纪70年代以来，组合楼盖结构试验和理论研究工作有了新的发展。欧洲钢结构协会(ECCS)于1981年制定的《组合结构规程及说明》、欧洲经济共同体(EEC)建筑与土木工程部1985年制定的统一标准规范《钢与混凝土组合结构》，都有组合楼盖的规定。20世纪80年代，我国在组合楼板技术方面的研究和应用方面发展迅速。1984年，冶金工业部冶金建筑研究总院对压型钢板的选型、抗剪连接件等配套技术进行了大量的开发、研究与应用，制定了冶金行业标准《钢―混凝土组合结构楼盖设计与施工规程》(YB9238―92)，国家标准《钢结构设计规范》(GB50017―2003)、电力行业标准《钢―混凝土组合结构设计规范》(DL／T5085―1999)等对压型钢板―混凝土组合楼盖设计作了规定。1984年以来，我国兴建的高层钢结构建筑中大部分采用组合楼盖。
3、型钢混凝土组合结构
日本在1905年建造了第一栋型钢混凝土柱的组合结构，1921年日本采用型钢混凝土结构建成了兴业银行，总面积1500m左右，总高为30m，在1923年东京大地震中几乎完整无损。在以后的地震调查中，发现结构变形能力对结构物抗震性能具有重要意义，从此开始对型钢混凝土结构的延性进行研究。日本在1987年对《型钢混凝土结构计算标准》进行了第五次修订，欧洲也进行了大量的型钢混凝土结构的研究和应用。欧洲统一规范《组合结构规范》中也包括型钢混凝土结构的设计规定。我国从20世纪50年代中期应用型钢混凝土结构，进入80年代以后，随着经济的发展，我国开始进行型钢混凝土结构的研究和应用，并制定了建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》(GJl38―2001)，冶金行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》等。【3】
4、钢管混凝土结构
从20世纪60年代中期钢管混凝土开始进入我国。它在我国的应用和发展经历了两个阶段，60年代中期到80年代中期为应用推广阶段，从80年代中期迄今为提高发展阶段。应用推广阶段的特点是：从厂房柱开始迅速推广应用到各种工业建筑中，在这一阶段采用钢管混凝土柱单层厂房的有大连造船厂的船体车间、太原钢铁公司连铸车间、鞍山钢铁公司新轧炼钢炼铸车间，还应用于首都地铁l号线和北京站、前门站两个站台工程中。提高发展阶段的特点是：推广应用到高层建筑和公路拱桥领域，发展十分迅速，同时在理论研究方面取得了进展，逐步形成了完整的理论体系和独立的新学科。在这一阶段经历了由局部采用、大部分采用到全部采用钢管混凝土柱的过程。已建成的有北京的世界金融大厦、深圳的赛格广场大厦，它是世界目前最高的钢管混凝土高层建筑。钢管混凝土结构在桥梁结构中的应用形式主要是拱式结构，拱式结构跨度很大，拱肋承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土结构是十分合理的。而且，在施工时加工成型后的空钢管骨架刚度很大、承载力高、重量轻，可以解决转体结构的承载力、刚度和转体重量的矛盾，解决拱桥材料向高强度发展和无支架施工拱圈轻型化两大问题，因此深受桥梁工程师的青睐。起初，人们对钢管混凝土的研究和设计采用传统的叠加法，即分别研究钢管和核心混凝土的工作性能和极限承载力。随着研究的深人，人们把钢管混凝土视为一种新的组合材料统一体，并根据统一体的工作性能指标，来建立计算构件的承载力、刚度、变形等关系式。【4】
四、结语
因为钢与混凝土组合结构具有明显的优点，所以在我国发展较为迅速，但是目前相关规范还不完善，不健全，有些原理还有待我们深入研究。
参考文献
[1]薛建阳.钢与混凝土组合结构设计原理[M].2010.北京:科学出版社
[2]王连光.钢与混凝土组合结构理论与计算[M].2005.北京:科学出版社
