1、钢管混凝土在工业厂房中的应用【摘要】钢管混凝土结构具有承载力高、抗震性好、节约钢材等优点，在工业厂房、高层建筑、大跨度结构和拱桥等工程领域得到了广泛应用，本文介绍了钢管混凝土结构的特点，结合实例探讨了钢管混凝土在各种工业厂房中的应用。 【关键词】钢管 混凝土 厂房 应用 中图分类号：TU37 文献标识码： A 前言 早在 19 世纪 80 年代，钢管混凝土结构就已经出现，随着经济的快速增长和社会需求的不断扩大，促使工业厂房不断朝着大跨度、大柱距、大吨位吊车的方向发展，而钢管混凝土作为一种新兴的主要结构，以轴心受压和作偏心较小的受压构件为主的组合结构，克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，已被越
2、来越广泛的应用在单层或多层工业厂房结构、各种框架柱、栈桥柱、高层和超高层建筑以及桥梁等结构中。 钢管混凝土结构的特点 1、施工方便、缩短工期 钢管混凝土结构施工时，钢管可以作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响。由于钢管内部没有钢筋，便于混凝土的浇筑和捣实；钢管混凝土施工时，钢管本身即为耐侧压的模板，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。钢管混凝土柱的外皮钢管具有钢筋的功能，兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，所以管内没钢筋，省了钢筋下料和绑扎钢筋等一系列工艺。 2、有利于钢管的抗火和防火 由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火
3、灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，延长了柱子的耐火时间，减慢了钢柱的升温速度。 3、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。 钢管混凝土结构在单层和多层工业厂房中的应用 在单层工业厂房中的柱属于偏心受压构件，能够充分发挥钢管和核心混凝土协同工作的优势，因此在很多实际工程中均将厂房柱设计成格构式组合柱，截面形式包括单肢柱、双肢柱、三肢柱和四肢柱，把偏心弯矩转化为轴心力。典型工程实例有：本溪钢铁公司二炼钢轧辊钢锭模车间的钢管混凝土柱采用四肢柱；太原钢铁公司第一轧钢厂第二小型厂的厂房下柱采用双肢柱；上海电机厂露天
4、车间的厂房结构车间采用钢管混凝土三肢柱，内填 C40 混凝土（如图 1 所示） 。 图 1 上海电机厂露天车间厂房 经分析计算可知，与钢筋混凝土柱和普通钢柱相比，钢管混凝土组合柱外观轻巧，施工方便，耐火性能好，经济效果好，同时强度高，塑性和韧性好。单层工业厂房中采用钢管混凝土柱时，钢管中混凝土的浇注可以在全部主体结构安装完成后进行，大大缩短了工期。1982 年建成的上海三十一棉纺厂，该多层工业厂房采用钢管混凝土框架柱，与钢筋混凝土柱相比，具有柱子截面小，施工速度快、劳动强度低等优点。在试点工程中可以达到节约水泥 50%左右，施工中可节省全部模板，用钢量增加 15%左右；与钢结构柱相比，钢材节约
5、十分显著。该工程施工场地狭小吊装困难，采用钢管混凝土柱，工程施工周期提前了二个月，由此获得经济效益近 40 万元(厂房总投资只有 35 万元) 。 三、实例分析 1、工程概况 本车间东西向总长 266m，跨度 36m。柱距有 9.5 m，12m，14.5m，19m 四种。36m 跨内布置双层吊车，上层 350t(A6)，250t(A6)桥式起重机各一台，轨高 20 m；下层 50t(A5)桥式起重机两台和一台 32t(A5)桥式起重机，轨高 14 m。 图 2 车间剖面图 2、结构选型 厂房结构形式采用“钢管混凝土格构柱+实腹钢梁”的单层钢框架结构。因车间内布置双层吊车，且大吨位在上层，轨高
6、20 m，所以将柱设计成两阶柱(见图 2)，第一阶柱直接延伸到上层吊车梁下翼缘标高，用以承受吊车梁传来的吊车竖向荷载。下层吊车相对吨位较小，轨高 14 m，设计成由内柱肢悬挑出牛腿，以承受下层吊车竖向荷载。下柱截面采用四肢柱，柱截面高度为 2.3 m，肢宽 1 m，采用直径为 40210 的螺旋焊接管(见图 3)；上柱采用焊接 H 型钢 450110025。屋面梁采用焊接H 型钢与柱刚接，以减小柱子的侧向位移。屋面围护结构采用高频焊接 H型钢檩条加单层彩色压型钢板。 图 3 厂房柱断面图 经横向钢框架计算比较分析在柱截面高度尺寸相同，且满足强度、变形条件下，采用“钢管混凝土格构柱+实腹钢梁”比
7、采用“钢格构柱十钢桁架”具有更好的结构侧向刚度和更大的强度安全储备。采用桁架式屋盖比实腹梁屋盖具有更好的屋盖竖向刚度和更大的上柱强度安全储备，但无论是采用“钢管混凝土格构柱+实腹钢梁”还是“钢格构柱十钢桁架”，结构的侧向刚度基本在同一水平上。因而， “钢管混凝土格构式柱+实腹梁屋盖”结构的侧向刚度比“钢格构式柱+桁架”结构要好一些。结果同时显示“实腹梁轻质屋盖”完全可满足规范对重型厂房横向位移的要求。 2、节点构造设计 （1）柱脚 柱脚采用插入式。柱脚端部设置封板封闭，这样有利于柱与基础连接面的局部受压。由于柱肢与基础混凝土的粘结强度较弱，柱肢上焊有几圈栓钉。本工程钢管混凝土柱肢直接插入杯口基
8、础，因柱承受的水平荷载较大，插入深度取 4 倍管径。待柱校正固定后，再用细石混凝土浇筑与基础连为一体。柱脚留有顶升式浇筑混凝土的法兰连接管，而在肩梁处均留有排气孔。 （2）肩梁 肩梁是上下柱连接的关键部位，相当于转换梁，上柱荷载通过肩梁转换传给下柱，同时吊车竖向荷载也通过肩梁传给下柱。由于吊车竖向荷载远大于上柱传来的屋面荷载，传递吊车竖向荷载的肩梁腹板 b 穿过柱内肢管并与管壁焊接；连接上柱的肩梁腹板 a 一侧穿外肢管管心，另一侧焊在内肢管管壁上；肩梁由上下翼缘、腹板与柱肢剖口焊缝连接。为了加强刚度与传力可靠性，肩梁腹板尽可能穿过柱肢，并加设加劲肋。经分析，吊车竖向荷载 85由焊缝 a 传递，
9、为确保安全此处焊缝采用熔透焊缝(见图 4)。 图 4 b-b 剖面图 四、结论： 钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以承受轴向压力和偏心较小的轴向力为主，应用于重型或特重型单层工业厂房，能充分发挥结构承压能力高、刚度大及抗震性能好的特点，承压愈大，经济效果愈明显。此外，使用钢管混凝土柱还可以减少柱的用钢量及自重，减少焊接工作量，节省大量的焊接材料，缩短制造工期，而且其工作性能完全满足厂房结构设计的要求，有进一步研究和推广应用的价值。 【参考文献】 1 韩林海.钢管混凝土结构M.北京:科学出版社,2007:31-32. 2 李先德.钢管混凝土结构在建筑工程中的应用D.山东:山东大学,2007:16-17. 3 沈希明,汤关柞,招炳泉.钢管混凝土工业厂房柱设计J.建筑结构学报,1982(1):34-37. 4 张英,袁国泉,马玉群.钢管混凝土结构在中小型工业厂房中的应用J.工业建筑,1988(5):18-21. 5 张庆伟.钢筋混凝土结构在重型工业厂房中的应用J.山西建筑,2009,35(25):103-104.
