¿Aplicación del hormigón con tubos de acero en la construcción residencial?
Este artículo presenta brevemente la historia del desarrollo, el progreso de la investigación y la aplicación del concreto en tubos de acero en proyectos prácticos, expone las características del concreto en tubos de acero y su aplicación de ingeniería en residencias con estructura de acero, y analiza la necesidad de Se prospectaron más investigaciones en el futuro.
El hormigón armado es un componente en el que se rellenan tubos de acero con hormigón, desarrollado a base de hormigón armado con acero y hormigón armado en espiral. El hormigón con tubos de acero somete al hormigón a un estado de tensión complejo a través de la interacción entre los tubos de acero y el hormigón, mejorando así la resistencia, plasticidad y tenacidad del hormigón. Al mismo tiempo, la presencia de hormigón puede evitar o retrasar el pandeo local de la tubería de acero, asegurando así que se puedan ejercer plenamente las propiedades del material. Se puede ver que los dos se promueven entre sí, cooperan entre sí, se complementan y mejoran conjuntamente la integridad de los componentes del tubo de acero relleno de hormigón, haciéndolos tener una alta capacidad de carga, buena plasticidad y tenacidad, buena resistencia a los terremotos. , construcción conveniente, buena resistencia al fuego y buena reparabilidad después de un desastre. Debido a sus avanzados indicadores económicos y otras ventajas, ha sido ampliamente utilizado.
1 Progreso de la investigación sobre el hormigón con tubos de acero
Según la forma de la sección transversal, el hormigón con tubos de acero se puede dividir en hormigón con tubos de acero circulares (comúnmente conocido como hormigón con tubos de acero), cuadrado Hormigón con tubos de acero, hormigón con tubos de acero rectangulares y hormigón con tubos de acero poligonales. Uno de los primeros proyectos que utilizó estructuras de tubos de acero rellenos de hormigón fueron los pilares del puente ferroviario de Severn en Inglaterra en 1879. En ese momento, los tubos de acero se rellenaron con hormigón para evitar que se oxidaran mientras soportaban la presión. Los primeros estudios no consideraron la interacción entre la tubería de acero y su núcleo de hormigón para mejorar la capacidad de carga del componente, sino que simplemente los superpusieron. A medida que la investigación profundizó, se descubrió que debido a las limitaciones de la tubería de acero sobre el concreto, el concreto se encontraba en un estado de tensión complejo, lo que mejoraba la resistencia, plasticidad y tenacidad del concreto. Al mismo tiempo, la presencia de hormigón puede evitar o retrasar el pandeo local del tubo de acero. La interacción entre ellos es complementaria, mejorando la integridad del hormigón del tubo de acero, otorgándole una serie de propiedades mecánicas superiores e indicadores económicos avanzados.
Existen muchos métodos de investigación para estudiar las propiedades mecánicas del hormigón con tubos de acero, como la investigación experimental, la regresión de coeficientes de prueba, el análisis de estado límite y métodos de solución numérica como el método del modelo de fibra y el método de elementos finitos [3 -4]. Su desacuerdo radica en cómo estimar la restricción mutua entre el tubo de acero y el núcleo de hormigón, lo que resulta en la complejidad de sus propiedades mecánicas. Dado que los investigadores estudian las cuestiones anteriores desde diferentes ángulos y tienen diferentes interpretaciones del efecto circular entre los tubos de acero y el hormigón, los métodos de cálculo y los resultados también serán diferentes. Investigadores de varios países han estudiado sistemáticamente las propiedades mecánicas de elementos tubulares de acero rellenos de hormigón y estructuras de pórticos compuestas por elementos tubulares de acero rellenos de hormigón y vigas de acero o vigas de hormigón armado bajo efectos estáticos, dinámicos y de fuego [1-4]. Sobre la base de resultados de investigaciones relevantes, países de todo el mundo han formulado especificaciones de diseño y construcción para estructuras de tubos de acero rellenas de hormigón, como las europeas EC4 (1996), DIN18800 (1997) y las estadounidenses ACI-319-89 y SSLC (1979). ). Mi país comenzó a estudiar el hormigón con tubos de acero en la década de 1960, centrándose principalmente en el vertido de hormigón simple en tubos de acero. Aunque comenzó tarde, ha logrado resultados notables, especialmente en los últimos diez años, y emitió una serie de especificaciones de diseño, como JCJ01-89, CECS28:90, DL/T5085-1999 y GJB 65438+. La formulación de estas regulaciones inició la aplicación generalizada de tubos de acero rellenos de hormigón en la industria de la construcción de mi país.
2. Aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en edificios residenciales
Desde los años 1960 hasta los años 1980, los tubos de acero rellenos de hormigón comenzaron a utilizarse en edificios industriales y civiles. Con la profundización de la investigación teórica, la promulgación de especificaciones de diseño y sus propias ventajas, los tubos de acero rellenos de hormigón se utilizan cada vez más en columnas de fábricas industriales de uno o varios pisos, columnas de marcos de equipos, varios marcos, soportes, columnas de caballete y metros. columnas de plataforma, torres de transmisión y transformación, puntales de armadura, pilotes y estructuras espaciales En los últimos 10 años, especialmente en los últimos 2-3 años, se ha utilizado en estructuras de puentes, edificios de gran altura y de gran altura.
2.1 Aplicación y características de los tubos de acero rellenos de hormigón en edificios no residenciales
En la década de 1960 se comenzaron a utilizar tubos de acero rellenos de hormigón en plantas industriales. Según las estadísticas, en 1994, había cientos de edificios industriales de uno o varios pisos o columnas de marco en mi país. El costo de cada componente era equivalente o menor que el de las columnas de hormigón armado, pero la sección transversal era. Se redujo significativamente y se acortó el período de construcción. Las plantas de hormigón de tubos de acero están ubicadas en todo el país, como la 31ª Fábrica Textil de Algodón en Shanghai, el taller de ensamblaje de cascos del Astillero Dalian, el taller de estructura del casco de los Astillero Wuchang y el Astillero Zhonghua, y el tercer taller de fabricación de acero y fundición continua de Taiyuan. Compañía Siderúrgica [2]. La aplicación de hormigón con tubos de acero en edificios industriales ha dado el primer paso en su aplicación en proyectos reales.
En la última década, los tubos de acero rellenos de hormigón se han utilizado ampliamente en puentes de arco y estructuras de puentes con vigas de celosía espacial. Según estadísticas incompletas, a finales de 1999, mi país había construido más de 100 puentes en arco de tubos de acero rellenos de hormigón y 10 puentes en arco de tubos de acero rellenos de hormigón. Al mismo tiempo, la aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en edificios de gran y gran altura en mi país se ha desarrollado rápidamente y ha experimentado un proceso desde columnas parciales hasta la mayoría de las columnas y, finalmente, todas las columnas.
Entre ellos, algunos edificios de gran altura con columnas de tubos de acero rellenos de hormigón incluyen: el edificio de la oficina de correos de Quanzhou (87,5 m de altura), el edificio de la oficina de correos de Nan'an, la plaza global de Fuzhou, la plaza del buen mundo de Guangzhou (116,3 m), el edificio de Beijing Sichuan , Distrito 2 del edificio integral de Pingshan del gobierno provincial de Fujian La mayoría de las columnas son: edificio Xiamen Fukang (86,5 m), edificio del Centro Financiero Mundial de Beijing (120 m), edificio de la Nueva China de Guangzhou (201,8 m), edificio del Centro de Información de Correos y Telecomunicaciones de Shenzhen, Edificio de oficinas del Banco Industrial y Comercial de Tianjin; todas las columnas son: Edificio Xiamen Jinyuan (96,1 m), Edificio Tianjin Evening News (137 m), Edificio Shenzhen SEG Plaza (291,6 m), Proyecto Terrestre y Marítimo de Shanghai (84,7 m), etc. Entre ellos, el edificio Shenzhen SEG Plaza ganó el segundo premio del Premio Nacional al Progreso de la Ciencia y la Tecnología en 2000. Es el primer edificio de gran altura con estructura compuesta autodiseñado, fabricado y construido en mi país, todo utilizando acero nacional y con inversión propia. La aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en puentes y edificios de gran altura ha dado el segundo paso hacia las aplicaciones prácticas.
En la última década, los tubos de acero rellenos de hormigón han comenzado a utilizarse en columnas compuestas. Con la continua profundización de la investigación teórica sobre el hormigón con tubos de acero y el creciente número de aplicaciones de ingeniería, existe una necesidad urgente de mejorar la resistencia al fuego del hormigón con tubos de acero y la fragilidad del hormigón central de alta resistencia. Actualmente existen dos formas principales de resolver este problema: una es resolver el problema de la fragilidad del hormigón en tubos de acero llenando los tubos de acero con hormigón armado o hormigón de fibra de acero, y resolver el problema de la resistencia al fuego del hormigón en tubos de acero mediante pulverización. -revestimientos retardantes en la superficie exterior de los tubos de acero; el segundo es utilizar columnas compuestas. La columna compuesta es una columna compuesta [5], que se compone de tubería de acero, hormigón simple dentro de la tubería y hormigón armado fuera de la tubería. El hormigón relleno de tubería de acero se coloca en el núcleo de la columna y está rodeado por un círculo de hormigón armado. . Debido a que las columnas compuestas están envueltas con concreto, tienen buena resistencia al fuego y a la corrosión. Al mismo tiempo, una parte considerable de la fuerza axial total la soporta el tubo de acero del hormigón en el núcleo, y la presión axial compartida por el hormigón periférico (distribuida según la relación de rigidez vertical) es menor, por lo que la relación de presión axial También es más pequeño y tiene mejor ductilidad. En la actualidad, los proyectos que utilizan estructuras de columnas combinadas en Liaoning incluyen: Shenyang Daily Building (105 m), Liaoning Postal Hub (96,6 m), Liaoning Property Building (100 m), Shenyang Hetai Building (75,6 m), Oficina de Impuestos Locales del Distrito Shenyang Heping ( 76,8 m) ), Torres Gemelas Shenyang Electric Power Garden (65438). La aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en columnas compuestas ha dado el tercer paso en la ingeniería práctica.
2.2 Características del hormigón con tubos de acero y su aplicación en edificios residenciales
Por un lado, la estructura de acero en sí tiene las ventajas de un alto contenido tecnológico, protección del medio ambiente y utilización de energías renovables. Por otro lado, debido a que la producción ha aumentado significativamente, la producción mundial de acero se ha saturado cada vez más y los precios del acero han caído. Por lo tanto, en los últimos años, mi país ha comenzado a promover vigorosamente las estructuras de acero y alentar su adopción. El Ministerio de Construcción y otros departamentos también se han fijado el objetivo de acelerar el desarrollo y la aplicación de estructuras de acero para la construcción, y decidieron centrarse en promover las estructuras de acero residenciales durante el período del "Décimo Plan Quinquenal", esforzándose por reducir la cantidad de acero. utilizados en estructuras de acero en mi país alcanzan el 3% de la producción total de acero del país durante el período del "Décimo Plan Quinquenal", alcanzando el 6% en 2015[6]. La construcción residencial siempre ha ocupado el primer lugar en la industria de la construcción, por lo que es imperativo promover las estructuras de acero en la construcción residencial.
Las estructuras de acero residenciales se pueden dividir en edificios de poca altura, de varios pisos y de gran altura. Debajo del tercer piso hay un edificio de poca altura, debajo del noveno piso hay un edificio de varios pisos y encima del noveno piso hay un edificio de gran altura. Los pisos 10 a 12 también se denominan edificios pequeños de gran altura. Teniendo en cuenta los requisitos sísmicos, las estructuras de acero residenciales generalmente no deben exceder los 12 pisos. Al mismo tiempo, debido a la gran población de mi país y los recursos de tierra relativamente insuficientes, la demanda de vivienda urbana está creciendo rápidamente. Sin embargo, es apropiado desarrollar residencias pequeñas y de varios pisos con estructura de acero en ciudades con alta densidad de población. Los edificios de gran altura siguen siendo el pilar. Las estructuras de acero residenciales tienen las ventajas de tener menos columnas, un gran espacio interior efectivo, una distribución flexible del espacio residencial y un buen rendimiento estructural. El sistema estructural que elige es generalmente: por debajo de 5 a 6 pisos, un sistema de marco o un sistema de soporte de marco, un sistema de marco-soporte o un sistema de marco-muro de corte (tubo central) de concreto; A menudo se utilizan sistemas duales. Las columnas de estructura utilizadas en residencias con estructura de acero incluyen columnas de acero en forma de H, columnas de hormigón con tubos de acero y columnas de hormigón con forma de acero. Las dos últimas son columnas compuestas. En edificios pequeños de gran altura, las columnas compuestas ahorran acero que las columnas de acero en forma de H, lo que puede reducir los costos del proyecto. Sin embargo, la construcción de columnas de hormigón armado con acero es más compleja que la de columnas de tubos de acero rellenas de hormigón. Por lo tanto, es imperativo promover tubos de acero rellenos de hormigón en estructuras de acero residenciales.
Mi país ha construido algunos proyectos piloto de residencias con estructura de acero con tubos de acero rellenos de hormigón como columnas de estructura en Shanghai, Tianjin, Liaoning, Xinjiang y otros lugares, lo que ha promovido el desarrollo de residencias con estructura de acero en nuestro país. país. Como todos sabemos, Shanghai tiene una alta densidad de población y valiosos recursos terrestres. Por lo tanto, las residencias piloto con estructura de acero de Shanghai utilizan principalmente edificios de gran altura. Tianjin, Liaoning, Xinjiang y otros lugares tienen densidades de población relativamente pequeñas, por lo que eligen edificios pequeños de gran altura y de varios pisos. La Tabla 1 enumera algunos proyectos de estructuras de acero que utilizan tubos de acero rellenos de hormigón como columnas de marco en edificios residenciales de gran altura en estas áreas [7-10]. La aplicación de tubos de acero de hormigón en edificios residenciales ha dado el cuarto paso en su aplicación práctica en ingeniería, lo cual es de gran importancia porque ha realizado el desarrollo de estructuras de tubos de acero de hormigón desde rascacielos hasta pequeños rascacielos y de varios pisos. abriendo una nueva situación para su aplicación a gran escala.
3 Conclusión y perspectivas
El desarrollo de tubos de acero rellenos de hormigón en nuestro país tiene sólo unas pocas décadas de historia, pero se está desarrollando muy rápidamente y ahora se utiliza ampliamente en diversos campos de la ingeniería. Especialmente su aplicación en edificios residenciales ha hecho que pase de su aplicación en edificios de gran altura a aplicaciones en pequeños edificios de gran altura y de varios pisos, creando un amplio espacio para su desarrollo.
Se estima que China necesitará entre 486 y 549 millones de metros cuadrados de viviendas nuevas cada año durante los primeros 20 años del siglo XXI, y 576 millones de metros cuadrados de viviendas nuevas cada año en los próximos 30 años. En los próximos 50 años, la construcción residencial se convertirá en un nuevo punto de crecimiento y de consumo en la economía nacional. Por lo tanto, el espacio de desarrollo de residencias con estructura de acero es amplio y las perspectivas de aplicación del hormigón con tubos de acero en residencias son amplias. Por lo tanto, es necesaria más investigación sobre tubos de acero rellenos de hormigón. En el futuro, se deben realizar los siguientes aspectos del trabajo:
(1) En términos de diseño de protección contra incendios, es necesario simplificar el método de diseño del límite de resistencia al fuego de los tubos de acero rellenos de hormigón y formular el "Código de diseño de protección contra incendios para edificios residenciales con estructura de acero (estructura de tubos de hormigón y acero)" 》. Sólo así se contribuirá a promover la utilización de tubos de acero rellenos de hormigón en edificios residenciales.
(2) Investigación sobre el fortalecimiento de la evaluación de las propiedades mecánicas residuales de edificios residenciales con estructura de acero (tubos de acero rellenos de hormigón) después de incendios y medidas de reparación y refuerzo posteriores a desastres.
(3) La clave de las viviendas con estructura de acero reside en el precio, la calidad, la impermeabilidad, la durabilidad y el tratamiento de las juntas de los paneles de las paredes exteriores. En la actualidad, aunque algunos paneles de pared tienen buen desempeño en todos los aspectos, sus precios son relativamente altos y ni los promotores ni los residentes pueden aceptarlos, por lo que no se pueden promocionar vigorosamente por el momento. Por lo tanto, debemos desarrollar vigorosamente paneles de pared exteriores baratos, livianos, de alta resistencia y duraderos y sus correspondientes componentes de soporte.
(4) Combinado con el proyecto real, mejorar aún más la teoría del diseño, diferentes tipos de especificaciones de diseño estructural y regulaciones de construcción para edificios residenciales con estructura de acero (tubos de acero rellenos de concreto) y compilar atlas de soporte para cada uno. componente lo antes posible.
Además, las residencias con estructura de acero tienen altos requisitos para la tecnología de construcción del equipo de construcción, mientras que la mayoría de las áreas de nuestro país se llevan a cabo principalmente la construcción de estructuras de concreto. Por lo tanto, se debe fortalecer la capacitación de los equipos de construcción de estructuras de acero para promover aún más el desarrollo y la aplicación de tubos de acero rellenos de concreto en edificios residenciales.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd