关键词：  钢管混凝土；  构件形式；  节点  

钢管混凝土结构是指在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构，它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。按照结构截面形式的不同，可分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土构件等。

1  钢管混凝土结构的特点

1．1  构件承载力高

    钢管混凝土构件在轴心受压时，钢管和核心混凝土都处于三向应力状态下，使其力学性能发生了根本变化。钢管对混凝土的紧箍作用，使混凝土三向受压，从而延缓了混凝土受压时的纵向开裂，不仅使混凝土的抗压强度大大提高，还使其由脆性材料转变为塑性材料。薄壁钢管的承载力取决于薄壁的局部稳定性，其屈服强度．常得不到充分利用。而其用作钢管混凝土时，由于内部存在混凝土，提高了薄壁钢管的局部稳定性，其屈服强度可以充分利用。研究表明，钢管混凝土轴压柱的承载力可以达到同样截面钢管和混凝土承载力总和的1．7倍。由于钢管混凝土结构在钢管混凝土构件中，2种材料能互相弥补对方的弱点，发挥各自的长处，因此是钢材与混凝土最佳的组合使用方式。

1．2  具有良好的塑性和韧性

    单纯受压的混凝土属于脆性破坏，但管内的核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段工作时提高了弹性性质，而且破坏时产生很大的塑性变形。试验结果表明，钢管混凝土柱破坏时可以压缩到原长的2／3，完全没有脆性破坏的特征。这种新结构在承受冲击和振动荷载时，也具有很大的韧性，因而抗震性能好，十分安全可靠。钢管混凝土构件的抗震性能胜过钢构件，不会产生由于钢管局部失稳而引起的破坏。

1．3  施工简便，加快施工速度

    与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱不论是单管柱或是组合柱，零部件少、焊缝少，而且柱脚构造简单，可直接插入混凝土基础的预留杯口中，免去了复杂的柱脚构造。多层住宅钢管混凝土构件可以在工厂中预制，营造成一种建筑产品，运到施工现场进行组装，是一种全新的工业化、标准化和集约化的生产方式。与钢筋混凝土柱相比，免除了支模、绑扎钢筋和拆模等工序，施工方便，浇筑容易，振捣密实，也不用担心浇混凝土时发生漏浆现象。同时，由于空钢管的重量小，也大大减轻了运输和吊装工作。

1．4  经济效益显著

    与钢结构柱子相比，钢管混凝土柱所用的钢管对材质要求低，焊接也容易得多，而且厚度也大大小于钢柱厚度，可节约钢材50％左右，造价也可降低，由此更增大了经济效益。与钢筋混凝土柱相比，节约混凝土50％以上，减轻结构自重50％以上，而耗钢量和造价略高或大约相等。

1．5  耐火性能好

    钢管混凝土结构耐火性能好的原因是钢管内存在大量的混凝土。在火灾的情况下，随着温度的升高，外部钢管很快失去承载力，而核心混凝土能够吸收大量的热能，增加了柱子的耐火时间；同时由于外部钢管壁仍对内部混凝土存在“套箍”作用，因此火灾中的钢管混凝土仍能够承担部分荷载。因此火灾发生时钢管混凝土柱仍具有较好的整体性能，可以避免结构坍塌的重大事故。研究结果表明，对于钢管壁厚4mm，截面边长250mm的钢管混凝土立柱，不须另外补配钢筋，在火灾中就可以达到2．5h的耐火极限。

1．6  建筑布局灵活

采用钢管混凝土框架结构，可以满足建筑灵活布局的要求，减小建筑开间的限制。同时，采用钢管混凝土结构形式提高了结构的整体力学性能和抗震性能，从结构方面，可以提高建筑的整体品位。

2  钢管混凝土应用中的问题

2．1  钢管混凝土结构合理形式的选择问题

    随着组合结构的不断发展，方形钢管混凝土结构日益引起工程界的关注。方形钢管混凝土结构除具有圆钢管混凝土结构的强度高、质量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有其独特的优点，与圆形截面钢管混凝土结构相比，方形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，节点形式简单，便于加工。同时由于采用工业化和标准化生产方式，结构节点构造可以标准化，满足现代施工技术工业化的要求，可以节约人工费用，降低工程造价。在桁架结构中，方形截面钢管混凝土结构在节点方面的优势体现得更加充分。相对于圆形截面钢管混凝土受压构件，方形钢管对其核心混凝土的约束力主要集中在4个角上，分布不均匀，其强度的提高不如圆钢管混凝土结构大。但是在中长柱范围，当柱的承载力由失稳来决定时(截面上的应力较小，紧箍力也较小)，方形钢管混凝土构件就显示出截面相对开展而惯性矩大、稳定性能好的优点。因此，对于受稳定性能控制的中长柱，方形截面钢管混凝土受压构件优于圆形截面钢管混凝土受压构件。方形钢管混凝土结构外形规则，有利于梁柱连接。方形钢管混凝土结构柱与梁连接容易处理，其焊接工作量少，可简化施工安装工艺和缩短工期，克服了圆钢管混凝土结构由于截面形式特殊所带来的施工上的不便。另外，方形钢管混凝土结构柱应用于建筑中，还有利于后期装修施工等。相对于圆形钢管混凝土结构，方形钢管混凝土结构具有其独特的优点。但是，如何更加深化这一领域的科学研究，并在实际工程中更大范围的推广应用这种新型结构，还存在一些亟待解决的问题。

2．2  钢管混凝土中设置栓钉的问题

    钢管混凝土柱是在钢管与混凝土共同作用下受力的，当钢管截面较小时，共同受力情况良好，但随着钢管尺寸的增大，混凝土硬化后的收缩量将增加，必将对其受力产生影响。国内对较小直径钢管混凝土的填充度曾做过实物试验，表明填充情况良好，但在大直径钢管混凝土柱情况如何，没有类似的经验和信息。深圳塞格广场大厦采用了大直径钢管混凝土柱，但在大直径钢管混凝土柱内侧设置栓钉方面并没有进行相关研究。大直径钢管混凝土柱中混凝土硬化后，钢与混凝土是否会脱开直接关系到钢管混凝土柱的承载力，关系到结构的安全。据资料显示，以在高层建筑中采用大直径钢管混凝土柱闻名于世的Skilling公司的设计图中，小直径钢管混凝土内侧不设焊栓钉，但直径1 m以上的钢管混凝土结构，沿管壁内侧是通长焊接若于列栓钉的。因此这方面的试验研究是很有必要进行的。

2．3  节点连接的改进问题

    由于目前节点的研究理论还不成熟，试验研究缺乏系统性，节点的计算模型不明确，还没有形成一套完整的计算理论和设计方法，只能靠设计人员的经验进行设计，不利于整个结构的可靠度，可能造成浪费或安全隐患。另外节点的设计选型较难，有些节点研究较为成熟，节点刚度大，力学性能好，但材料用量大、施工复杂，如加强环式节点；也有些节点构

造简单、施工方便，但节点刚度小、力学性能稍差，如锚板式节点。当前推广钢管混凝土结构的关键就是要研究出一种力学性能好、传力又合理、施工也方便而且节省材料的节点形式。这里建议设计人员在设计过程中要注重整体刚度，减少穿心构件。刚度和承载力是决定节点力学性能的重要指标，只注重承载力而忽略刚度，容易造成一些工程隐患或影响了使用功能。另外穿心构件对钢管的削弱很严重，并影响了核心混凝土的浇筑，不方便施焊，因此应尽量减少使用穿心构件。   

2．4  钢管混凝土结构中支撑的连接问题

    在钢管混凝土设计时，要将钢管和混凝土视为一体考虑。钢管和混凝土之间的组合作用是很重要的，混凝土依靠钢管的约束作用提高它的承载力，钢管靠混凝土提高自身的局部稳定性。采用框架支撑体系时，比较合理的一种做法是在钢管混凝土结构中，将支撑与框架的连接在构造上做成铰接，通过铰轴传递支撑力。钢管支撑两端铰接，具有各方向长细比相等的优点，可以减少支撑连接产生的次弯矩对钢管混凝土的不利影响，从而避免混凝土与钢管脱开，是一种可取的截面形式。

2．5  施工中核心混凝土质量控制问题

    在进行钢管混凝土构件的施工时，混凝土被外围钢管所包裹，增加浇筑质量控制的难度。由于对这个问题处理不当，已造成一些工程事故。研究结果表明，混凝土密实度对钢管混凝土构件的力学性能影响很显著。因此，在进行钢管混凝土中混凝土浇灌质量问题的研究时，要充分考虑控制混凝土的强度和密实度，前者可以保证混凝土达到设计强度，后者则可以

保证钢管和核心混凝土相互协同作用的充分发挥。 

3  结  语

    工程实践表明，钢管混凝土能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于各种结构工程中，并已取得良好的经济效益和建筑效果。随着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，其应用范围将不断扩大，钢管混凝土结构将是结构工程科学的一个重要发展方向。