鋼管砼結構在體育場館中運用研究

摘 要：本文介紹了鋼管砼柱的結構受力體系、主要構造的處理、地震作用的影響，以及鋼管砼軸壓桿件作為網架壓桿的屋蓋結構設計。對鋼管砼的特點和技術經濟效益的分析表明，鋼管砼普遍應用在大型、高層、超高層及高聳鋼結構中，帶來的效果也是很明顯的，本文從體育館的建筑構造中簡述了鋼管砼的作用。

關鍵詞：鋼管砼結構 體育場 具體應用特點

中圖分類號：TU398 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0098-01

鋼管砼結構在工程建筑中的應用，現在是越來越明顯了，尤其是近幾年來，鋼管砼結構作為一種新型的鋼-混組合結構，已經被廣泛的應用到單層和多層工業廠房住、設備構架柱、各種構架、支架、棧橋柱、地鐵站臺柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結構等建筑體，而且在建筑中起到了重要的作用。當前在我國一些體育館的結構設計中，應用鋼管砼結構。在屋蓋結構設計中，用鋼管砼軸心受壓桿件作為網架的壓桿。在主體結構中，用鋼管砼柱作為整個建筑物承重和抗震結構體系，體現了中國傳統建筑風格和現代技術的良好結合。下面筆者就鋼管砼結構在體育場館中的運用進行一下分析研究，希望對促進我國體育場館的建筑設計做出有益的貢獻。

1 鋼管砼結構體育場館工程概況

鋼管砼結構體育場館空曠面積較大，一般的占地面積大多在2000 m2以上。在建筑立面上往往有數十個鋼管砼柱外露，以體現體育建筑剛勁有力的建筑風格。

為配合建筑造型，鋼管砼結構體育場館屋蓋一般采用正交斜放抽空四角錐網架，網架部分的受壓桿件采用鋼管砼桿件，主體結構數十個個鋼管砼柱組成，將鋼管砼受壓柱應用在大跨度體育建筑結構設計和將鋼管砼受壓桿件應用在屋蓋網架結構體系中。在主體結構中，用鋼管混凝土柱作為整個建筑物承重和抗震結構體系，來說明鋼管砼結構的具體效果。

2 鋼管砼柱結構設計

2.1 鋼管砼柱結構體系及構造

鋼管砼結構體育場館整個建筑承重結構體系為數十個個鋼管砼柱組成空間框架與排架結構協同受力體系。

（1）鋼管選型：鋼管通常采用螺旋形焊縫鋼管，鋼號通常可以選用A3號鋼，可內填C30砼。根據建筑物地震及豎向荷載的內力計算，以及滿足長細比的要求，在這里我們不僅僅要考慮到，鋼管的重量、厚度、長度，同時還要計算所用的混凝土的立方數，依據這些來選擇合適的鋼管。

（2）托梁與鋼管砼柱的連接。設計中通常要采用托梁的寬度與鋼管的直徑相同。在鋼管的內壁周圍等距離焊接鋼筋，并焊螺旋箍筋。連接鋼筋截面面積與鋼管壁厚面積相同，伸入柱內及托梁內的錨固長度要滿足40d（d為鋼筋直徑）的要求。螺旋箍筋參考框架的構造要求，間距通常要不大于100 mm，澆灌鋼管內砼的施工縫不宜在鋼管頂面處留，宜在鋼管頂面下去40 d（d為鋼筋直徑）處留，待托梁鋼筋綁扎好后，一同澆注砼。同時鋼管砼柱插入杯口基礎內的深度為可為2D（D為鋼筋直徑）。在基礎范圍內的鋼管砼柱周圍可焊接水平環狀鋼筋，以提高鋼管砼柱與基礎的連接力。

3 鋼管砼柱與梁板的連接

（1）剪力傳遞。所謂的剪力傳遞就是配筋率、銷栓作用和剪切面尺寸對于鋼筋混凝土剪面剪力傳遞性能。而體育館正是柱連接的梁端剪力傳遞，我們借助那些在鋼管上面牛腿來做剪力連接。通過牛腿的上、下翼緣、腹板均與鋼管雙面貼角焊接要牢靠，與板連接的板端局部可剪力傳遞，鋼管外部剪力傳遞是將梁（板）端的剪力傳遞于鋼管，可借助于板正負鋼筋與焊于鋼管上的上下加強環分別焊接來傳遞剪力。

（2）彎矩傳遞。根據各桿件的線剛度計算各節點的桿端彎矩分配系數，來計算各個端點的負荷，來實現與柱連接的梁端彎矩傳遞，在梁上翼緣可設置加強環，下翼緣設置牛腿。加強環與牛腿均需與梁正負鋼筋焊接。與柱連接的板端彎矩傳遞同樣可借助于板正負鋼筋與焊于鋼管上的上下加強環分別焊接來傳遞彎矩。

4 網架中鋼管砼桿件作為受壓桿件的設計

在屋蓋結構設計中，用鋼管混凝土軸心受壓桿件作為網架的壓桿。網架往往需要數百個個桿件，其中，軸心受壓桿件為通常要占總桿件的一半左右，這個時候我們可以選擇鋼管鋼管砼柱結構，因為它可以代替鋼結構，不僅省資料、還省時省力、省錢。

5 鋼管砼結構的優點和技術經濟效益

采用鋼管砼柱結構在設計時，力求做到構件統一，節點統一，這樣就可以使得能充分發揮混凝土與鋼材的特長，從而使構件的承載能力大大提高，從而讓它們各自受力均勻。對于對混凝土來說，由于鋼管約束，改變了受力性能，對鋼管來說，同樣有著混凝土的約束亦是如此。其次施工簡單，還能縮短工期。由于鋼管本身都是模板，通過建筑構建，我們就很方便的搭建一個工程骨架。不僅節省了大量施工中的材料，減少了施工工作量，而且還大大的提高了我們的工作效率。對于抗震這一塊來說，鋼管砼結構的條件更為優越，由于自身的重量比著原來全部混凝土的重量減輕了一大部分，再加之鋼管的延伸性、牢固性，對于抗震來說，這些都是極為重要的作用，提高體育館的質量。

對于鋼管砼的經濟效果更是可想而知，首先為我們不僅僅省下了許多的材料資料，還為我們節約工期所用的時間。根據多項工程統計，鋼管混凝土與鋼結構相比，在保持自重相近和承載力相同的條件下鋼管混凝土大約能節省鋼材50%，，并節省大量的焊接工作；在比較混凝土建筑，相比之下，所用的水泥和沙石的材料也減少了一半，節約了很多的建筑經費；鋼管內澆灌混凝土也可以減少鋼管的腐蝕面積，腐蝕面積的減少間接的也是減少了將來的維修經費；而且鋼混結構，能吸收大量的熱能，因此遭受火災時管柱截面溫度場的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時間，由于承受的溫度面不同，鋼梁的溫度會從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低，使得建筑更不容易坍塌。最后是最直接也是最重要的，就是大量減少了人工費用，把體育館的造價降到了最低。

總之，通過對當前國內采用鋼管砼結構體育場館進行的經濟技術分析表明，鋼管砼柱結構，不僅能夠適應體育館結構向大跨、高聳、重載發展的需要，還符合現代施工技術的工業化要求，改善了體育館的美觀性、質量性和空間性。正是因為鋼管砼結構的作用如此之大，而正被越來越廣泛地應用于各種結構工程中，而且大部分的已經有了不錯的效果。作為新技術，我們應該充分的掌握其優勢，積極的鉆研和發展這些優勢，讓它們更好的服務于我們。所以鋼管砼結構有著廣闊的發展前景，這也需要我們的努力來實現它的價值。

參考文獻

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