浅析高层建筑中钢管混凝土柱的应用优势.pdf

第4 期 2 0 o 5 年4 月 广东 土木与建 筑 GUANGDONG ARCHI T EC TURE CI VI L E NGI NE ERI NG N o ． 4 A P R 2 O 0 5 浅析高层建筑中钢管混凝土柱的应用优势 李守江 J ● - ( 广州华港房地产有限公司 广州5 1 0 6 3 0 ) 摘 要 ： 通过对比钢管混凝土柱( 环粱节点形式) 和普通钢筋混凝土柱的结构特点和造价指标 ， 以及两种构件的 综合经 济效益 ， 分析 钢管混凝土柱 在高层建筑结 构 中的应用优 势。 关键词： 钢管混凝土柱；预算价格；工程成本：综合经济效益 钢一混凝 土组合结构是近年高层和超高层建筑 中推广应用的新结构形式之一 ， 它可充分发挥钢材 和混凝土材料 的特性 ． 具有施 T简便 ． 工期短 ． 结构 性能好 、 材料用量省等优点 ， 该结构按其组合方式又 可分 为 4种 ． 即钢管混 凝土结 构 、 钢一混凝 土组合 梁 、 外包钢组合结构和劲性钢筋混凝土结构等 。 其 中 ， 钢管混凝 土结构是在钢管 中充填混凝土 而制成 ， 具有承载力高 、 抗震性能好 、 节约钢材和施 工简捷等优点 ， 尤以钢管混凝 土柱构件的表现最为 突出， 因而在高层和超高层建筑中得到 日益广泛的 应用 ， 今后将成 为高层 和超高层 建筑 中较主要和实 用 的结构形式 1 钢管混凝土柱的结构特点 高层建筑中的钢管混凝土柱作为受压管柱 的建 筑构件 ， 与钢梁 和梁柱节点 等共 同构 成框 架结构体 系。其结构特征是充分利用钢管和混凝土两种材料 的优点 ， 即管柱外包钢管材料 ， 内部充填混凝土 ， 因 钢管壁对管 内混凝土形成刚性 约束作用 ． 防止 了管 内混凝土 的脆性破坏 实验 和理论分析证 明． 钢管 混凝 土在轴 向压力作用下 ， 钢管 的轴 向和径 向受压 而环 向受拉 ， 混凝土则三 向受压 ． 钢管 和混凝土均处 于三 向应力状态 ， 混凝土抗压强度大大提高 ． 同时塑 性增大 ， 其物理性能发生 了质的变化， 由原来的脆性 材料转变为塑性材料 ． 正 是这 种结构 力学性 质的根 本变化 ， 决定 了钢管混凝土的基本性能和特点 ． 并作 为新型建筑组 合结构显示 出其广阔的发展前景 。 在高层 建筑 中 ． 钢管混凝土柱结构体 系的性 能 明显优于一般钢筋混凝 土结构体 系 ， 从技 术角度看 是一种非常合理的选择． 其优点具体表现如下： ( 1 )在荷载条件和钢材用量大致相同的情况下 ， 钢管混凝 土柱截面仅 为钢筋混凝土柱的 3 0 ％～ 4 0 ％， 从 而增大 了建筑物的有效使用面积 ， 在公共建筑 大 厅或车库 中采用其优势更为突出； ( 2 )具有 良好的结构延性 ． 与普通钢筋混凝土大 偏心受压构件相比， 钢管混凝土柱的延性可提高几 倍甚至十几倍 ， 抗震性能也更优越； ( 3 ) 结构 自重轻． 有利于减小地基荷载， 减弱地 震影响， 相当于抗震设防烈度降低一级； ( 4 ) 现场工作量大大减少 ， 有利于加快施工进度 ， 缩短工期 ： ( 5 )梁板与柱可采用不同强度等级的混凝土 ， 避 免节点施工上处理 困难。 2 钢管混凝土柱的经济性分析 钢管混凝 土柱与普通钢筋混凝土柱相 比． 可大 幅节省建筑材料( 钢材 、 水泥 、 木材等 ) 用量 ， 且 钢管 混凝土柱施工时不需模板支撑 ． 混凝土不需振捣 ， 因 而施工方便 ， 可节省人工 和缩 短工期 。现 以我司开 发 的滨江 明珠高层商住楼为例 ． 对钢管混凝土柱与 普通钢筋混凝土柱进行经济对 比分析。 该工程位于广州市海珠区滨江东路 ， 地上 2 9层， 地下 2层 ， 建筑高度 1 1 0 ． 9 m， 总建筑 面积 4 4 2 6 6 m 。 其中 1 ～ 3 层为商场， 4层为架空层 ， 5 ～ 2 9 层为住宅， 地下室用作停车用途 。该 工程采用框架一剪力墙结 构体系 ， 其中一 2 ～ 4层采用 2 5根 钢管混凝土柱 ， 以解 决停车库和商场柱截面尺寸大的问题。经对普通钢 筋混凝土柱和圆钢管混凝土柱两种方案进行经济对 比分析 ． 认 为使 用圆钢管混凝 土柱造价适 中且工期 短 ， 不但可增加使用面积 1 7 8 m ， 且使得停车库和商 场建筑功能更加合理 ， 综合效益显著 。 3 5 维普资讯 2 0 O 5 年4 月 第4 期 李守江： 浅析高层建 筑中 钢管混 凝土柱的应用 优势 2 ． 1 设计条件 ( 1 )以相 同承载力 3 ． 2 ~ 1 0 4 k N为前提 ． 钢管混凝 土柱为 8 0 0 x 1 6 ， C 6 0混凝土 ，按环梁节点设计 ； 普 通钢筋混凝土柱按框支柱设计． 截面 1 ．3 m x 1 ．3 m， C 6 0 混凝土 ． 控制轴压 比 0 ． 7 。 ( 2 )套 用广东 地 区 2 0 0 3年 建筑工程 预算 价格 表， 按二类工程下浮 5 ％计算， 其中钢管 、 钢筋、 混凝 土价格参考施工期间( 2 0 0 4年第 4季度) 《 广州地区 建设工程材料指导价格》 并结合市场价套用。人丁 按一至三类工分别为 3 0 ， 2 8 ， 2 5元／ 工日计算。 2 ． 2 经济对 比分析 ( 1 )环梁节点钢管混凝土柱 ① 钢材：A 7 ／" ( 8 0 0 2- 7 6 8 ) = 3 9 0 4 8 m m 2 , G 1- 7 ．8 5 x 3 9 0 ．4 8 x l ( t 6-- 0 ．3 0 9 t／ m ， 按5 5 0 0 元／ m 计， 则约l 7 0 0 元／ m ； ②混凝土： A = ~ x 7 6 8 = 4 6 3 2 4 7 m m ， V = 4 6 3 2 4 7 ~ 1 0 ： 0 ．4 6 3 m 3／ m ， 按4 1 4 ．5 元／ m 计， 则为 1 9 2 元／ m ； ③钢 管 壁 2 0 mm 厚 M2 0柱 网 砂 浆 防 火 层 ： = x 0 ． 8 = 2 ． 5 1 3 m m， 按 1 5 ．8元／ m 计 ， 则为 3 9 ．7元／ m ； ④钢 管壁 3 0 mm厚混凝土 防火层 ： = x 0 ． 8 4 = 2 ． 6 4 m m， 按 8 ．6元／ m 计， 则为 2 2 ． 7元／ m； ⑤环梁节点： 分摊 到每延米柱， 为 3 2 7 元／ m。 经计算， ∑( ①+ ②+ ③+ ④+ ⑤) = 2 2 8 0 ．9元／ m 。 ( 2 ) 普通钢筋混凝土柱( 最小配筋率纵筋 1 ．2 ％， 箍筋 1 ． 8 ％． 全长加密) ① 钢材： 纵筋 1 ．3 x 1 ． 3 x 1 ．2 ％ x 7 ． 8 5 = 0 ． 1 5 9 t ／ m ， 按 4 3 0 0 ~ ／ t 计，则为6 8 3 ．7 元／ m ：箍筋6 8 3 ． 7 x 1 ．8 ／ 1 2 2 = 1 0 2 5 ．5元／ m， 造价为 1 7 0 9 ．2 5 元／ m； ( 昆 凝土： V = I ．3 x 1 ．3 = 1 ． 6 9 m m， 按 4 1 4 ．5 元／ m 计 ， 则为 7 0 0 ．5元／ m； ③模板： S = I ．3 x 4 = 5 ． 2 m m， 按 1 8 ．7 4元／ m 计， 则为 9 7 ．4 元／ m ； ④2 0 m m厚砂浆抹灰层：按 8 ． 1 8 元／ m 计 ， 则为4 2 ．5 元／ m。 经计算， ∑( ①+ ②+ ③+ ④) = 2 5 4 9 ． 6 5 元／ m。 2 - 3 综合经济效益分析 ( 1 ) 钢管混凝土柱与普通钢筋混凝土结构相比， 可降低工程造价约 2 6 8 ．7 5 元／ m，按每层 4 ． 8 m、 6 层 共 2 5个计算 ． 则为 1 9 - 3 5万元 ： ( 2 )圆钢管混凝土结构减小了地基承载， 节省一 定 的基础施工费用( 此处不作具体计算分析 ) 。 ( 3 )采用钢管混凝土结构 ，可增大实用面积 ， ( 1 -3 1 ． 3 一 万 x O ．4 ) 6 层~ 2 5 个 1 7 8 m ， 按 1 万元／ m 计 ． 则可增加收益约 1 7 8万元 综上所述 ． 本 工程采用钢管混凝土结构可减少 工程费用近 2 0 0万元， 综合经济效益相当明显。 3 6 3结语 我 国钢管混凝 土结构 的研究开 发始 于上世纪 6 0年代 中期 ， 首例应用实 例为北京地铁工程 ， 并成 功应用于地铁车站 “ 北京站” 和“ 前门站” 站台柱的建 造 中． 之后环行地铁工程站 台柱全部采用钢管混凝 土结构 。在 7 0年代以后 ， 我 国钢管混凝土逐渐应用 于单层和多层工业厂房、 高炉、 锅炉构架 、 送变电构 架及各种支架结构中． 其应用T程也逐渐增多。8 0 年代初 ， 日本率先采用泵送混凝土施工方法 ， 成功解 决了钢管混凝土柱浇灌施工工艺复杂的问题， 既保证 了工程质量 ， 又降低了造价， 促使钢管混凝土结构进 入一个新的发展阶段 ， 在 日本 、 澳大利亚和美国等 国 相继建成了一批钢管混凝土结构高层建筑和拱桥等。 我 国钢管混凝土工程应用于 8 0 ～ 9 0年代进入 成熟阶段 ， 并将其拓展为公路与城市拱桥和高层与 超高层 建筑 的两大工程领域 ， 如近年百米 以上钢管 混凝土结构高层建筑数量呈不断增多之势 。随着建 筑技 术的发展 ． 钢管混凝土丁程尤其是钢管混凝土 柱结构体系必将凭借其结构优点和经济优势而得到 更为广阔的应用 。 参考文献 l 广东省建筑工程综合定额( 2 0 0 3版) 2 建设T 程材料指导 价( 广州地 区 ) ， 2 0 0 4年第 4季度 3 C E C S 2 8 ： 9 0 钢管混凝 土结构设计 与施工 规程 维普资讯