技术创新

钢管混凝土在高层建筑中的工程应用及展望

日期：2016-2-1 10:05:14　来源：互联网　浏览数：
　

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1· 概述
    钢管混凝土( Concrete-Filled Steel Tube，缩写为CFST) 是将混凝土浇灌在钢管中而形成的一种组合结构，其本质属于套箍混凝土。按截面形式可分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土结构近年来在地下结构、桥梁和港口建设尤其是高层建筑中取得了广泛而重大的应用。与普通钢筋混凝土结构或钢管结构相比，钢管和其内填混凝土组合而成的钢管混凝土，不但可以弥补两种材料各自的劣势，而且可以充分发挥两种材料的优势，因而具备优越的工作性能和经济性。
    2 ·工程应用
    钢管混凝土的使用可以追溯到1879 年英国Seven 铁路桥的修建，建造中首次采用了钢管桥墩，并在管中浇灌了混凝土来辅助承受压力，同时还可以防止钢管内壁锈蚀。1897 年，美国人John Lally 在民用房屋建筑的承重圆钢管柱中填充了混凝土，并获得专利［1］，随后钢管混凝土在单层及多层厂房的结构柱中得到一定应用。
    20 世纪80 年代以后，随着对钢管混凝土结构力学性能的深入研究和泵送混凝土等施工工艺的发展，在日本、澳大利亚和美国等国的一些大型复杂高层建筑工程中，钢管混凝土结构又蓬勃兴起，传统的钢柱和钢筋混凝土柱被钢管高强混凝土柱所代替，并被认为是高层、超高层建筑技术的又一次重大突破。如东京西新宿广场塔楼，地上31 层，框架体系中的框架柱全部采用方钢管混凝土。坐落于东京、共计121 层的shimizu 超高层建筑，高550 m，采用矩形钢管混凝土柱、压型钢板—轻型混凝土组合楼层体系。此外在大阪菲尼克斯威尔大厦、淀川六番馆等工程中也陆续有钢管混凝土的创新采用。1991 年澳大利亚墨尔本在46 层的联邦中心大厦中采用了钢管混凝土结构，悉尼也建造了若干20 层～ 30 层的钢管混凝土结构高层住宅，还有帕斯的ForrestCenter 大厦和West Ｒalia Square 大厦，这些建筑层均高于30 层。二十世纪八九十年代美国在西雅图前后建造了两座钢管混凝土柱高层建筑———58 层的第二联合广场大厦和44 层的太平洋中心大厦。
    国内应用钢管混凝土结构较早的有1992 年建成高96． 0 m 的福建金源大厦，采用了圆钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁板楼盖结构; 1999 年落成的深圳赛格广场大厦，地下4 层，地上72 层，塔楼采用43． 2 m × 43． 2 m 的正方形切角八边形平面，是中国首例采用钢管混凝土结构的超高层建筑，采用了由圆钢管混凝土密排柱形成的框筒结构; 2005 年落成的武汉国际证券大厦，地下3 层，地上68 层，6层以上采用了部分方形、矩形钢管混凝土柱; 2007 年落成的北京财富中心二期办公楼，结构总高度265 m，为北京的第二高楼，采用钢管混凝土框架加钢筋混凝土核心筒结构体系，建筑平面长宽比达到1． 5，外框柱通高采用大直径圆钢管混凝土柱，有效减小了截面尺寸及用钢量; 2010 年开建的天津高银117 大厦，建筑高度597 m，共117 层，是中国在建的屋顶高度最高的建筑物，结构长细比达到约9． 5，为满足结构抗震与抗风的技术要求，结构采用含有巨型组合柱、巨型支撑及转换桁架组成的外框架以及含有组合钢板剪力墙的钢筋混凝土核心筒形成的巨型框架钢—混凝土混合结构体系［2］，对该混合结构体系中，受往复轴心和偏心拉压荷载下的矩形钢管混凝土柱的工作性能，文献［3］［4］做了一定的试验研究; 2011 年主体封顶的超高层建筑深圳京基金融中心，结构平面为矩形，采用框架核心筒加伸臂桁架结构体系，沿高度方向设有4 个加强层，大量采用型钢混凝土构件，外框柱采用矩形钢管混凝土柱。
    3 ·结论与展望
    迄今统计，世界范围内高层建筑尤其是近年来新建高层及超高层建筑的结构方案中包含钢管混凝土柱的已达120 余栋，钢管混凝土结构理论及实践技术也在日新月异的工程实践中得到长足发展。
    近几年来，建筑材料( 如高强混凝土、薄壁钢管等) 的发展和施工技术的提高，为钢管混凝土结构注入了新的活力; 工程界、学术界对一系列新型钢管混凝土结构( 如薄壁钢管混凝土、带纵向加劲肋钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、冷弯型钢钢管混凝土等) 进行了深入研究。钢管混凝土结构愈发体现出其在建筑工程界的推广价值和远大前景。