¿Aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en la construcción residencial?
Lo siguiente es lo que Zhongda Consulting le ofrece sobre la aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en edificios residenciales para su referencia.
Este artículo presenta brevemente la historia del desarrollo y el progreso de la investigación de los tubos de acero rellenos de concreto y su aplicación en proyectos prácticos, expone las características y aplicaciones de ingeniería de los tubos de acero rellenos de concreto en edificios residenciales con estructura de acero y analiza Se prospectó la necesidad de realizar más investigaciones en el futuro.
El tubo de acero relleno de hormigón se refiere a un componente formado mediante el relleno de hormigón en un tubo de acero. Se desarrolla sobre la base de hormigón de acero moldeado y hormigón armado en espiral. El hormigón con tubos de acero utiliza la interacción entre los tubos de acero y el hormigón durante el proceso de tensión para someter el hormigón a estados de tensión complejos, aumentando así la resistencia del hormigón y mejorando en gran medida las propiedades de plasticidad y tenacidad al mismo tiempo, la presencia del hormigón puede; Evitar o retrasar la aparición de daños localizados en el tubo de acero. Pandeo, asegurando así el pleno juego de las propiedades del material. Se puede ver que los dos contribuyen entre sí, se complementan y trabajan juntos para mejorar la integridad de los componentes de los tubos de acero rellenos de concreto, haciéndolos tener alta capacidad de carga, buena plasticidad y tenacidad, buen desempeño sísmico y construcción conveniente. , mejor resistencia al fuego y tiene las ventajas de una buena reparabilidad después de un desastre e indicadores económicos avanzados, por lo que 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 redondos (comúnmente llamado hormigón con tubos de acero) y hormigón con tubos de acero cuadrados. tubos de hormigón, tubos de acero rectangulares y tubos de hormigón poligonales, etc. 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 aquella época, los tubos de acero se rellenaban con hormigón para resistir la presión y también para evitar la corrosión de los tubos de acero. Los primeros estudios no consideraron la interacción entre la tubería de acero y su núcleo de hormigón para mejorar la capacidad de carga del miembro, sino que simplemente los superpusieron. Con la profundización de la investigación, se descubrió que durante el proceso de tensión, debido al efecto de restricción de la tubería de acero sobre el concreto, el concreto se encontraba en un estado de tensión complejo, aumentando así la resistencia del concreto y mejorando en gran medida la plasticidad y tenacidad. propiedades al mismo tiempo, debido a la existencia de concreto Puede evitar o retrasar el pandeo local de la tubería de acero. Los dos interactúan y se complementan para mejorar la integridad de la tubería de acero rellena de concreto, dándole una serie de. Propiedades mecánicas superiores e indicadores económicos avanzados.
Existen varios métodos de investigación para estudiar las propiedades mecánicas del hormigón con tubos de acero, como la investigación experimental, la regresión de coeficientes experimentales, el método de análisis del estado límite y métodos de solución numérica como el método del modelo de fibra y el método de elementos finitos [ 3-4], su diferencia radica en cómo estimar el efecto de restricción mutua entre la tubería de acero y el núcleo de hormigón. La existencia de este efecto de restricción conduce a la complejidad de sus propiedades mecánicas. Dado que los investigadores han estudiado los problemas anteriores desde diferentes ángulos y tienen diferentes conocimientos sobre el efecto de apriete entre las tuberías de acero y el hormigón, los métodos de cálculo y los resultados obtenidos serán diferentes. Investigadores de varios países han realizado estudios sistemáticos sobre las propiedades mecánicas de elementos tubulares de acero rellenos de hormigón bajo efectos estáticos, dinámicos y de fuego, así como de estructuras de pórticos compuestas de tubos de acero rellenos de hormigón y vigas de acero o vigas de hormigón armado [1 -4]. Países de todo el mundo han formulado normas de diseño y construcción para estructuras de tubos de acero rellenas de hormigón basándose en resultados de investigaciones relevantes, como EC4 (1996) y DIN18800 (1997) en Europa, ACI-319-89, SSLC (1979) y LRFD. (1994) en Estados Unidos, AIJ de Japón (1980, 1997). China comenzó a estudiar el hormigón con tubos de acero en la década de 1960, centrándose principalmente en el relleno de hormigón simple en tubos de acero. Aunque comenzó tarde, ha logrado logros notables, especialmente en los últimos diez años, y ha promulgado varias regulaciones de diseño, como la JCJ01. -89, CECS28:90, DL/T5085-1999 y GJB1029-2001. 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
Los tubos de acero rellenos de hormigón comenzaron a utilizarse en edificios industriales y civiles entre los años 1960 y 1980.
Con la profundización de la investigación teórica, la promulgación de regulaciones de diseño y sus propias ventajas, los tubos de acero rellenos de concreto se utilizan cada vez más en columnas de fábricas industriales de uno y varios pisos, columnas de marcos de equipos, varios marcos, soportes y caballetes. columnas, etc. Las columnas de estaciones de metro, torres de transmisión, barras de presión de armadura, pilotes y estructuras espaciales se han utilizado en estructuras de puentes, edificios de gran altura y de gran altura en los últimos 10 años, especialmente en los últimos 2-3 años. , se ha utilizado cada vez más. Se utiliza en edificios residenciales y ha logrado buenos beneficios económicos y efectos arquitectónicos.
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 proyectos de columnas de estructura en mi país que utilizaban columnas de tubos de acero rellenas de hormigón. El costo de cada componente era equivalente o inferior al del hormigón armado. columnas, pero la sección transversal se redujo significativamente y el período de construcción se acortó. Las fábricas de tubos de acero para hormigón están ubicadas en todo el país, como la fábrica de algodón Shanghai Thirty-one, el taller de ensamblaje de cascos del Astillero Dalian, el taller de estructura del casco del Astillero Wuchang y el Astillero Zhonghua, el taller de fundición continua y fabricación de acero No. 3 de Taiyuan Iron and Steel Company, etc. [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, hasta 1999, mi país había construido más de 100 puentes en arco de tubos de acero rellenos de hormigón y más de 10 puentes en arco de estructura rígida 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 pasado por el proceso de utilizar columnas parciales, luego utilizar la mayoría de las columnas y finalmente desarrollar para usar todas las columnas. Entre ellos, los edificios de gran altura que utilizan parcialmente columnas de tubos de acero rellenos de hormigón incluyen: Fujian Quanzhou Post and Telecommunications Bureau Building (87,5 m de altura), Fujian Nan'an Post Office Building, Fuzhou Global Plaza, Guangzhou Good World Plaza (116,3 m ), Edificio Beijing Sichuan y Zona 2 del edificio del complejo Pingshan del gobierno provincial de Fujian. La mayoría de las columnas utilizadas son: Edificio Xiamen Fukang (86,5 m), Edificio del Centro Financiero Mundial de Beijing (120 m), Edificio Guangzhou New China (201,8 m), Shenzhen. Edificio del Centro de Información de Correos y Telecomunicaciones, Edificio de Oficinas del Banco Industrial y Comercial de Tianjin de China. Todos los pilares utilizados incluyen: Edificio Xiamen Jinyuan (96,1 m), Edificio Tianjin Tonight News (137 m), Edificio Shenzhen SEG Plaza (291,6 m), Shanghai Land y Ingeniería marítima (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 en mi país que es autodiseñado, autoprocesado, autoconstruido, todo fabricado en acero nacional y de inversión propia. La aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en puentes y edificios de gran altura ha dado el segundo paso en su aplicación en proyectos reales.
En la última década, se han utilizado tubos de acero rellenos de hormigón en columnas compuestas. Con la profundización de la investigación teórica sobre el hormigón con tubos de acero y las aplicaciones de ingeniería cada vez más extendidas, cuestiones como la mejora de la resistencia al fuego del hormigón con tubos de acero y la fragilidad del hormigón central de alta resistencia se han convertido en problemas urgentes que deben resolverse. En la actualidad, existen dos formas principales de resolver este problema: una es resolver el problema de la fragilidad del hormigón en tubos de acero rellenando hormigón armado o hormigón de fibra de acero en los tubos de acero, y resolver la resistencia al fuego del hormigón en tubos de acero mediante rociar revestimiento ignífugo en la superficie exterior de los tubos de acero. El segundo problema es utilizar columnas superpuestas. Una columna compuesta es una columna compuesta compuesta por tres materiales: tubo de acero, hormigón simple dentro del tubo y hormigón armado fuera del tubo, que se forma colocando hormigón de tubo de acero en el centro de la columna y vertiendo un círculo de hormigón armado alrededor del afuera [5]. Las columnas compuestas están envueltas con hormigón, por lo que tienen una mejor protección contra incendios y resistencia a la corrosión. Al mismo tiempo, debido a que una parte considerable de la fuerza axial total es soportada por el hormigón del tubo de acero en el núcleo, la presión axial es compartida por el hormigón exterior. (distribuido según la relación de rigidez vertical) es pequeña, por lo tanto, la relación de compresión axial también es pequeña y tiene buena ductilidad. En la actualidad, los proyectos que utilizan estructuras de columnas superpuestas en Liaoning incluyen: Shenyang Daily Building (105 m), Liaoning Postal Hub (96,6 m), Liaoning Product Building (100 m), Shenyang Hetai Building (75,6 m), Shenyang Heping District Local Taxation Bureau ( 76,8 m), Torres Gemelas Shenyang Electric Power Garden (110 m), Edificio Shenyang Fangyuan (99,8 m), Shenyang Fulin Plaza (125 m), Edificio Dalian Bianye Bank (200 m) [5].
La aplicación de tubos de acero rellenos de hormigón en columnas compuestas ha dado el tercer paso en su aplicación en la ingeniería práctica.
2.2 Características de aplicación y aplicaciones de tubos de acero rellenos de hormigón en edificios residenciales
Por un lado, la estructura de acero en sí tiene un alto contenido tecnológico, favorece la protección del medio ambiente y puede Por otro lado, debido al aumento sustancial de la producción de acero de mi país, la producción mundial de acero se está saturando cada vez más y el precio del acero ha bajado en consecuencia, por lo que en los últimos años, mi país ha comenzado a promover vigorosamente. estructuras de acero y fomentar el uso de estructuras de acero. El Ministerio de Construcción y otros departamentos también se han fijado el objetivo de acelerar la promoción del desarrollo y la aplicación de estructuras de acero para la construcción y han determinado que la promoción de estructuras de acero residenciales será el foco durante el período del "Décimo Plan Quinquenal". , y esforzarnos por aumentar la cantidad de acero utilizado en las estructuras de acero de construcción de mi país durante el período del "Décimo Plan Quinquenal" del 3% de la producción total de acero del país hasta 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 dividen en edificios de poca altura, de varios pisos y de gran altura. Por debajo de los 3 pisos hay edificios de poca altura, por debajo de los 9 pisos son edificios de varios pisos, por encima de los 9 pisos son edificios de gran altura y de 10 a 12 pisos también se denominan edificios pequeños de gran altura. Teniendo en cuenta los requisitos de resistencia a los terremotos, las estructuras de acero residenciales generalmente no deben exceder los 12 pisos. Al mismo tiempo, debido a la gran población de mi país, los recursos de tierra relativamente insuficientes y el rápido crecimiento de la demanda residencial urbana, es apropiado desarrollar edificios de varios pisos y. Pequeñas residencias de gran altura con estructura de acero. Sin embargo, en la gran densidad de población, la ciudad todavía está dominada por edificios de gran altura. Las estructuras de acero residenciales tienen las ventajas de tener menos columnas, un gran espacio interior efectivo, una distribución flexible del espacio de la casa y un buen rendimiento estructural. El sistema estructural que elige es generalmente: por debajo de 5 a 6 pisos, sistema de marco o sistema de marco-soporte; por encima de 6 pisos, sistema de marco-soporte o sistema de muro de corte de concreto (tubo central) multicapa, en su mayoría doble; 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 armado con 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 con estructura de acero es más complicada que la construcción de columnas de hormigón rellenas de acero. Es una necesidad urgente promover columnas de hormigón rellenas de acero en estructuras de acero residenciales.
Mi país ha construido algunos proyectos piloto de residencias con estructura de acero utilizando tubos de acero rellenos de hormigón como columnas de estructura en Shanghai, Tianjin, Liaoning, Xinjiang y otros lugares para promover el desarrollo de residencias con estructura de acero en nuestro país. Como todos sabemos, Shanghai tiene una alta densidad de población y valiosos recursos terrestres. Por lo tanto, la mayoría de las residencias piloto con estructura de acero de Shanghai son de gran altura. La densidad de población en Tianjin, Liaoning, Xinjiang y otros lugares es relativamente pequeña, por lo que se utilizan principalmente edificios pequeños de gran altura y de varios pisos. La Tabla 1 enumera las condiciones de ingeniería de las 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 hormigón con tubos de acero en edificios residenciales ha dado el cuarto paso en su aplicación práctica en ingeniería. Este paso es de gran importancia porque permite el desarrollo de estructuras de hormigón con tubos de acero de gran altura a pequeñas alturas y multicapa, que. proporciona una gran cantidad de La aplicación abre nuevos horizontes.
3 Conclusión y perspectivas
El desarrollo de tubos de acero rellenos de hormigón en nuestro país tiene solo unas pocas décadas de historia, pero su velocidad de desarrollo es muy rápida en la actualidad. Ampliamente utilizado en diversos campos de la ingeniería. En particular, 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 en los primeros 20 años del siglo XXI, mi país necesitará construir entre 486 y 549 millones de metros cuadrados de viviendas nuevas cada año, y se necesitarán 576 millones de metros cuadrados de viviendas nuevas cada año durante los próximos 30 años. . En los próximos 50 años, la construcción residencial se convertirá en un nuevo punto de crecimiento y de consumo para la economía nacional. Por lo tanto, existe un amplio espacio para el desarrollo de residencias con estructura de acero y la aplicación de hormigón con tubos de acero en residencias tiene amplias perspectivas. Por lo tanto, es necesario realizar más investigaciones sobre tubos de acero rellenos de hormigón. En el futuro, deberíamos hacer un buen trabajo en los siguientes aspectos:
(1) En términos de diseño de protección contra incendios, es necesario simplificar el método de diseño del límite de protección contra incendios de tubos de acero rellenos de hormigón. y formular especificaciones de diseño de protección contra incendios para edificios residenciales con estructura de acero (estructuras de tubos de acero rellenas de hormigón). Sólo así podremos contribuir a promover la aplicación 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 la vivienda 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. Aunque algunos paneles de pared tienen actualmente un mejor rendimiento en todos los aspectos, sus precios son relativamente altos e inaceptables para los promotores y residentes, por lo que no pueden promocionarse vigorosamente por el momento. Por lo tanto, debemos desarrollar vigorosamente paneles de pared exteriores de bajo costo, alta calidad, livianos, de alta resistencia y duraderos y sus correspondientes componentes de soporte.
(4) Combinado con proyectos reales, mejorar aún más la teoría del diseño, las especificaciones de diseño y las regulaciones de construcción de diferentes tipos de edificios residenciales con estructura de acero (tubos de acero rellenos de concreto) y compilar atlas de soporte para varios componentes como lo antes posible.
Además, las residencias con estructuras de acero tienen requisitos técnicos relativamente altos para el equipo de construcción, y la mayoría de las áreas del país construyen principalmente estructuras de concreto. Por lo tanto, se debe fortalecer la capacitación de los equipos profesionales de construcción de estructuras de acero para promover aún más. la construcción de tubos de acero. El desarrollo y aplicación del hormigón en edificios residenciales.
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