钢管混凝土结构在工业厂房中的应用研究

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摘 要：综合分析钢管混凝土结构在单层和多层工业厂房中的发展现状和应用实例，并介绍厂房钢管混凝土柱与其他形式柱相比的优势所在，厂房中钢管混凝土柱的牛腿、柱脚、肩梁以及节点的施工工艺和构造，可知钢管混凝土结构完全可以满足厂房结构设计的要求，有进一步推广的价值。

关键词：工业厂房 钢管混凝土柱 牛腿 节点

中图分类号：TU746.3 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-028-02

1 引言

钢管混凝土结构是将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，近些年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，钢管混凝土已被越来越广泛的应用在单层或多层工业厂房、各种构架柱、栈桥柱、大跨和空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁结构中。

钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以承受轴向压力和偏心较小的轴向力为主，在单层和多层工业厂房的设计中应用钢管混凝土结构有其突出的优点。

80年代初，在多层工业厂房中开始应用钢管混凝土柱。1982年建成的上海三十一棉纺厂，该多层工业厂房采用钢管混凝土框架柱，与钢筋混凝土柱相比，具有柱子截面小，施工速度快、劳动强度低等优点。在试点工程中可以达到节约水泥50%左右，施工中可节省全部模板，用钢量增加15%左右；与钢结构柱相比，钢材节约十分显著。该工程施工场地狭小吊装困难，采用钢管混凝土柱，工程施工周期提前了二个月，由此获得经济效益近40万元（厂房总投资只有35万元） 。

3 厂房钢管混凝土柱的牛腿和柱脚

对于厂房钢管混凝土组合柱的牛腿构造，目前实际工程中是将钢管开槽，插入肩梁并将其与管壁施焊，最终肩梁与管内混凝土浇成整体（如图2、图3所示）。肩梁可分为单肩梁和双肩梁二种。单肩梁传力直接、施焊方便、节省材料，应尽可能采用单肩梁。由于管壁较薄，肩梁与管壁的焊缝较小，焊缝计算长度又不得大于60倍焊缝高度，因此，吊车反力除靠焊缝传递外，还应靠肩梁与核心混凝土的局部承压传递。为了保证肩梁与管壁的焊缝，在肩梁范围内应把钢管管壁加厚（一般取6mm）。

4 厂房钢管混凝土柱节点

在厂房结构中，节点的设计尤为重要。节点作为传力枢纽，在设计时应注意将水平构件的荷载传递至钢管混凝土柱的整个截面上，尽量避免只传递至钢管管壁。在框架节点中有内加强环和外加强环两种连接方式传递梁端正负弯矩产生的拉力。为了保证牛腿与钢管柱地可靠连接，可将肩梁插板穿过钢管柱与外壁焊接，以承受梁端的全部剪力。工程实践表明，以这种方式设计的节点传力明确，构造简单，施工方便，符合安全可靠的设计要求。

5 工程实例

上海重型机器厂重型粗加工车间东西向总长266m，跨度36m。柱距有9.5m、12m、14.5m、19m。36m跨度内布置双层吊车，上层350t（A6）、250t（A6）桥式起重机各一台，轨顶标高为20m；下层50t（A5）桥式起重机两台和一台32t（A5）桥式起重机，轨顶标高为14m。厂房结构形式为“钢管混凝土格构柱+实腹钢梁”的单层钢框架结构。因车间内布置双层吊车，且大吨位在上层，所以将钢管混凝土柱设计成两阶柱，第一阶柱直接延伸到上层吊车梁下翼缘标高处，用以承受吊车梁传来的吊车竖向荷载。下层吊车吨位相对较小，因此设计成由内柱肢悬挑出牛腿，以承受下层吊车竖向荷载。下柱截面形式采用四肢柱，柱截面高度为2.3m，肢宽为1m，采用直径为402mm，钢管厚度为10mm的螺旋焊接管；上柱采用焊接H型钢450mm00mmmmmm。屋面梁采用焊接H型钢与柱刚接，以减小柱子的侧向位移。屋面围护结构采用高频焊接H型钢檩条加单层彩钢板。钢管混凝土柱肢直接插入基础杯口，因钢管混凝土柱承受的水平荷载较大，插入深度取4倍管径。柱脚留有顶升式浇筑混凝土的法兰连接管，而在肩梁处均留有排气孔。肩梁由上下翼缘、腹板与柱肢剖口焊缝连接。

6 主要技术经济分析

与已建成的厂房高度相近且吊车吨位类似的全钢结构大型工业厂房相比，可以发现采用钢管混凝土结构有很大的优越性。沪东造船厂船体装焊车间排架柱用钢量仅为62.3kg/m2，比采用钢格构柱节省近50%，工程造价减少500多万，而且大大缩短了工期。

7 结论

（1）在单层和多层工业厂房中应用钢管混凝土柱，由于核心混凝土的作用，其比钢管柱的横向刚度和强度提高，柱截面用钢量减少50%，承载力约提高10%。由于钢管为曲面，柱顶及肩梁构造比钢结构柱复杂，施工难度大，用钢量也多；比钢结构柱的柱脚简单，施工方便，用钢量也少。

（2）钢管混凝土柱应用于重型或特重型单层工业厂房，能充分发挥结构承压能力高、刚度大及抗震性能好的特点，承压愈大，经济效果愈明显。此外，使用钢管混凝土柱还可以减少柱的用钢量及自重，减少焊接工作量，节省大量的焊接材料，缩短制造工期。

（3）由于钢管混凝土柱的工作性能完全满足厂房结构设计的要求，有进一步研究和推广应用的价值。

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