钢管混凝土结构的特点及实际应用

钢管混凝土结构的特点及实际应用

孙

巍

黑龙江

155126

黑龙江建龙钢铁有限公司

摘

要:本文结合钢管混凝土结构特点，介绍了其具有高强度、高韧性、重量轻、抗震性能好等优点，并结合这些优点探讨了钢管混凝土结

构研究现状和工程应用。

关键词:钢管混凝土；强度；韧性；抗震；耐火；应用

钢管混凝土(Concrete-FilledSteelTube)是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。钢管混凝土结构是一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的一种新型结构,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,具有承载力高、延性好、施工方便、经济等优势。

1.钢管混凝土分类

按照截面形式的不同可以将钢管混凝土结构分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。由于钢管混凝土结构适应了现代土木工程结构向大跨、高耸、重载发展的趋势,并且符合现代化施工技术和工业化制造要求,在世界各地得到了迅速的发展

和广泛的应用,它已经成为国家建筑科学技术水平的标志之一。

2.钢管混凝土结构的特点

2.1承载力高、良好的塑性和延性,抗震性能优越

混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱;钢材———特别是型钢———抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度,使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善;钢管内部的混凝土又可以有效地提高了钢管的刚度,防止钢管发生局部屈曲,研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。两

工程师提交最终索赔报告。

⑵报告应包括以下内容：①正式文件。②填写索赔项目、依据、证

明文件、索赔金额和索赔工期的申请表。③己批复的索赔意向书。④索赔事件的起因、经过和结束的过程描述及其编制说明。⑤与索赔事件有关的各种往来文件，包括证明材料和计算资料等附件。

6.索赔的证据与依据

6.1索赔证据的基本要求(1)索赔证据必须具备真实性。(2)索赔证据必须具有全面性。(3)索赔证据必须符合特定条件。索赔证据必须是索赔事件发生时的书面文件。(4)索赔证据必须具备及时性。

6.2索赔的依据有以下几个方面：

(1)招标文件、施工合同文本及附件，其他各签约(如备忘录、修正案等)，经认可的工程实施计划、各种工程图纸、技术规范等。这些索赔的依据可在索赔报告中直接引用。

(2)双方的往来信件及各种会谈纪要。在合同履行过程中，业主、监理工程师和承包商定期或不定期的会谈所作出的决议或决定，是合同的补充，应作为合同的组成部分。

(3)进度计划和具体的进度以及项目现场的有关文件。进度计划和具体的进度安排是和现场有关文件变更索赔的重要证据。

(4)气象资料、工程检查验收报告、技术鉴定报告，工程中送停电、送停水、道路开通和封闭的记录和证明。

(5)国家有关法律、法令、政策文件，官方的物价指数、工资指数，各种会计核算资料，材料的采购、订货、运输、进场、使用方面的凭据。可见，索赔要有证据，证据是索赔报告的重要组成部分，证据不足或没有证据，索赔就不可能成立。

7.对索赔的理解与总结

7.1首先要明确索赔是双向的。通常泛称索赔是指承包商向业主的索赔，而反索赔指业主向承包商的索赔，其实是双方同时互动，互相存在的。因此，必须清楚认识索赔概念，很多项目管理人认为只有承包商向业主索赔，没有考虑业主向承包商的索赔，或者没有考虑对方的反索赔。

7.2当索赔事件发生时，有些施工企业由于受我国传统工程管理

模式的影响，顾虑与业主、监理方面的关系问题，没有认真对待索赔。7.3项目管理人对索赔工作意识不到位，没有深刻认识索赔管理

及程序，导致无法把握索赔及其结果，造成事件存在、索赔流产。

7.4项目管理人对招投标文件、技术规范和业主、监理、承包商之间相关及其往来的文件理解不够深刻，对已经发生的事件无法判断而没有索赔。

7.5只注重提出索赔意向，不重视索赔过程中的时限和证据收集，未按合同要求区分阶段性索赔和及时作出最终索赔报告或索赔无效。

总而言之，工程索赔是合同管理的重要环节，更是项目管理的重要内容。工程索赔是一项知识和技术面很广，复杂而又系统性很强的工作，不但要善于发现和把握索赔机会，还要善于收集与整理索赔有关依据和资料。要对合同中索赔事项深刻理解，要有高度的责任心和严谨的工作态度，充分理解招投标文件、设计文件、施工图纸、技术规范和业主、监理、承包商之间签订的合同协议以及各项往来性文件与相关法规，按照依合同、重证据、讲技巧、树信誉的原则，及时、准确、严格地按照程序进行索赔工作，这样才能切实维护自己的合法权益，取得效益最大化。

工程索赔是利用经济杠杆进行项目管理的有效手段，对承包商、业主和监理来说，处理索赔问题的成功与否，即可反映其对项目管理的水平如何。索赔的健康开展对于培育和发展建设市场，促进建筑业的发展，提高工程建设的效益，起着非常重要的作用。它有利于促进双方加强内部管理，严格履行合同；有助于双方提高管理水平和素质；有助于加强合同管理、维护市场正常秩序；有助于双方更快地适应国际惯例；有助于对外承包的开展。我国法律规定工程索赔就是追加合同价款，属于工程造价构成。随着市场经济体制的深入发展，索赔在项目管理中变得越来越重要。因此，索赔是承包商或业主在工程项目管理中不可缺少的重要工作内容，应当重视索赔管理，加强索赔意识，做好索赔管理对提高项目管理业务能力和工程项目建设管理综合水平、以至企业如何溶入市场和实现可持续发展都具有十分重要意义。

万方数据

者共同发挥作用,从而大大地提高了构件的延性性能,使构建具有优越的抗震性能。

2.2施工简便,经济效益好

钢管本身为耐侧压的模板,因而浇灌混凝土时可省去支模、拆模等工序和模板,并可适应先进的泵灌混凝土工艺;钢管本身又兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用,制作钢管远比制作钢筋骨架省工,而且便于浇灌混凝土;钢管在施工阶段可起劲性钢骨架作用,其焊接工作量远比一般型钢骨架少,从而可以简化施工安装工艺、节省脚手架、缩短工期、减少施工用地。

澳大利亚学者Webb等通过计算分析,给出了高层建筑中不同类型柱子相对于钢筋混凝土柱造价的比较情况(见表1)。可见,在各种方案中,采用钢管中填充素混凝土的钢管混凝土的造价与钢筋混凝土相比基本持平,经济效益良好,随着建筑层数的增加,钢管混凝土的经济效果越发明显。

2.3抗火与防火性能高

由于钢管内部混凝土的比热较大,发生火灾时,混凝土能够吸收大量的热量,减慢钢柱的升温速度,从而延长了钢管的耐火极限,并且一旦钢柱屈服,混凝土可以承受大部分的轴向荷载,防止结构倒塌。。试验表明,设计荷载作用下的钢管混凝土柱遭受火灾表现出良好的性能,构件变形稳定,达到耐火极限时仍保持较好的完整性,火灾后,钢管强度能得到一定程度的恢复,为结构加固补强提供了一个较安全的工作环境,减少了补强工作量。

2.4耐腐蚀性能优于钢结构

钢管中浇筑混凝土使钢管的外露面积减少,受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多,抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省得多。

3.钢管混凝土结构的应用现状3.1地铁车站工程

地铁车站工程是我国最早采用钢管混凝土结构的工程项目,早期的地铁车站是深埋地下的多跨结构,用明挖法施工。近年来,在城市中心地区修建的地铁车站多为浅埋式的,采用盖逆挖式施工,以减少对城市正常生活的干扰以及对地面交通和邻近建筑的影响。盖挖逆作法,是先施工地下结构的顶盖,在顶盖的保护下进行开挖,按照从顶到底的顺序进行施工。如:天安门东站,大北窑站,永安里站和在南京地铁的三山街站等工程。

3.2单层和多层工业厂房柱

单层工业厂房柱多属于偏心受压构件,为了充分发挥钢管混凝土结构特点,多数工程的柱子设计成格构式组合柱,如双肢柱、三肢

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柱、四肢柱。如1995年建成的哈尔滨建成机械厂大容器车间,从破土动工到竣工只用了15.5个月。多层工业厂房柱基本为偏心受压单管柱:如1984年建成的上海特种基础科研所的科研楼。

3.3高层建筑工程

在高层建筑结构中,钢管混凝土具有承载力高、抗震性能好等优

点。既可以取代钢筋混凝土柱,解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱”以及高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏难题,又可以在钢结构体系中取代钢柱,以大幅度地减少钢材用量,减轻施工难度和减轻建筑物的风致摆动等。如2000年建成的广州南航大厦主楼,承重柱由下至上采用钢管混凝土柱—钢管混凝土芯柱—钢筋混凝土柱,此方案融合了多种建筑结构,符合结构承载力的需要,并取得较佳的经济效益。

3.4大跨度桥梁结构

3.4.1在拱桥结构中,钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时,拱肋将承受很大的轴向压力,采用钢管混凝土构件是非常合理的。钢管混凝土这种高强轻质且便于施工的高效结构材料,其单位重量的承载力与钢材接近,甚至可能比钢材还强;其钢管兼具安装架设阶段的劲性骨架、灌注混凝土阶段的模板和钢筋,以及运营阶段对核心混凝土的套箍约束等多种功能,较全面地解决了桥梁结构所要求的用料省、安装重量轻、施工简便、承载力大等诸多矛盾。钢管混凝土已被公认为建造大跨度桥梁的一种比较理想的结构材料。典型的工程实例有:重庆市万州区长江大桥,L=420m,上承式拱桥。采用了10根钢管组成空间桁架,吊装成拱后,向管内灌C60混凝土,然后挂模板浇筑混凝土,成为高7m、宽15.6m的单箱三室箱形截面拱肋,桥面总宽24m,这是迄今为止全世界跨度最大的以钢管混凝土为劲性骨架的公路拱桥。

3.4.2在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构,同样取得了良好的经济效益。例如,广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构,减轻了结构恒载,提高了结构承载力利用系数,同时采用与之相适应的、合理的施工工艺,简化了施工程序,减少了施工设备,加快了施工进度,降低了工程造价。

与钢筋混凝土结构和钢结构相比,钢管混凝土结构是一种相对新的结构形式。随着其理论研究的深入和完善,新型施工工艺的产生和高性能材料的应用,钢管混凝土结构的应用范围将不断扩大。钢管混凝土结构以其良好的力学性能,简便的施工工艺,为土木工程增添了不可胜数的精品工程,为人类的生活做出了积极的贡献。

参考文献:

[1]钟善桐.钢管混凝土结构[M].北京:清华大学出版社,2003.[2]WebbH,PeytonJJ.Compoditeconcretefilledsteeltubecolumns[A].ProceedingsoftheStructuralEngineeringConference[C].Australia:TheInstituteofEngineersAustralia,1990.

[3]钟善桐.高层钢管混凝土结构[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1999.

[4]韩林海.钢管混凝土结构[M].北京:科学出版社,2000.