陳佳廉　張松

摘 要：筆者通過查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，綜述了鋼管結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，總結(jié)了鋼管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及現(xiàn)階段存在的問題，并對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：鋼管結(jié)構(gòu);發(fā)展?fàn)顩r;問題;特點(diǎn);應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.016

0 引言

鋼管結(jié)構(gòu)因外表美觀、承載力高、簡(jiǎn)化施工、防腐防火成本低、可填充、風(fēng)及波浪阻力小等特點(diǎn)被應(yīng)用于體育館、會(huì)展中心、機(jī)場(chǎng)、大跨度橋梁建設(shè)中，但因生產(chǎn)能力有限、管結(jié)構(gòu)研究較少等問題在國(guó)內(nèi)應(yīng)用受限。

1 鋼管結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

1825年，英國(guó)開始生產(chǎn)煅焊圓管，鋼材開始以管狀形式進(jìn)入人們視野，受焊接工藝的限制，煅焊圓管大多用于制作裝飾品、簡(jiǎn)單的工具和武器;1845年，電弧焊得以應(yīng)用和發(fā)展，德國(guó)開始生產(chǎn)焊接圓管，焊接圓管可用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式[1];1886年，氣電焊工藝的發(fā)展使得德國(guó)能夠生產(chǎn)無縫圓管，無縫圓管具有外徑小、精度高、可做小批量生產(chǎn)、冷拔成品精度高、表面質(zhì)量好、鋼管性能更優(yōu)越、焊接性強(qiáng)，抗壓能力大等特點(diǎn)，鋼管結(jié)構(gòu)作為大中型建筑結(jié)構(gòu)形式變成可能;1890年，蘇格蘭首次采用圓管建造橋梁，標(biāo)志著鋼管結(jié)構(gòu)正式應(yīng)用于工程界;1959年，英國(guó)開始生產(chǎn)焊接軋制矩形管;1962年，德國(guó)開始生產(chǎn)無縫軋制矩形管;20世紀(jì)70年代后，國(guó)際上大量進(jìn)行管結(jié)構(gòu)性能和設(shè)計(jì)的研究。在我國(guó)，管結(jié)構(gòu)的研究較少，同濟(jì)大學(xué)“鋼與輕型結(jié)構(gòu)研究室”進(jìn)行的鑄鋼節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，有效指導(dǎo)了鑄鋼節(jié)點(diǎn)的涉及與施工[2-3]。

2 鋼管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼管結(jié)構(gòu)具有外表美觀、承載力高、簡(jiǎn)化施工、防腐防火成本低、可填充、風(fēng)及波浪阻力小等特點(diǎn)。

（1）外表揉合，明快美觀。鋼管結(jié)構(gòu)外表光滑、圓潤(rùn)，較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)而言，視覺效果更受建筑師青睞，被廣泛用于體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、高鐵車站等大跨度公用建筑，滿足結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)更加美觀。

（2）抗彎、扭性能好，承載力高。鋼管結(jié)構(gòu)為閉口截面，與開口截面型材相比，抗彎、扭性好，承載力高，可滿足大跨度結(jié)構(gòu)承載需求，被廣泛用于大跨度公用建筑及大跨度橋梁結(jié)構(gòu)。

（3）外表面積小，防腐、防火費(fèi)用低。與L型鋼、工字鋼相比，鋼管結(jié)構(gòu)外表面積小，相應(yīng)的用于表面防腐、防火涂層的材料較少，費(fèi)用較低。

（4）光滑表面，風(fēng)、波浪阻力小。與L型鋼、工字鋼相比，鋼管結(jié)構(gòu)體形系數(shù)小，受到的空氣動(dòng)力效應(yīng)較小，分及波浪阻力小，能廣泛應(yīng)用于堤壩、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)、塔桅結(jié)構(gòu)等。

（5）內(nèi)部可填充混凝土，有效提高承載力和耐火極限。鋼管內(nèi)部填充混凝土后形成新型組合結(jié)構(gòu)——鋼管混凝土。鋼管混凝土利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高混凝土的強(qiáng)度，改善其塑性和韌性，同時(shí)克服了鋼管容易發(fā)生局部屈曲的缺點(diǎn);其次，改變空鋼管的失穩(wěn)模態(tài)，從而提高其承載能力;此外，由于鋼管內(nèi)填有混凝土，能夠吸收大量的熱能，在遭受火災(zāi)時(shí)，外部鋼管雖然升溫較快，但內(nèi)部混凝土升溫滯后，仍具有議定的承載能力，因而增加了鋼管的耐火時(shí)間，提升了結(jié)構(gòu)的耐火性[4]。

3 我國(guó)發(fā)展鋼管結(jié)構(gòu)存在的問題

（1）鋼管生產(chǎn)能力有限，規(guī)格品種不齊全，限制了鋼管結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域的大規(guī)模、大范圍應(yīng)用。

（2）質(zhì)量欠缺，尺寸誤差較大，主要表現(xiàn)為圓度、壁厚不均，難以滿足工程要求。

（3）大直徑鋼管生產(chǎn)困難，在重大、重要工程建設(shè)時(shí)所需建筑材料需進(jìn)口，大大增加了建造費(fèi)用，限制了鋼管結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。

（4）管結(jié)構(gòu)研究（特別是節(jié)點(diǎn)性能）較少，缺乏嚴(yán)格的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，跟不上工程應(yīng)用的迫切需要。

4 我國(guó)鋼管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

（1）大跨度公共建筑物。鋼管結(jié)構(gòu)具有外表美觀、承載力高、簡(jiǎn)化施工、防腐防火成本低，可廣泛用于大跨度公共建筑物。如建筑面積達(dá)25.8萬平米的鳥巢，利用方鋼管構(gòu)成空間骨架，與屋面及里面的次結(jié)構(gòu)形成了形似鳥巢的特殊建筑造型。如長(zhǎng)沙賀龍?bào)w育場(chǎng)，建筑造型象征湖南省省花“芙蓉花”，屋面為雙曲面，結(jié)構(gòu)采用相貫鋼管桁架，主檁條為H型鋼，次檁條采用C型鋼。如三亞美麗之冠文化會(huì)展中心為三亞市標(biāo)志性建筑，是目前亞洲最大的單體膜結(jié)構(gòu)工程，會(huì)館為44層鋼框架結(jié)構(gòu)，頂部為由空間管桁架支撐的膜結(jié)構(gòu)，整個(gè)建筑外形呈皇冠狀，建筑面積為11932平方米，總用鋼量為1262噸。

（2）塔桅結(jié)構(gòu)。與L型鋼、工字鋼相比，鋼管結(jié)構(gòu)體形系數(shù)小，受到的空氣動(dòng)力效應(yīng)較小，分及波浪阻力小，能廣泛應(yīng)用于堤壩、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)、塔桅結(jié)構(gòu)等。如全球第一高塔廣州新電視塔總高610米（其中結(jié)構(gòu)高度450米，發(fā)射天線高度160米），主體結(jié)構(gòu)采用“傾斜立柱+斜撐+傾斜環(huán)梁”組成的鋼結(jié)構(gòu)外框筒。

（3）大跨度橋梁。鋼管內(nèi)部填充混凝土形成鋼管混凝土。鋼管混凝土是一中高強(qiáng)輕質(zhì)且便于施工的高效結(jié)構(gòu)材料，其單位重量承載力甚至略強(qiáng)于鋼材，鋼管又可以充當(dāng)安裝架設(shè)階段的勁性骨架、灌注混凝土階段的模板和鋼筋，以及具有對(duì)核心混凝土的套箍約束等多種工能，較全面地解決了橋梁結(jié)構(gòu)所要求的用料省、安裝重量輕、施工便捷、承載力大等諸多條件，是一種建造大跨度橋梁的比較理想的結(jié)構(gòu)材料。如廣東南海市紫洞大橋和四川萬縣的萬州大橋都采用了鋼管混凝土空間桁架組合梁式結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)所承受的恒載，提高了結(jié)構(gòu)的承載力系數(shù)，同時(shí)簡(jiǎn)化施工程序，減少施工設(shè)備，加快施工進(jìn)度，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]翰林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京科學(xué)出版社，2014：5-8.

[2]江興敏，欒經(jīng)正.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和展望[J].工業(yè)建筑，2007，37（S1）：501-503.

[3]陳銘.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特征及應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（17）.

[4]孫春蕾，付善春.高層鋼管混凝土柱的抗火研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（32）.

作者簡(jiǎn)介：陳佳廉（1991-），男，貴州畢節(jié)人，研究生在讀，研究方向：邊坡穩(wěn)定分析。

*為通訊作者