试述钢管混凝土柱在民用建筑中的应用

摘要:随着社会经济的不断进步和发展，我国的钢铁产量得到了不断的提高，在上个世纪的八十年代开始在一些民用建筑中使用钢管混凝土柱，并取得了非常好的建筑效果以及经济效益。钢管混凝土柱具有施工比较简便,节省时间；韧性以及塑性良好；构件的承载力比较高；耐火性能比较好；经济效益比较显著；建筑布局比较灵活等优点，可广泛应用于民用建筑中。本文主要说明了钢管混凝土结构所具有的一些优点以及设计要点。

关键字：民用建筑；钢管混凝土柱；优点

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

前言：

什么是钢管混凝土柱？钢管以及在钢管内所填充的混凝同组成的受力构件统称为钢管混凝土柱。因为钢管以及其中的混凝土是两种不同的材料，其力学性能不同，相互之间具有互补性，而且钢管对其内部混凝土具有套箍作用，一旦核芯混凝土受到单方向的挤压，即可处于三向受力的状态，大大增强了轴向的抗压能力。并且这种结构不但耐疲劳、延性比较好、重量比较轻，还具有施工方便、省料、冲击等优点，可广泛应用于桥梁、地铁等建筑，民用建筑也不例外。

2、钢管混凝土结构所具有的优点

2.1施工比较简便,节省时间

与普通钢柱相比，钢管混凝土柱不管是组合柱还是单管柱，焊缝和零件都要少得多，并且柱脚构造比较简单,直接放进混凝土的预留杯口中即可，减少了复杂的柱脚构造。尤其是钢管的厚度比较薄，在很大程度上减少了现场焊接的难度以及工作量。一般多层住宅建筑所需的钢管混凝土构件直接在工厂中预制就可以了，是一种新型的建筑产品，而且等到这个构建制作完成后只需由车辆运到施工现场由专人组装即可，是一种比较新颖的集约化、工业化以及标准化的生产方式。

2.2拥有非常好的韧性以及塑性

混凝土如果长期受到单纯受压，其常熟脆性很容易遭到破坏，但是如果使用钢管混凝土柱，由于核心混凝土被钢管所约束，不仅使得心思使用阶段进行工作时增强了其弹性性质,提高了可弹性工作阶段，并且再有破坏发生时，可以产生很大的塑性变形。根据相关的试验我们可以得知，钢管混凝土柱在遭到破坏时，其长度可以压缩三分之一左右，而且其脆性还没有遭到破坏的特征。这一种新型结构，在承受很大冲击以及振动荷载的时候,也会有非常大的韧性，所以抗震性能比较好，非常安全可靠。钢管混凝土构件的抗震性能要远远优于钢构件，不会产生因为钢管局部失稳而引起的破坏。

2.3构件的承载力比较高

钢管混凝土构件其轴心在受到压力的时候，核心混凝土以及钢管处于一种三向应力状态下，导致工作性能发生了质的变化。这是因为钢管有紧箍混凝土的作用，使得混凝土有三向受压，从而延缓了受压时的纵向开裂情况,不但很大程度上提高了混凝土的抗压强度，而且还使其由脆性材料转变为塑性材料。除此之外，薄壁钢管的承载力恒往往决定于薄壁的局部是否具有稳定性,是否屈服强度常得不到充分利用。在使用钢管混凝土柱时,由于其内部已经存在混凝土，大大的增强了薄壁钢管的局部稳定性，可以充分利用其屈服强度。根据相关的研究我们可以得知，钢管混凝土轴压柱自身的承载力能够达到截面尺寸相同的钢管以及混凝土承载力相加的1.7倍。这是因为钢管混凝土结是在钢管混凝土构件内部，这两种材料相互作用弥补了对方的弱点，使其长处更加的突出，所以混凝土和钢管才是最好的组合。

2.4耐火性能比较好

在火灾发生的情况下,由于火灾现场温度会随着时间慢慢升高，建筑的外部钢管在很短的时间内就会失去承载力，然而由于核心混凝土的热传导率比较低，强度维持的时间比较长；除此之外，因为外部钢管壁始终对内部混凝土有一个“套箍”的作用,所以在有火灾发生时，钢管混凝土仍旧可以承担部分荷载。根据相关试验我们可以得知，火灾中的立柱能够承受住大约百分之七十左右的设计荷载。因为再有事故发生时，柱具有非常好的整体性能,能够防止结构坍塌等重大事故的发生。根据相关的研究我们可以得知，如果钢管混凝土立柱的截面边长达到250毫米，钢管壁厚达到4毫米，那么就可以不另外补配钢筋，而且其还能在火灾中就达到2.5小时的耐火极限。同时，在经历了火灾之后，普通的钢筋混凝土构件其破坏截面的力学性能不能随着温度的降低而有所改善或者是恢复。而且在常温情况下，钢结构当中已经扭曲或者是失稳的构件也基本没有了安全性能。然而钢管混凝土构件可以随着火灾结束后温度的降低，其屈服截面处的力学性能以及强度性能都可以得到改善，而且结构的整体力学性能要比发生火灾之前提高了很多，不但提供给了加固工作很好地施工环境，还降低加固的工作量。

2.5经济效益比较显著

钢管混凝土柱所选择的钢管要比钢结构柱子所需要的钢管其材质要求比较低，而且就焊接相对来说，前者也比较容易，厚度也要比钢柱厚度小，大约可以节省一半左右的钢材，大大降低了造价，创造更多的经济效益。

2.6建筑布局比较灵活

在建造中使用钢管混凝土框架结构，能够确保建筑灵活布局的要求得到满足，可以降低由于建筑开间而带来的限制。除此之外，使用钢管混凝土结构形式能够大大提高结构的抗震性能以及整体力学性能。就结构层面来说，使用钢管混凝土框架结构能够提高建筑的整体品位。

3、钢管混凝土柱的设计要点

3.1钢管混凝土柱以及基础的连接节点

通常有两种钢管混凝土柱连接基础的方法，也就是端承式柱脚和埋入式柱脚。埋入式柱脚指的是先把钢管混凝土柱插入到基础提前制作号的杯口中，然后浇筑混凝土。但是这种方法会导致凝土杯口以及钢管外壁之间的摩擦力过小，因此需要在处于杯口内的钢管外壁上焊接适量的抗剪栓钉。然而在实际应用中我们发现只是焊接一些栓钉是远远不能抵抗柱子与基础之间所发生的冲切力的，还需要设置一些抗剪钢板。所以就这种连接方式来说，最好的方法是在杯口内放入适量的抗冲切加劲环板，这就能够有效的把柱子所承受到的力传递到基础上了。如果选择使用端承式柱脚，尽管可以将基础的抗冲切问题解决掉，但是因为加劲肋要比地面高，在实际使用中会带来很多的不便，所以这种方法一般不会在民用建筑中使用。

3.2对钢管混凝土柱所进行的防火设计

严格来讲，钢管混凝土柱和普通的纯钢柱是不同的，因此钢管混凝土柱不能够通过普通纯钢柱的原则以及标准来要求其防火涂层具体的耐火时数。这是由于钢管混凝土柱的界面长度要大于高度相同、荷载一样的纯钢柱的。在发生火灾时，普通的纯钢柱一般是被火完全包围，但是钢管混凝土柱通常是被火包住了一侧，也就是钢管内的混凝土能够吸收一些热量而且导热效率比较低，大大减缓了温度的上升时间。通过相关的研究以及调查我们可以得知，对于一级耐火要求,如果使用的防火涂料是厚涂型时,钢结构柱所需的保护层厚度要达到五十毫米，而钢管混凝土柱所需要的防火保护层厚度只需二十五毫米，甚至更低。由此可见钢管混凝土柱不但防火的性能好，而且造价低。

结语：

在民用建筑中广泛使用钢管混凝土结构，比如说钢管混凝土柱，能够大大的提高结构的可靠性以及承载力，减少施工工期，提高建筑品位，产生非常好的社会效益以及经济效益，是一种前景极好的结构形式。虽然在这方面我国的研究才刚刚起步，仍需进一步的完善施工措施、设计方法等等。但是在今后的建设事业中，钢管混凝土结构一定会有很好地发展前景，有一个很广泛的应用。

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