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超高層建筑中的鋼管砼
　　人類建筑史上傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有：木結(jié)構(gòu)、磚石（砌體）結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等四類。 


　　隨著建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近20年來又推出了第五種結(jié)構(gòu)類型，即全新的鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)。該種新型建筑結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了鋼材和混凝土的材料特性及優(yōu)點(diǎn)，按其組合方式又可分為：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼－混凝土組合梁、外包鋼組合結(jié)構(gòu)和勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等四種。它們的共同特點(diǎn)是：施工簡便、工期短、結(jié)構(gòu)性能好且大大節(jié)約建筑材料。 

　　鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)之一的鋼管混凝土（即鋼管砼－CFST），就是在鋼管中充填素混凝土制成的建筑構(gòu)件。它具有承載力高、抗震性能好、節(jié)約鋼材和施工簡捷等突出優(yōu)點(diǎn)，因而在高層和超高層建筑中得到了日益廣泛的應(yīng)用。其推廣與發(fā)展的速度十分迅猛，并將成為二十一世紀(jì)高層和超高層建筑群最為實(shí)用和主要的結(jié)構(gòu)形式。 

一、鋼管砼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

　　鋼管砼在高層建筑工程中，主要是作為受壓管柱的建筑構(gòu)件使用，與鋼梁和梁柱節(jié)點(diǎn)等共同構(gòu)成建筑物的框架結(jié)構(gòu)體系。 

鋼管砼柱因其結(jié)構(gòu)特征，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)。即管柱外部包裹鋼管材料，管柱內(nèi)部充填混凝土材料，因鋼管壁對管內(nèi)混凝土形成的剛性拘束作用，防止了管內(nèi)混凝土的脆性破壞。實(shí)驗(yàn)和理論分析證明，鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環(huán)向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處于三向應(yīng)力狀態(tài)。三向受壓的混凝土抗壓強(qiáng)度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，由原來的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧稀Ｕ�是這種結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點(diǎn)，并作為新型的第五種建筑組合結(jié)構(gòu)顯示出巨大的生命力和發(fā)展前景。 

　　在高層建筑中，鋼管砼的特征與優(yōu)勢如下： 
　　1、鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當(dāng)于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上； 
　　2、鋼管砼柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積； 
　　3、柱子截面減小，自重減小，有利于結(jié)構(gòu)抗震，相當(dāng)于設(shè)防烈度下降一級； 
　　4、鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價； 
　　5、鋼管壁薄便于選材、制造與現(xiàn)場焊接，是施工最為快捷的建筑結(jié)構(gòu)； 
　　6、鋼管砼柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優(yōu)于鋼柱，從而比鋼柱可節(jié)省耐火涂料50%以上； 
　　7、鋼管砼具有的核心混凝土三向受壓特性，利于剛剛問世的C60～80高強(qiáng)度混凝土安全可靠地推廣應(yīng)用。 


　　由于上述各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，采用鋼管砼柱時可節(jié)省大量的建筑材料，且素混凝土無須振搗，施工方便，工期短。根據(jù)計(jì)算，與鋼筋混凝土柱相比，可節(jié)約混凝土60~70%，同時降低造價。若與全鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱相比，則可節(jié)約鋼材50%，其工程造價也可降低45%。 

　　在高層建筑設(shè)計(jì)中，鋼管砼柱可以僅控制長細(xì)比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好，還克服了普通鋼結(jié)構(gòu)鋼柱存在的局部失穩(wěn)的缺點(diǎn)。因此，與鋼筋混凝土柱相比，截面設(shè)計(jì)可以減少60%以上。 

　　例如，北京國際貿(mào)易中心塔樓的原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由美國提供，采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土柱的截面設(shè)計(jì)尺寸為2200×2200mm，十分龐重。后改用了國內(nèi)的鋼管混凝土設(shè)計(jì)方案后，鋼管砼柱的截面僅為φ1400×30mm，截面面積減少了2／3。 

　　全國聞名的深圳賽格廣場大廈，采用了鋼管砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其鋼管砼柱最大截面僅為φ1600×28mm，若用鋼筋混凝土柱，截面則應(yīng)為2400×2200mm，柱截面面積減少了63%，粗略估算使整個大廈增加了使用面積八千多平方米。 

　　顯然，采用鋼管砼結(jié)構(gòu)的高層建筑，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 

二、鋼管混凝土的發(fā)展前景與工程應(yīng)用 

　　我國在鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)的學(xué)術(shù)研究與工程應(yīng)用方面，一直處于國際領(lǐng)先地位。1988年創(chuàng)立的"國際鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)合作研究協(xié)?quot;，其首屆與第二屆主席，即由我國的中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會常務(wù)理事、中國鋼協(xié)鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)協(xié)會理事長、博士及博士后導(dǎo)師、著名的建筑鋼結(jié)構(gòu)專家和學(xué)者、哈爾濱建筑大學(xué)鐘善桐教授擔(dān)任。現(xiàn)已82歲高齡的鐘善桐教授，至今仍擔(dān)任著該國際學(xué)術(shù)組織的名譽(yù)主席。 

　　與此同時，鐘善桐教授居世界領(lǐng)先創(chuàng)立了"統(tǒng)一理論"，并將其應(yīng)用于鋼管混凝土的理論研究與工程設(shè)計(jì)方面，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)演變成一個完整和獨(dú)立的建筑新學(xué)科。在此基礎(chǔ)上，提出了一整套設(shè)計(jì)公式，并就鋼管炷