钢管砼结构在体育场馆中运用研究

摘 要：本文介绍了钢管砼柱的结构受力体系、主要构造的处理、地震作用的影响，以及钢管砼轴压杆件作为网架压杆的屋盖结构设计。对钢管砼的特点和技术经济效益的分析表明，钢管砼普遍应用在大型、高层、超高层及高耸钢结构中，带来的效果也是很明显的，本文从体育馆的建筑构造中简述了钢管砼的作用。

关键词：钢管砼结构 体育场 具体应用特点

中图分类号：TU398 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0098-01

钢管砼结构在工程建筑中的应用，现在是越来越明显了，尤其是近几年来，钢管砼结构作为一种新型的钢-混组合结构，已经被广泛的应用到单层和多层工业厂房住、设备构架柱、各种构架、支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构等建筑体，而且在建筑中起到了重要的作用。当前在我国一些体育馆的结构设计中，应用钢管砼结构。在屋盖结构设计中，用钢管砼轴心受压杆件作为网架的压杆。在主体结构中，用钢管砼柱作为整个建筑物承重和抗震结构体系，体现了中国传统建筑风格和现代技术的良好结合。下面笔者就钢管砼结构在体育场馆中的运用进行一下分析研究，希望对促进我国体育场馆的建筑设计做出有益的贡献。

1 钢管砼结构体育场馆工程概况

钢管砼结构体育场馆空旷面积较大，一般的占地面积大多在2000 m2以上。在建筑立面上往往有数十个钢管砼柱外露，以体现体育建筑刚劲有力的建筑风格。

为配合建筑造型，钢管砼结构体育场馆屋盖一般采用正交斜放抽空四角锥网架，网架部分的受压杆件采用钢管砼杆件，主体结构数十个个钢管砼柱组成，将钢管砼受压柱应用在大跨度体育建筑结构设计和将钢管砼受压杆件应用在屋盖网架结构体系中。在主体结构中，用钢管混凝土柱作为整个建筑物承重和抗震结构体系，来说明钢管砼结构的具体效果。

2 钢管砼柱结构设计

2.1 钢管砼柱结构体系及构造

钢管砼结构体育场馆整个建筑承重结构体系为数十个个钢管砼柱组成空间框架与排架结构协同受力体系。

（1）钢管选型：钢管通常采用螺旋形焊缝钢管，钢号通常可以选用A3号钢，可内填C30砼。根据建筑物地震及竖向荷载的内力计算，以及满足长细比的要求，在这里我们不仅仅要考虑到，钢管的重量、厚度、长度，同时还要计算所用的混凝土的立方数，依据这些来选择合适的钢管。

（2）托梁与钢管砼柱的连接。设计中通常要采用托梁的宽度与钢管的直径相同。在钢管的内壁周围等距离焊接钢筋，并焊螺旋箍筋。连接钢筋截面面积与钢管壁厚面积相同，伸入柱内及托梁内的锚固长度要满足40d（d为钢筋直径）的要求。螺旋箍筋参考框架的构造要求，间距通常要不大于100 mm，浇灌钢管内砼的施工缝不宜在钢管顶面处留，宜在钢管顶面下去40 d（d为钢筋直径）处留，待托梁钢筋绑扎好后，一同浇注砼。同时钢管砼柱插入杯口基础内的深度为可为2D（D为钢筋直径）。在基础范围内的钢管砼柱周围可焊接水平环状钢筋，以提高钢管砼柱与基础的连接力。

3 钢管砼柱与梁板的连接

（1）剪力传递。所谓的剪力传递就是配筋率、销栓作用和剪切面尺寸对于钢筋混凝土剪面剪力传递性能。而体育馆正是柱连接的梁端剪力传递，我们借助那些在钢管上面牛腿来做剪力连接。通过牛腿的上、下翼缘、腹板均与钢管双面贴角焊接要牢靠，与板连接的板端局部可剪力传递，钢管外部剪力传递是将梁（板）端的剪力传递于钢管，可借助于板正负钢筋与焊于钢管上的上下加强环分别焊接来传递剪力。

（2）弯矩传递。根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，来计算各个端点的负荷，来实现与柱连接的梁端弯矩传递，在梁上翼缘可设置加强环，下翼缘设置牛腿。加强环与牛腿均需与梁正负钢筋焊接。与柱连接的板端弯矩传递同样可借助于板正负钢筋与焊于钢管上的上下加强环分别焊接来传递弯矩。

4 网架中钢管砼杆件作为受压杆件的设计

在屋盖结构设计中，用钢管混凝土轴心受压杆件作为网架的压杆。网架往往需要数百个个杆件，其中，轴心受压杆件为通常要占总杆件的一半左右，这个时候我们可以选择钢管钢管砼柱结构，因为它可以代替钢结构，不仅省资料、还省时省力、省钱。

5 钢管砼结构的优点和技术经济效益

采用钢管砼柱结构在设计时，力求做到构件统一，节点统一，这样就可以使得能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高，从而让它们各自受力均匀。对于对混凝土来说，由于钢管约束，改变了受力性能，对钢管来说，同样有着混凝土的约束亦是如此。其次施工简单，还能缩短工期。由于钢管本身都是模板，通过建筑构建，我们就很方便的搭建一个工程骨架。不仅节省了大量施工中的材料，减少了施工工作量，而且还大大的提高了我们的工作效率。对于抗震这一块来说，钢管砼结构的条件更为优越，由于自身的重量比着原来全部混凝土的重量减轻了一大部分，再加之钢管的延伸性、牢固性，对于抗震来说，这些都是极为重要的作用，提高体育馆的质量。

对于钢管砼的经济效果更是可想而知，首先为我们不仅仅省下了许多的材料资料，还为我们节约工期所用的时间。根据多项工程统计，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下钢管混凝土大约能节省钢材50%，，并节省大量的焊接工作；在比较混凝土建筑，相比之下，所用的水泥和沙石的材料也减少了一半，节约了很多的建筑经费；钢管内浇灌混凝土也可以减少钢管的腐蚀面积，腐蚀面积的减少间接的也是减少了将来的维修经费；而且钢混结构，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，由于承受的温度面不同，钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低，使得建筑更不容易坍塌。最后是最直接也是最重要的，就是大量减少了人工费用，把体育馆的造价降到了最低。

总之，通过对当前国内采用钢管砼结构体育场馆进行的经济技术分析表明，钢管砼柱结构，不仅能够适应体育馆结构向大跨、高耸、重载发展的需要，还符合现代施工技术的工业化要求，改善了体育馆的美观性、质量性和空间性。正是因为钢管砼结构的作用如此之大，而正被越来越广泛地应用于各种结构工程中，而且大部分的已经有了不错的效果。作为新技术，我们应该充分的掌握其优势，积极的钻研和发展这些优势，让它们更好的服务于我们。所以钢管砼结构有着广阔的发展前景，这也需要我们的努力来实现它的价值。

参考文献

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