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钢管混凝土柱在工程设计中应用

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2016-01-11 17:34:00

     一、概况

    钢管混凝土系指在钢管之内填充混凝土而形成的组合材料。圆钢管能有效地约束核心混凝土,其混凝土的抗压强度和变形能力显著提高。采用钢管混凝柱代替钢筋混凝土柱,可大幅度地节省水泥,减轻结构自重,减少柱截面尺寸。依据钢管柱特点及建筑要求,应用于广业大厦框架柱设计中。广业大厦为三十一层商住楼,地下室三层为车库,一层至四层为商场,平面布置,四层顶为结构转换层,五层为设备层,上部为住宅。整个结构采用框支剪力墙结构,围绕楼、电梯井筒核心,部分框支柱在一层至四层采用了钢管砼柱,管径分别为ф=1000,ф=1200。钢管圆柱采用16MNn钢制做,壁厚20,管内浇筑砼C40,圆钢管柱共6根,ф=1000,2根。ф=1200,4根,钢管顶部为钢筋砼板式转换层。
    二、钢管柱设计与施工应用过程
    1钢管砼柱具有承载力高、塑性和韧性好,方便施工等特点。
    钢管砼单肢柱的承载力:
    Nu=фlфeNo,No-钢管砼轴心受压短柱的承载力设计值
    No=fcAc(1+θ+θ)фl-考虑长细比影响的承载力折减系数
    θ=faAa/fcAc,фe-考虑偏心率影响与承载力折减系数
    依据计算公式,管径ф=1000,fa=300N/mm2,Aa=0.0615㎡,
    fc=19.1N/mm,Ac=0.723㎡,θ=1.30,No=47500kN,
    Nu=0.8×0.8×47500=30400kN。
    管径ф=1200,fa=300N/mm2,Aa=0.074㎡,
    fc=19.1N/mm2,Ac=1.056㎡,θ=1.10,No=63500kN,
    Nu=0.8×0.8×63500=40600kN。
    由此可见,钢管柱较同截面砼柱承载力提高3倍以上,采用较小钢管柱截面,既可满足承载力要求。
    2施工细化及节点处理
    钢管柱由预制厂依据设计要求工厂内制做。结合运输吊装及焊接工艺等要求需进行施工细化设计,由专业公司设计后设计院审核出图,钢管大样详。
    钢管柱节点构造要求较高,需做到构造简单、整体性好,传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便。在现场接长时,尚应加焊必要的定位零件,确保几何尺寸符合设计要求。框架柱和梁的连接节点,不宜有零部件穿过钢管,以免影响管内砼的浇灌。梁柱连接处的梁端剪力可用焊接于钢管上的钢牛腿来实现,梁柱连接处的梁内弯矩可设环梁或变宽梁度等措施实现传递,本工程在梁、柱节点处采用设置环梁措施,将梁纵筋锚入环梁或焊于剪切钢板的办法处理,为方便施工,钢管分段运输,现场焊接,钢管内以高位抛落混凝土不振捣浇灌,并对焊接与砼的质量提出了较为严格的要求及耐火、耐腐蚀的措施。
    三、结论
    钢管砼具有较高的抗压承载力,同时又有良好的塑性和韧性。因为钢管混凝土在轴心压力作用下,钢管和核心混凝土皆为三向应力状态,钢管约束了管内混凝土,使混凝土的抗压承载力大大提高,同时大大改善了它的塑性性能;而核心混凝土则防止了薄壁钢管丧失稳定。这样使两种材料的弱点被克服,而优点能得到充分发挥,从而取得经济效果。同时通过合理的施工放样及节点的合理化处理,可发挥施工速度快等优点。当然由于钢管混凝土也只能用作柱子,其用途受到局限,应用范围不大。如何才能扩大其应用范围,正是目前许多专家、学者研究的重点。深圳赛格广场70层的钢结构,采用了钢管砼柱,使全钢结构与砼充分结合在一起,发挥作用。随着预应力砼的发展,其应用范围正在发扬光大,走向世界的前列。
 
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