【摘要】：本文簡(jiǎn)要介紹了鋼管混凝土的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用,闡述了鋼管混凝土在鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中的應(yīng)用,并對(duì)今后需要進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行了展望。
　　【關(guān)鍵詞】：鋼管混凝土，住宅建筑，多高層建筑，工程應(yīng)用
　　1.引言
　　鋼管混凝土利用鋼管和混凝土在受力過程中的相互作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能大為改善；同時(shí)由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證材料性能的充分發(fā)揮。可見，二者相互貢獻(xiàn)，協(xié)同互補(bǔ)，共同工作，提高了鋼管混凝土構(gòu)件的整體性，使其具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好、施工方便、較好的耐火性能和良好的災(zāi)后可修復(fù)性以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。
　　1鋼管混凝土的研究現(xiàn)狀
　　最早采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程之一是1879年英國(guó)的Severn鐵路橋的橋墩，當(dāng)時(shí)在鋼管內(nèi)填充混凝土在承受壓力的同時(shí)也用來防止鋼管銹蝕。早期的研究不考慮鋼管及其核心混凝土之間的相互作用對(duì)構(gòu)件承載力的提高，只是對(duì)兩者進(jìn)行簡(jiǎn)單地迭加。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)在受力過程中，由于鋼管對(duì)混凝土的約束作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能大為改善;同時(shí)由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，二者相互作用協(xié)同互補(bǔ)，提高了鋼管混凝土的整體性，使其具有一系列優(yōu)越的力學(xué)性能和先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
　　對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能的研究存在各種不同的研究方法，如實(shí)驗(yàn)研究、實(shí)驗(yàn)系數(shù)回歸、極限狀態(tài)分析法、以及纖維模型法和有限元法等的數(shù)值解法，它們的區(qū)別在于如何估算鋼管與核心混凝土之間的相互約束作用，這種約束作用的存在導(dǎo)致了其力學(xué)性能的復(fù)雜性。由于研究者們從不同角度對(duì)上述問題進(jìn)行研究，對(duì)鋼管和混凝土之間的緊箍效應(yīng)理解不同，因此所獲計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果就會(huì)有所出入。各國(guó)研究者分別對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件在靜力、動(dòng)力、火災(zāi)作用下以及鋼管混凝土與鋼梁或鋼筋混凝土梁組成的框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　世界各國(guó)在有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上分別制訂了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程，如歐洲的EC4（1996）、DIN18800（1997），美國(guó)的ACI-319-89、SSLC（1979）、LRFD（1994），日本的AIJ（1980，1997）。我國(guó)是在上世紀(jì)60年代開始研究鋼管混凝土的，主要集中在鋼管中灌素混凝土，雖然起步較晚，特別是近十幾年取得了令人矚目的成就，已頒布了幾個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)程，如JCJ01-89、CECS28:90、DL/T5085-1999和GJB1029-2001。這些規(guī)程的制定，拉開了鋼管混凝土在我國(guó)建筑業(yè)中廣泛應(yīng)用的序幕。
　　2鋼管混凝土在住宅中的應(yīng)用
　　20世紀(jì)60-80年代鋼管混凝土開始應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑。隨著理論研究的深入、設(shè)計(jì)規(guī)程的頒布和其自身具有的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土被越來越廣泛地應(yīng)用于單層和多層工業(yè)廠房柱、設(shè)備構(gòu)架柱、各種構(gòu)架、支架、棧橋柱、地鐵站臺(tái)柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結(jié)構(gòu)，近10年又被應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑中，特別是近2-3年，它被越來越多地應(yīng)用于住宅建筑中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果。
　　一方面是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身具有科技含量較高,利于環(huán)境保護(hù),且可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，另一方面是由于我國(guó)鋼產(chǎn)量大幅度增加，世界鋼產(chǎn)量日趨飽和，鋼材價(jià)格隨之下降，所以近年來我國(guó)開始大力推廣鋼結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)采用鋼結(jié)構(gòu)。建設(shè)部等部門也為此制定了加速推廣建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展和應(yīng)用的目標(biāo),確定"十五"期間以推廣住宅鋼結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，力爭(zhēng)在"十五"期間使我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)到全國(guó)鋼材總產(chǎn)量的3%,到2015年達(dá)到6%[6]。住宅建筑歷來居建筑業(yè)首位，所以在住宅建筑中推廣鋼結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。
　　住宅鋼結(jié)構(gòu)，有低層、多層和高層之分。3層以下為低層，9層以下為多層，9層以上為高層，10～12層又稱小高層。住宅鋼結(jié)構(gòu),考慮抗震要求，一般不宜超過12層，同時(shí)又由于我國(guó)人口眾多,土地資源相對(duì)不足，城市住宅需求量迅速增長(zhǎng),所以宜發(fā)展多層和小高層鋼結(jié)構(gòu)住宅，但在人口密度大的城市，仍然是以高層為主。住宅鋼結(jié)構(gòu),具有柱子用量少,室內(nèi)有效使用空間大，房屋空間布置靈活，結(jié)構(gòu)性能好等優(yōu)點(diǎn)。它所選擇的結(jié)構(gòu)體系一般是：5～6層以下，框架體系或框架-支撐體系；6層以上，框架-支撐體系或框架-混凝土剪力墻（核心筒）體系；多層，大多采用雙重體系。鋼結(jié)構(gòu)住宅采用的框架柱有H型鋼柱，鋼管砼柱和鋼骨砼柱，后兩種為組合柱。在小高層建筑中，組合柱比H型鋼柱省鋼，進(jìn)而也就可以降低工程造價(jià)，但是，鋼骨砼柱的施工較鋼管混凝土柱施工復(fù)雜，因此，在住宅鋼結(jié)構(gòu)中推廣鋼管混凝土勢(shì)在必行。
　　我國(guó)在上海、天津、遼寧、新疆等地分別興建了一些以鋼管混凝土作為框架柱的鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國(guó)的發(fā)展歷程。眾所周知，上海人口密度大，土地資源寶貴，因此，上海的試點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)住宅多選用高層。而天津、遼寧、新疆等地人口密度相對(duì)較小，所以多選用了小高層和多層。表1列出了這些地區(qū)在高層住宅中采用鋼管混凝土作為框架柱的鋼結(jié)構(gòu)部分工程情況[7-10]。鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用邁出了其在實(shí)際工程應(yīng)用的第四步，這一步的邁進(jìn)意義重大，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了由高層到小高層、多層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，為其大量的應(yīng)用開辟了新局面。
　　3結(jié)論與展望
　　鋼管混凝土在我國(guó)的發(fā)展只有幾十年的歷史，但發(fā)展速度非常快，如今，已廣泛地應(yīng)用到各個(gè)工程領(lǐng)域。尤其是它在住宅中的應(yīng)用，使其由高層建筑中的應(yīng)用過渡到小高層、多層建筑中的應(yīng)用，為其發(fā)展創(chuàng)造了廣闊空間。預(yù)計(jì)在21世紀(jì)前20年，我國(guó)每年需新建住房4.86-5.49億平方米，后30年每年需新建住房5.76億平方米。今后50年住宅建設(shè)將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)和消費(fèi)熱點(diǎn)。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展有著廣闊的空間，鋼管混凝土在住宅中的應(yīng)用有著廣闊的前景。所以，有必要對(duì)鋼管混凝土做進(jìn)一步的研究。今后應(yīng)該做好以下幾個(gè)方面的工作:
　　(1)在防火設(shè)計(jì)方面，要簡(jiǎn)化鋼管混凝土防火極限的設(shè)計(jì)方法，制定鋼結(jié)構(gòu)(鋼管混凝土結(jié)構(gòu))住宅建筑的防火設(shè)計(jì)規(guī)范。只有這樣，才能有助于推廣鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用。
　　(2)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)（鋼管混凝土）住宅建筑在火災(zāi)后的殘余力學(xué)性能評(píng)估與災(zāi)后的維修、加固措施的研究。