钢管混凝土柱在工业厂房中的应用

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【摘要】随着市场的发展，钢筋混凝土的缺点日益暴露。钢管混凝土的优势逐渐地表现出来，成为了工业厂房的主要建筑材料。本文在分析钢管混凝土的特点的基础上，比较其与其他形式柱的优势所在，指出其推广的价值。

【关键词】钢管混凝土；工业厂房

一、钢管混凝土的特点

钢管混凝土是一种在钢管内部浇筑混凝土而形成的结构构件。根据钢管内所填充的混凝土的数量可以将钢管混凝土分为实心钢管混凝土和离心钢管混凝土。在没有特别说明的情况下，我们所说的钢管混凝土都是指实心钢管混凝土。由于钢管混凝土的形状是由钢管的横截面形式而决定的，所以根据钢管横截面的形式，我们可以将钢管混凝土分为多边形钢管混凝土、柱形钢管混凝土、方形钢管混凝土和圆形钢管混凝土等等。无论是何形状的混凝土，其材料基本上都是由无机非金属混凝土和金属钢复合而成的复合材料。钢管混凝土，就是由常见的钢――砼组合而成的一种重要的结构形式。

钢管混凝土的工作原理是这样的：首先在钢管内部填充足够的混凝土之后，钢管会对内部填筑的混凝土产生一个套箍力，这样可以极大地提高混凝土的强度和韧性。同时，也有利于整体结构稳定性的提高和用钢量的减少。例如在1982年建造的上海三十一棉纺厂，由于摈弃了传统的钢筋混凝土柱结构，采用了先进的钢管混凝土框架柱，在真正施工的过程中，节约水泥50%左右，节约用钢量15%左右，而且因为使用了钢管混凝土柱的原因，使得工程周期缩短了两个月，增加了近40万元的经济效益。

近年来，钢管混凝土柱的优势逐渐显露出来，不仅仅是工业厂房建造，而且水电站工程、建筑基础工程、跨河工程、地下工程、高层建筑工程等也纷纷使用钢管混凝土结构。这种结构形式之所以被大量使用，主要是因为它有以下特点：1、承载能力高。普通钢管因为受到材料性能、结构形式的限制，使得它所能发挥的稳定结构的能力只能由钢管壁来提供。大量的事实证明，普通钢管在常态形势下，所能承受的重力只是钢材理论条件下所能承受重力的三分之一到五分之一，在由其他因素如应力残余的影响下，钢管的承重能力更低。但是在钢管中填筑混凝土之后，混凝土受到轴心压力和套箍力的影响，纵向开裂比较缓慢，而且其钢管壁屈服的现象也能够有效避免或延缓，所以钢管混凝土结构其传统的钢筋混凝土结构具有更好的承载能力。2、塑性和韧性都有所提高。混凝土材料无法克服的一个缺点就是脆性，特别是对于高强混凝土，这种缺点就更加致命。但是在钢管混凝土中，因为混凝土处于三方面压力的作用下，所以其弹性性质能够得以改善，由此提高了混凝土的韧性和塑性。3、有利于抗火和防火。钢管混凝土是由钢管和混凝土组成，一旦遭遇火灾，钢管混凝土中的混凝土能够很好地发挥其吸热性能，减慢钢管壁的升温速度。在火场中，火源中心的温度非常高，由于材料的特性，钢管会出现变形、融化等情况，但是其中的混凝土在没有钢管作用的情况下，能够承受建筑结构对钢管混凝土结构的大部分横向荷载，使得建筑物结构能够坚持不倒。另外，防火涂料的出现和使用，也能够增强钢管混凝土的抗火性能。实践证明，在同等条件下的钢管混凝土柱和纯钢管柱，后者的耐火性要远远低于前者。4、耐腐蚀性能优于钢结构。相比于内外部均涂刷防腐材料的纯钢管结构，钢管混凝土内部因为有混凝土的存在，来隔绝钢管内壁和空气以及其他腐蚀性材料的基础，所以其抗腐和防腐能力较高。5、施工方便。由于其内部存在钢筋，所以钢筋混凝土在施工过程中必须要经过多种工序才能使用。但是钢管混凝土因为本身已经具有模板的作用，内部也没有其他的构造，因此在施工中可以免除多种复杂的工艺，这大大地简化了施工程序，缩减了施工时间。6、经济效益明显。钢管混凝土摒弃了钢管和混凝土这两种建筑材料的缺点，而综合了各自的优点，使得材料在应用方面更为合理。在实践中，我们可以知道，利用钢管混凝土结构进行施工，其重量要减轻一半左右，混凝土要节省一半左右，用钢量比起传统的钢结构也要减少二分之一，极大地减少了原材料，增加了效益。

二、单层和多层工业厂房钢管混凝土柱

由于单层工业厂，房中所使用的柱子属于偏心受压构件，这种结构形式能够在很大程度上发挥钢管和核心混凝土协同工作的优势，所以在实际工程施工过程中，厂房柱子多数都设计成格构式组合柱，其截面形式多种多样，例如单肢柱、四肢柱、三肢柱、双肢柱等等，这些结构形式能够把偏心弯矩转化为轴心力，因此得到了广泛的应用。例如本溪钢铁公司二炼钢锭模车间的钢管混凝土柱设计就是四肢柱；上海电机厂露天车间的厂房结构的主要钢管混凝土柱是三肢柱，太原钢铁公司第一轧钢厂的第二小型厂的厂房柱子使用的是双肢柱的结构形式等等。通过大量的工程实践可以知道，与钢筋混凝土结构和普通的钢柱结构相比，钢管混凝土结构具有承载能力高、塑性和韧性较强、具有较强的防火抗火能力、高度的耐腐蚀性、巨大的经济效益、外观轻巧等优点和特点，所以单层工业厂房在设计时一般都会考虑使用钢管混凝土结构土柱。在施工建造是，可以将钢管浇筑混凝土的环节放到主体结构全部完成之后再进行，这样可以大大地缩短工期，方便施工。

三、工业厂房钢管混凝土柱的牛腿和柱脚

工业厂房中的钢管混凝土柱的牛腿构造，是将钢管开槽，插入肩梁，并将钢管和肩梁与管壁焊接，最后再将肩梁和混凝土浇灌成一个统一的整体。肩梁有单、双之分，相比于双肩梁，单肩梁能够直接传力，在进行焊接的时候也较为容易方便，同时能够节省大量的材料，所以在具体施工过程中，一般都尽可能地使用单肩梁。由于钢管的管壁比较薄，所以在肩梁和管壁之间的空间比较小，在焊接的时候对于焊缝有着严格的要求，不能大于60倍的焊缝高度。因此吊车反力除了施加于焊缝之外，还依靠肩梁与核心混凝土的局部来承受压力。为了保证肩梁和管壁之间的焊缝能够符合需要，一般在肩梁范围内把钢管管壁加厚6mm。工业厂房中的钢管混凝土柱的柱脚构造，一般是采用将柱肢直接插入杯口的形式，而且其插入深度不能大于5倍的钢管外径。所以 钢管外肢出现拉力时，柱肢和基础的粘接力应该计算在内，这样才能够保证计算准确。

参考文献

[1]张庆伟.钢筋混凝土结构在重型工业厂房中的应用[J].山西建筑，2009.

[2]张浦阳，丁红岩.钢管混凝土结构的技术经济评价[J].福建建筑，2000.

作者简介：王向辉（1980-），男，汉族，河南洛阳人，硕士，中色科技股份有限公司，工程师。研究方向：结构工程。