钢管混凝土

目前研究和应用最多的几种钢管混凝土构件横截面形式 ：
二、钢管混凝土的特点
1、构件抗压承载力高 一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独的承载 力之和，实现了所谓的1+1>2的组合效果
2、塑性与韧性好 通常情况下，单纯受压的混凝土常属脆性破坏，对于高强混 凝土更是如此，其工作可靠性因而有所降低。若借助钢管对核心 混凝土的套箍约束作用，不但改善了核心混凝土在试用阶段的弹 性性质，此外，钢管混凝土结构在水平荷载的反复作用下，滞回 曲线P-Δ十分饱满，延性好，吸收能量多，且刚度退化现象很小。 因而抗震性能好。
国家 规范 1965年 ACI318-65 《美国混凝土协会规范》 美国 1971年 ACI318-71 《美国混凝土协会规范》
1989年 ACI318-89 《美国混凝土协会规范》
1986年 AISC-LRFD 《美国钢结构协会规范》 1967年 AIJ 《钢管混凝土组合结构设计标格广场大厦是世界上全部采用钢管混凝土 柱的最高和超高层建筑，也是我国第一座自己投资、自己设计、全 部国产钢材、自行加工制造及自行安装的超高层建筑，地上建筑高 度为291.6m，地下4层，地上72层，采用框架-筒结构体系，建筑 面积166700 m2，外框柱网为12m×12m，内筒密排柱的柱距为 3m，采用了圆钢管混凝土柱。 2003年建成的台北国际金融中心[51]占地面积30277 m2，地 下5层，地上101层，总建筑面积166700 m2，地上建筑高度为 508m，101层塔楼应用了井字型结构体系，中低层柱子采用了矩形 钢管混凝土，最大的钢管混凝土柱截面尺寸为2.4m×3m，矩形钢 管由四块钢板拼焊而成。 2010年建成的天津市标志性建筑津塔，高336.9m，在中国已建 成的摩天大楼中排名第七位，在世界已建成的摩天大楼中排名第25 位，主塔楼地下4层，地上73层，总建筑面积580000 m2，塔楼结 构设计采用钢框架-钢板剪力墙结构体系，柱采用钢管混凝土组合 柱，钢管柱最大直径1700mm，最小直径600mm，其中混凝土强 度等级最高为C60。
广州丫鬟沙大桥
某重型钢结构工业厂房
钢管混凝土格构柱国内外研究状况 ：
目前，钢管混凝土格构柱因其突出的优点虽然已在工程当 中得到广泛应用，但国内外对这种格构式钢管混凝土柱的极限 承载力试验研究和理论研究工作开展的还比较少，在实体结构 上做试验更是寥寥无几。
国内较早开展研究的主要有中国建筑科学研究设计院蔡绍怀 院士用极限平衡法求解了钢管混凝土格构柱在轴力和弯矩共同 作用下的极限承载力。
哈尔滨工业大学钟善桐院士在钢管混凝土统一理论的基础上计 算出了双肢平腹杆柱、双肢斜腹杆、三肢斜腹杆柱、四肢斜腹 杆柱体系在单位剪力作用下的单位剪切角，从而得出相应格构 柱的换算长细比。
浙江大学于安林和童树根教授对钢管混凝土双肢柱单腹板肩 梁和四肢柱双腹板肩梁进行了试验研究和受力分析，得出了肩 梁的设计方法和节点区钢管强度的计算方法，并对肩梁设计提 出了相关构造措施。
与国外相比，我国钢管混凝土结构起步较晚，20世纪60 年代 初才进入我国，迄今已过半个世纪。它在我国的发展和应用经历了 两个阶段：从60年代中期到80年代中期为应用推广阶段，从80年 代中期迄今为提高发展阶段。 在应用推广阶段中，1966年首次成功将钢管混凝土用于鞍山 第三冶金建设工业公司预制构件厂制管车间柱和北京地铁中的“北 京站”和“前门站”的站台柱，之后的北京地铁工程中的站台柱全 部采用了钢管混凝土结构，取得了十分显著的经济效益。从此，钢 管混凝土在我国得到了推广和应用。被广泛用于冶金工业、造船工 业、电力工业等部门的单层、多层工业厂房柱和送变电构架等，建 成的建设工程总数超过百项。 自20世纪80年代中期开始，随着我国改革开放政策的实施，钢 管混凝土在我国的发展进入了提高发展阶段。在此阶段，钢管混凝 土除继续在工业建筑中得到进一步的推广应用外，在高层、超高层 建筑建设中得到了卓有成效的应用，取得了令人瞩目的成就。例如 于1994年建成的厦门阜康大厦，高度为86.5m，地下2层，地上25 层，采用框架-剪力墙结构体系，从地下2层到地上12层采用了圆钢 管混凝土柱，其它柱子采用钢筋混凝土。
钢管混凝土技术
一、钢管混凝土定义：
钢管混凝土是指将混凝土（如普通、高强、轻骨料 混凝土等）灌入钢管内而形成的由钢管与核心混凝 土协同承受外荷载作用的一种组合结构。从狭义上 讲，“钢管混凝土”是“钢管套箍混凝土”（Steel Tube-Confined Concrete）的简称，英文缩写为 STCC，仅指圆形钢管。因为方形、矩形钢管对核心 混凝土套箍作用并不明显；从广义上来讲，凡是在 钢管内填入混凝土而形成的组合结构都称之为“钢 管混凝土”（Concrete-Filled Steel Tube，简称 CFST），按截面形式不同，可分为圆形钢管混凝土， 矩形钢管混凝土和方形钢管混凝土等。
四肢柱
目前在输电线塔、风力发电塔架、火车站站台柱、单层和 多层工业厂房、大跨度拱桥中应用的比较多，将来有望在高层、 超高层建筑的巨型框架结构中得到卓有成效的应用。除此之外， 钢管混凝土柱因其独特的造型，应用于输电塔、火车站站台柱、 大跨度拱桥、工业厂房中可以增加其美观性。
钢管混凝土双肢柱输电线
合肥火车站站台柱
目前，钢管混凝土格构柱研究方面存在的问题主要有： ⑴试验研究较零散，缺乏系统性。研究内容和研究参数均非常 有限，对其受力机理和特征缺少全面的了解 ⑵钢管混凝土双肢柱柱肢钢管和核心混凝土的受力分配问题比 较复杂，目前在这方面的理论与试验研究开展的并不多，有待 进一步研究。
各国钢管混凝土结构设计规范
N Nu
Nu 0.85 ( As f y 0.85 f
'
c
Ac )
N──构件轴力设计值； Nu──轴压短柱强度承载力； φ──折减系数，取值为0.85； fy──钢材的屈服强度； As、Ac──分别为钢管和核心和混凝土的截面面积，对于方钢 管混凝土，A =4t ( B t ) ，A ( B 2t ) ，其中B为方钢管混凝土 外边长，t为钢管壁厚。 ' f c ──混凝土圆柱体抗压强度，对普通等级的混凝土，混凝 ' 土立方体抗压强度与圆柱体抗压强度之间的关系 f c 0.79 fcu ； 对于高强混凝土，混凝土立方体抗压强度与圆柱体抗压强度之 间的关系为： f 'c 0.80 fcu 。
1999年 DL/T5085-1999 《钢-混凝土组合结构设计规程》
2001年 GJB2001 《战时军港抢修早强型组合钢构技术规程》
六、各国钢管混凝土结构设计规范简介
美国规程ACI（1999） ： 规程ACI（1999）在计算钢管混凝土构件的承载力时，是将其等效为钢 筋混凝土构件，按照钢筋混凝土的方法进行，截面形式包括圆形、方形和矩 形。 计算时采用了如下基本假设： ⑴钢材和混凝土变形协调； ⑵钢材采用理想弹塑性应力一应变关系模型； ⑶混凝土受压边缘的极限应变为0.003； ⑷混凝土压应力分布和混凝土应变分布之间的关系，可假定为矩形、梯形或 在强度计算上能符合多次综合实验结果的其他形状。若假定等效受压区为矩 形分布，则对于等效受压区高度系数，当混凝土圆柱体强度不超过 30N/mm2时，取为0.85；超过30N/mm2时，每增加7 N/mm2，其数值减小 0.05，但不得小于0.65。
四、国内外钢管混凝土的发展及应用概况
20世纪60年代前后，钢管混凝土结构技术在苏联、英国、法 国、美国、日本、德国等工业发达国家受到重视，在此阶段国外学 者开展了大量的试验与理论方面的研究工作，曾在一些工业建筑和 民用建筑工程中加以应用。如法国巴黎居民区的第一座摩天大楼， 比钢柱节省钢材40%； 日本在鸣门海峡建造的高140m，跨距达1700m的钢管混凝土 输电跨越塔等。20世纪80年代后期，由于先进的泵灌混凝土工艺和 现代高强混凝土的迅速发展，在美国、日本、澳大利亚等国的若干 高层建筑工程中，钢管混凝土结构技术得到了飞速的发展，如如美 国旧金山市一幢办公楼（50层，高175.3m，80年代末建成）、美 国西雅图的联合广场大厦（58层，80年代末建成）和美国西雅图的 太平洋第一中心大厦（44层，90年代初建成）； 日本1998年竣工的第一座最高的采用钢管混凝土的高层建筑— —埼玉县雄狮广场高层住宅楼（55层，高185.8m）； 澳大利亚1991年于墨尔本建成的联邦中心大厦（46层），是 澳大利亚采用钢管混凝土的第一个高层建筑。
到目前为止，我国学者在钢管混凝土力学性能研究 方面已取得了一系列研究成果，先后颁布了几本有关钢 管混凝土结构设计方面的规程，例如国家建筑材料工业 局标准JCJ 01-89（1989）、中华人民共和国国家军用 标准GJB4142-2000（2001）、天津市工程建设标准 DB 29-57-2003（2003）、福建省工程建设标准DBJ 13-51-2003、中华人民共和国电力行业标准DL/T 5085-1999（1999）、中国工程建设标准化协会标准 CECS：28:29（1992）、安徽省钢管混凝土结构技术 规程DB34/T1262-2010（2010）等。
1997年 AIJ 《劲性钢筋混凝土结构计算基准》
1979年 BS5400-79 《桥梁设计规范》 1996年 BS5400-96 《桥梁设计规范》 1984年 DIN18806-84 《桥梁设计规范》 1997年 DIN18806-97 《桥梁设计规范》 1989年 JCJ01-89 《钢管混凝土结构设计与施工规范》 中国 1990年 CECS28:90 《钢管混凝土结构设计与施工规范》
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台北国际金融中心
广州国际金融中心
五、钢管混凝土格构柱概述 钢管混凝土格构柱的分类： 钢管混凝土格构柱一般由圆钢管混凝土柱肢和空钢管或型钢 缀件组成，截面一般设计成双轴对称或单轴对称。与钢格构柱相 似，钢管混凝土格构柱按柱肢数量可分为双肢柱、三肢柱、四肢 柱和多肢柱。
双肢柱
三肢柱
3、制作与施工方便； 4、耐火性能较好； 5、经济效益好。