鋼管砼在高層建築工程中，主要是作為受壓管柱的建築構件使用，與鋼樑和樑柱節點等共同構成建築物的框架結構體系。
基本介紹
- 中文名：鋼管砼
- 適用於：高層建築工程
- 套用：框架結構
- 優勢：抗壓能力高
鋼管砼的結構特點,鋼管混凝土的發展前景與工程套用,鋼管砼在高層建築中套用的典型實例,
鋼管砼的結構特點
鋼管砼在高層建築工程中，主要是作為受壓管柱的建築構件使用，與鋼樑和樑柱節點等共同構成建築物的框架結構體系。
鋼管砼柱因其結構特徵，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質。即管柱外部包裹鋼管材料，管柱內部充填混凝土材料，因鋼管壁對管內混凝土形成的剛性拘束作用，防止了管內混凝土的脆性破壞。實驗和理論分析證明，鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處於三向應力狀態。三向受壓的混凝土抗壓強度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發生了質的變化，由原來的脆性材料轉變為塑性材料。正是這種結構力學性質的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點，並作為新型的第五種建築組合結構顯示出巨大的生命力和發展前景。
在高層建築中，鋼管砼的特徵與優勢如下：
1、鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當於鋼管和混凝土二者之和的2倍以上；
2、鋼管砼柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴大了建築物的使用空間和面積；
3、柱子截面減小，自重減小，有利於結構抗震，相當於設防烈度下降一級；
4、鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應降低了地基基礎造價；
5、鋼管壁薄便於選材、製造與現場焊接，是施工最為快捷的建築結構；
6、鋼管砼柱內的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優於鋼柱，從而比鋼柱可節省耐火塗料50%以上；
7、鋼管砼具有的核心混凝土三向受壓特性，利於剛剛問世的C60～80高強度混凝土安全可靠地推廣套用。
由於上述各項優點，採用鋼管砼柱時可節省大量的建築材料，且素混凝土無須振搗，施工方便，工期短。根據計算，與鋼筋混凝土柱相比，可節約混凝土60~70%，同時降低造價。若與全鋼結構的鋼柱相比，則可節約鋼材50%，其工程造價也可降低45%。
在高層建築設計中，鋼管砼柱可以僅控制長細比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好，還克服了普通鋼結構鋼柱存在的局部失穩的缺點。因此，與鋼筋混凝土柱相比，截面設計可以減少60%以上。
例如，北京國際貿易中心塔樓的原結構設計由美國提供，採用的是鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土柱的截面設計尺寸為2200×2200mm，十分龐重。後改用了國內的鋼管混凝土設計方案後，鋼管砼柱的截面僅為φ1400×30mm，截面面積減少了2/3。
全國聞名的深圳賽格廣場大廈，採用了鋼管砼結構設計，其鋼管砼柱最大截面僅為φ1600×28mm，若用鋼筋混凝土柱，截面則應為2400×2200mm，柱截面面積減少了63%，粗略估算使整個大廈增加了使用面積八千多平方米。
顯然，採用鋼管砼結構的高層建築，其經濟效益非常顯著。
鋼管砼柱因其結構特徵，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質。即管柱外部包裹鋼管材料，管柱內部充填混凝土材料，因鋼管壁對管內混凝土形成的剛性拘束作用，防止了管內混凝土的脆性破壞。實驗和理論分析證明，鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處於三向應力狀態。三向受壓的混凝土抗壓強度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發生了質的變化，由原來的脆性材料轉變為塑性材料。正是這種結構力學性質的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點，並作為新型的第五種建築組合結構顯示出巨大的生命力和發展前景。
在高層建築中，鋼管砼的特徵與優勢如下：
1、鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當於鋼管和混凝土二者之和的2倍以上；
2、鋼管砼柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴大了建築物的使用空間和面積；
3、柱子截面減小，自重減小，有利於結構抗震，相當於設防烈度下降一級；
4、鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應降低了地基基礎造價；
5、鋼管壁薄便於選材、製造與現場焊接，是施工最為快捷的建築結構；
6、鋼管砼柱內的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優於鋼柱，從而比鋼柱可節省耐火塗料50%以上；
7、鋼管砼具有的核心混凝土三向受壓特性，利於剛剛問世的C60～80高強度混凝土安全可靠地推廣套用。
由於上述各項優點，採用鋼管砼柱時可節省大量的建築材料，且素混凝土無須振搗，施工方便，工期短。根據計算，與鋼筋混凝土柱相比，可節約混凝土60~70%，同時降低造價。若與全鋼結構的鋼柱相比，則可節約鋼材50%，其工程造價也可降低45%。
在高層建築設計中，鋼管砼柱可以僅控制長細比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好，還克服了普通鋼結構鋼柱存在的局部失穩的缺點。因此，與鋼筋混凝土柱相比，截面設計可以減少60%以上。
例如，北京國際貿易中心塔樓的原結構設計由美國提供，採用的是鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土柱的截面設計尺寸為2200×2200mm，十分龐重。後改用了國內的鋼管混凝土設計方案後，鋼管砼柱的截面僅為φ1400×30mm，截面面積減少了2/3。
全國聞名的深圳賽格廣場大廈，採用了鋼管砼結構設計，其鋼管砼柱最大截面僅為φ1600×28mm，若用鋼筋混凝土柱，截面則應為2400×2200mm，柱截面面積減少了63%，粗略估算使整個大廈增加了使用面積八千多平方米。
顯然，採用鋼管砼結構的高層建築，其經濟效益非常顯著。
鋼管混凝土的發展前景與工程套用
我國在鋼－混凝土組合結構的學術研究與工程套用方面，一直處於國際領先地位。1988年創立的"國際鋼－混凝土組合結構合作研究協？quot;，其首屆與第二屆主席，即由我國的中國鋼結構協會常務理事、中國鋼協鋼－混凝土組合結構協會理事長、博士及博士後導師、著名的建築鋼結構專家和學者、哈爾濱建築大學鐘善桐教授擔任。現已82歲高齡的鐘善桐教授，至今仍擔任著該國際學術組織的名譽主席。
與此同時，鐘善桐教授居世界領先創立了"統一理論"，並將其套用於鋼管混凝土的理論研究與工程設計方面，使鋼管混凝土結構演變成一個完整和獨立的建築新學科。在此基礎上，提出了一整套設計公式，並就鋼管混凝土柱及節點的最佳化設計創編了CFST軟體，現已被廣泛套用於工程實踐當中。
鋼管混凝土的實際工程套用，最早見於19世紀80年代，曾用作橋墩，以後漸漸用於建築物支柱的建造，並且其用途日益拓寬。
20世紀50年代始，前蘇聯、美國、日本和歐洲部分先進國家對其進行了大量的試驗研究，並在一些房屋建築和橋樑工程中得到套用。
我國鋼管混凝土的研究開發始於60年代中期，首例套用為北京的捷運工程，並成功地用於"北京站"和"前門站"站台柱的建造，之後環線捷運工程的站台柱全部採用了鋼管混凝土結構。70年代以後，我國的鋼管混凝土逐漸套用於單層和多層工業廠房、高爐和鍋爐構架、送變電構架及各種支架結構中，建成的建設工程超過百項。
80年代初，日本率先採取了先進的泵送混凝土施工方法，成功地解決了進行鋼管柱的混凝土澆灌複雜工藝問題，既保證了工程質量，又降低了工程造價，從而促使鋼管混凝土結構進入了一個新的發展階段。日本、澳大利亞和美國等國相繼建成了一些鋼管混凝土的高層建築和拱橋。
80年代末至90年代，我國的鋼管混凝土工程套用也進入成熟階段，並居世界前列將其拓展為公路與城市拱橋和高層與超高層建築的兩大工程套用領域。近10年來，我國達百米和超過百米的鋼管砼結構的高層建築已有20多座。其中最高的是深圳72層的賽格廣場大廈，結構高度291.6米，堪稱世界之最。
至20世紀末，鋼管混凝土無論是理論研究還是工程套用，我國均已處於世界前列。
鋼管砼在高層建築中套用的典型實例
●澳大利亞墨爾本的聯邦中心大廈
這是澳大利亞第一次採用鋼管砼結構的高層建築物，鋼管砼管柱50×8~16mm，為一座46層的辦公大樓，於1991年建成。
●美國西雅圖的聯合廣場大廈
這是一座58層、高220米的的建築物，在核心筒中採用四根φ3050mm鋼管砼管柱，建築物的用鋼量僅為58公斤/平方米，於80年代末建成。
●美國西雅圖的太平第一中心大廈
這是一座44層高的建築物，在核心筒中採用八根φ2300mm鋼管砼管柱，周邊採用φ760mm鋼管砼管柱，於90年代初建成。與全鋼結構相比，該建築物大致節約一半鋼材左右。
●日本琦玉縣雄師廣場高層住宅樓
這是日本第一座最高的採用鋼管砼結構的高層建築，設計55層、高185.8米，於1998年建成。
●中國福建泉州市郵局大樓等15座高層建築
中國福建泉州市的郵局大樓，是我國第一座採用鋼管砼結構的高層建築，16層，高87.5米，於1992年建成。隨後的短短的數年裡，國內採用鋼管砼結構先後建成了二十幾幢高層建築，主要有：
廈門阜康大廈，25層，高86.5米，1994年建成；
廈門金源大廈，地下水層，30層，高96米，1995建成；
廣州好世界廣場，地下3層，地上22層，高116.3米，1995年建成；
天津工商銀行辦公大樓，地下2層，地上36層，高125.5米，1996年建成；
福州環球廣場，地下3.5層，地上38層，1997年建成；
福州僑益大廈，地下2層，地上32層，高115.7米，1997年建成；
天津今晚報大廈，地下2層，地上38層，高137米，1997年建成；
北京世界金融中心大廈，地下3層，地上33層，高156米，1998年建成；
深圳郵電信息樞紐中心大廈，地下3層，地上48層，高180米，1998年建成；
廣州新中國大廈，地下5層，地上43層，高200米，1999年建成；
重慶環球廣場大廈，地下2層，地上31層，高110.6米，1998年建成；
昆明邦克大廈，地下3層，地上36層，高126.1米，1998年建成；
重慶世界貿易中心，地下5層，地上55層，高210米，1999年建成；
深圳賽格廣場大廈，地下4層，地上72層，高291.6米，1999年建成。
