钢管混凝土在冶金工业厂房中的应用.pdf

第 4 3 卷第 5 期 2 0 1 5年 1 O月 现 代 冶 金 Mo de r n M e t a l l u r g y Vo 1 4 3 NO 5 Oc t 2 O15 钢管混凝土在冶金工业厂房 中的应用 王远坤 ，王林林 ( 大垣集团有限公司 ， 江苏 南京2 1 1 1 1 2 ) 摘 要 ：以唐 山某工 为 实例 ， 讨论 了钢 管混凝土在 冶金 工程 中的应 用， 并采 用 MI D AS软件进行 了设计校核 。通 过 分析工程案例及 大量的统计数 据， 阐述 了钢 管混凝土运用在冶金工程 中所体现 出的优 点。 关键词 ： 钢 管混凝 土；组合构件 ；冶金 工程 ； MI D A S 中图分类号 ： T U3 9 8 7 引 言 随着工业生产 的不断发展 ， 现代冶金工程对建 筑材料以及建筑结构的要求越来越高， 不仅要求结 构的承载力、 耐久性等达到一定的要求 ， 而且塑性和 韧性也要满 足要求 。如果用传统 的钢筋混凝土结 构 ， 必将导致结构的“ 肥梁胖柱” 现象 ， 同时会影响设 备的布置和使用空间。钢管混凝土是钢一 混凝 土组 合结构中的一种， 它能够适应现代工程结构 向大跨 度、 重荷载以及承受恶劣使用条件的需要 ， 符合现代 施工技术 的工业化要求。钢管混凝土以其 自身独特 的优点出现在冶金建筑结构 中， 并逐渐形成 了继砖 石结构 ， 混凝土结构， 钢结构之后的第 4种结构 ， 尤 其在最近几十年以迅猛的速度在实际工程中得到了 广泛的应用 ， 因而正被越来越广泛地应用于重型工 业厂房、 高层框架厂房和地下结构 ， 并取得了良好的 经济效益和建筑效果 ， 钢管混凝土在冶金行业中是 一 个重要 的发展方向。 1 钢管混凝土结构优点 钢管混凝土结构在冶金工业厂房中应用的优点 如下 ： ( 1 ) 钢管混凝土柱的抗压和抗剪承载力高。经实 验证明， 抗压承载力为混凝土柱的一倍 以上， 同时抗 剪承载力也 比钢筋混凝土柱高许多。和钢柱相 比， 抗 压承载力虽略低， 但却无局部失稳问题。而且钢管混 凝土的塑性好， 防止了管内混凝土的脆性破坏。 ( 2 ) 扩大了使用空间。由于钢管混凝土柱的承 载力高 ， 不但柱子截面小 ， 而且 还可 以采用大柱网、 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 4 - 2 9 大空间的框架结构体 系。经有关专家测算 ， 在高层 建筑中采用钢管混凝土柱 比采用钢筋混凝土结构增 加使用面积 3 6 。 ( 3 ) 柱子截面减小， 降低了地基基础的造价 。采 用钢筋混凝 土的高层建 筑， 其 自重一般 为 1 5 2 t m。 ( 不包括基础) ， 而采用钢管混凝土柱钢梁结构 时， 一般 自重都小于 1 t 1 T I 。 ， 可以减小地基上单位 面积荷载 2 5 9 ， 6 以上 ， 因此， 基础尺寸也相应减小 ， 降 低 了基础工程造价。 ( 4 ) 钢管混凝土柱的钢管较薄 ， 简化了施工。在 高层建筑中采用钢管混凝 土柱 时， 钢管厚度一般不 超过 4 O mm， 而采用钢结构时， 需要 的钢板厚度可 达 8 O 1 0 0 mm甚至更大。这样 的厚板 ， 目前国内 的产品质量保证率很低 ， 大部分需 要从 国外进 口。 同时对厚板制作和对接的焊接质量要求也很高 ， 特 别是现场进行柱段对接焊接相 当困难 ， 有时可能成 为阻碍现场施工进度的一个复杂工序。 ( 5 ) 钢管混凝土柱的耐火性能好。由于钢管内 灌有混凝土， 能吸收大量 的热能 ， 因此， 在遭受火灾 时 ， 管柱截面温度场的分布很不均匀， 增加 了柱子的 耐火时间。经实验统计数据表 明： 若需达到一级耐 火 3 h的要求 ， 钢管混凝土柱与钢柱相 比， 可节约防 火涂料 1 2 2 3 甚至更多， 随着钢管直径增大， 节 约涂料也越多 1 。 2 设计实例 2 1工 程概况 唐山某钢铁集团拟建设 2 x 1 0 8 0 m 高炉喷煤 现代冶金 第 4 3卷 钢 管混凝土 中柱采 用 #96 6 0 mm1 2 mm 钢 管 ， 内部浇筑 C 4 0混凝土。角柱采用 #9 5 2 9 mm1 0 mm钢管， 内部浇筑 C 4 0混凝 土。各截面材质均 为 Q2 3 5 B。 2 4设计分 析 2 4 1 建设施工的改进效果 本工程钢管混凝 土柱采用单管柱， 和普通钢柱 相 比， 零件少 ， 焊缝短 ， 而且柱脚构造简单 ， 可以直接 插入混凝土基础的预留杯 口中， 免去了复杂的柱脚 构造； 和钢筋混凝土柱相 比， 免去了支模、 绑扎钢筋 和拆模等工序 ， 同时 ， 由于减轻了 自重 ， 大大降低 了 施工强度 。尤其近年来 国内采用高位抛落无振捣及 泵送顶升混凝土施 工工艺 以后 ， 不但大大简化了现 场施工 ， 进一步缩短了工期 ， 而且确保了混凝土施工 质量。特别是对于高强度混凝土 ， 可以避免其干硬 ， 不易在钢筋笼 中浇灌的缺点， 效果更为明显 。 本次钢管混凝土结构 的实际应用， 解决 了公司 在喷煤主厂房工程 中长期存在而未能解决的“ 胖柱” 问题， 提高了建设水平 ， 具有广阔的应用前景 。 2 4 2 钢管混凝土框架具有较好的抗震性能 主要表现在 ： ( 1 ) 在框架中使用钢管混凝土柱 ， 可以有效的改 善框架结构抗侧刚度和侧向变形不易满足建筑结构 抗震规范要求 的缺点。 ( 2 ) 在钢管混凝土框 架结构 中采用加强环板进 行节点区的加强 ， 可 以有效的加强框架梁柱节点的 抗震能力 ， 使结构在受力过程中， 节点不发生破坏。 ( 3 ) 钢管混凝土框架的抗侧刚度和承载力较高 ， 且有很好 的延性和耗能能力 。如果合理地设计其结 构形式 ， 并对梁和柱的抗弯能力加 以提高 ， 则钢管混 凝土框架结构 的变形 和耗能能力将会得到更好 的 改 善 。 ( 4 ) 由于钢管混凝土构件的抗弯和抗剪性能好 、 刚度大、 延性好、 耗能能力强 ， 因而用作重载建筑 中 的柱子时， 可以做到不限制轴压 比， 仅控制长细 比。 高层冶金工业建筑 中用钢管混凝土柱时 ， 可以 比钢 筋混凝土柱减少柱截面的 5 O 甚至更 多， 从而获得 良好的经济效益。 ( 5 ) 当钢管混凝 土框 架结构柱的直径与钢筋混 凝土框架结构柱的相等 、 长细比相同时 ， 钢管混凝土 框架结构的各控制位移大于钢筋混凝土框架结构的 相应位移 ； 钢管混凝 土结构 的位移延性系数和弹性 抗侧刚度均比钢筋混凝土结构 的大 ； 钢管混凝 土结 构的屈服荷载大于钢筋混凝土结构的屈服荷载 。说 明钢管混凝土框架结构较钢筋混凝土框架结构的抗 震性能好 、 抗震能力强。 2 4 3 研 究方 向 钢管混凝土结构虽然有诸多优点， 但是实际施 工时仍出现一些问题 ， 建议下一步将从 以下几个方 面进行研究 ： ( 1 ) 施工力学问题的研究 ： 在进行钢管混凝土构 件的施工时 ， 一般都是先安装空钢管结构 ， 这时空钢 管单独承受施工荷载 ， 当采用泵送 顶升法工艺进行 核心混凝土施工时， 将在空钢管内产生动压力， 从而 可能导致在钢管局部产生应力集 中现象 ， 严重时可 导致钢管胀裂， 由于上述原 因导致了一些工程事故 ， 造成不同程度的损失 ， 因此， 应对类似的钢管混凝土 施工力学问题进行系统的研究 ， 并 提供合理 的施工 方 法 。 ( 2 ) 核心混凝土质量问题的控制 ： 在进行钢管混 凝土构件的施工时 ， 钢 管结构的制造及其核心混凝 土的浇灌应分别符合 现行 钢结构设计规范 和 混 凝土设计规范 的有关规定及验收标准 ， 但钢管混凝 土的施工有其特殊性 ， 即混凝土被外围钢管所包覆 ， 造成浇筑质量难以控制 ， 由于对该问题处理不当， 已 有一些事故发生。 混凝土浇灌质量 的好坏将直接影响到钢管混凝 土构件设计 目标的实现 ， 正是 由于混凝 土被外围钢 管所包覆 ， 也造成 了测定其浇筑质量 的复杂性。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 ， 在对钢管中混凝 土浇灌质量问 题研究时， 要充分考虑控制混凝土强度和密实度 ， 前 者可以保证混凝土达到设计强度 ， 后者可 以保证钢 管和核心混凝土相互协同作用的充分发挥 3 。 3 结束语 钢管混凝土在框架结构中的应用是提高抗压承 载力， 扩大建筑物使用空间的有效途径之一 ， 在很多 方面要优于以往采用的混凝土框架 ， 值得进一步研 究 和在高炉构架 、 通廊支架以及炼 钢厂房中推广应 用 ， 可供相关设计人员参考 。 参 考文献 ： 1 刘冬冬 浅谈钢管混 凝土 结构 的应用 与优 缺点 J 黑 龙江科技信息 ， 2 0 1 0 ， ( 7 ) ： 2 4 3 2 3 GB 5 O 0 1 0 2 o 1 0 建筑 抗震设 计 规 范I s 3 北京 ： 中 国人 民共和 国住房和城乡建设部 ， 2 0 1 0 r 3 李斌 钢管混凝土结构的研究 D 西安 ： 西安建筑科 技大学 ， 2 0 0 4