超高層建筑中的鋼管砼
　　人類(lèi)建筑史上傳統的結構形式主要有：木結構、磚石（砌體）結構、鋼筋混凝土結構和鋼結構等四類(lèi)。 


　　隨著(zhù)建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近20年來(lái)又推出了第五種結構類(lèi)型，即全新的鋼－混凝土組合結構。該種新型建筑結構，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：鋼管混凝土結構、鋼－混凝土組合梁、外包鋼組合結構和勁性鋼筋混凝土結構等四種。它們的共同特點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)便、工期短、結構性能好且大大節約建筑材料。 

　　鋼－混凝土組合結構之一的鋼管混凝土（即鋼管砼－CFST），就是在鋼管中充填素混凝土制成的建筑構件。它具有承載力高、抗震性能好、節約鋼材和施工簡(jiǎn)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用。其推廣與發(fā)展的速度十分迅猛，并將成為二十一世紀高層和超高層建筑群最為實(shí)用和主要的結構形式。 

一、鋼管砼的結構特點(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件使用，與鋼梁和梁柱節點(diǎn)等共同構成建筑物的框架結構體系。 

鋼管砼柱因其結構特征，同時(shí)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，管柱內部充填混凝土材料，因鋼管壁對管內混凝土形成的剛性拘束作用，防止了管內混凝土的脆性破壞。實(shí)驗和理論分析證明，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力狀態(tài)。三向受壓的混凝土抗壓強度大大提高，同時(shí)塑性增大，其物理性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，由原來(lái)的脆性材料轉變?yōu)樗苄圆牧�。正是這種結構力學(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構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，有利于結構抗震，相當于設防烈度下降一級； 
　　4、鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應降低了地基基礎造價(jià)； 
　　5、鋼管壁薄便于選材、制造與現場(chǎng)焊接，是施工最為快捷的建筑結構； 
　　6、鋼管砼柱內的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性?xún)?yōu)于鋼柱，從而比鋼柱可節省耐火涂料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(wèn)世的C60～80高強度混凝土安全可靠地推廣應用。 


　　由于上述各項優(yōu)點(diǎn)，采用鋼管砼柱時(shí)可節省大量的建筑材料，且素混凝土無(wú)須振搗，施工方便，工期短。根據計算，與鋼筋混凝土柱相比，可節約混凝土60~70%，同時(shí)降低造價(jià)。若與全鋼結構的鋼柱相比，則可節約鋼材50%，其工程造價(jià)也可降低45%。 

　　在高層建筑設計中，鋼管砼柱可以?xún)H控制長(cháng)細比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好，還克服了普通鋼結構鋼柱存在的局部失穩的缺點(diǎn)。因此，與鋼筋混凝土柱相比，截面設計可以減少60%以上。 

　　例如，北京國際貿易中心塔樓的原結構設計由美國提供，采用的是鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土柱的截面設計尺寸為2200×2200mm，十分龐重。后改用了國內的鋼管混凝土設計方案后，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(chǎng)大廈，采用了鋼管砼結構設計，其鋼管砼柱最大截面僅為φ1600×28mm，若用鋼筋混凝土柱，截面則應為2400×2200mm，柱截面面積減少了63%，粗略估算使整個(gè)大廈增加了使用面積八千多平方米。 

　　顯然，采用鋼管砼結構的高層建筑，其經(jīng)濟效益非常顯著(zhù)。 

二、鋼管混凝土的發(fā)展前景與工程應用 

　　我國在鋼－混凝土組合結構的學(xué)術(shù)研究與工程應用方面，一直處于國際領(lǐng)先地位。1988年創(chuàng )立的"國際鋼－混凝土組合結構合作研究協(xié)?quot;，其首屆與第二屆主席，即由我國的中國鋼結構協(xié)會(huì )常務(wù)理事、中國鋼協(xié)鋼－混凝土組合結構協(xié)會(huì )理事長(cháng)、博士及博士后導師、著(zhù)名的建筑鋼結構專(zhuān)家和學(xué)者、哈爾濱建筑大學(xué)鐘善桐教授擔任�，F已82歲高齡的鐘善桐教授，至今仍擔任著(zhù)該國際學(xué)術(shù)組織的名譽(yù)主席。 

　　與此同時(shí)，鐘善桐教授居世界領(lǐng)先創(chuàng )立了"統一理論"，并將其應用于鋼管混凝土的理論研究與工程設計方面，使鋼管混凝土結構演變成一個(gè)完整和獨立的建筑新學(xué)科。在此基礎上，提出了一整套設計公式，并就鋼管炷