蒙武楠/華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

型鋼混凝土異形柱研究現(xiàn)狀綜述

蒙武楠/華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

異形柱的出現(xiàn)極大的豐富了建筑布局的靈活性，其獨(dú)有的輕型節(jié)能、無(wú)柱楞等特點(diǎn)使它很快被應(yīng)用于實(shí)際工程。型鋼混凝土異形柱作為一種新型結(jié)構(gòu)，在最近20年被廣泛推廣使用。本文對(duì)型鋼混凝土異形柱近年來(lái)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用前景。

異形柱；型鋼混凝土

前言

圖1 混凝土異形柱截面形式

混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)是一種新型多層住宅體系，采用T形、L形、十字形（如圖1）等截面柱代替矩形柱，主要包括異形柱框架結(jié)構(gòu)和異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化速度的加快，異形柱結(jié)構(gòu)由于其獨(dú)有的輕型節(jié)能、無(wú)柱楞、增大室內(nèi)面積、符合墻柱改革方向等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。同鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土異形柱便于施工，具有更高的承載力、良好的經(jīng)濟(jì)效益及抗震性能，且柱的截面積可以做到更小。因此，鋼管混凝異形土柱結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

為保證異形柱住宅建構(gòu)順利推廣，國(guó)家頒布了多項(xiàng)指導(dǎo)性文件。國(guó)務(wù)院辦公廳（1999年）69號(hào)文件《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化若干意見(jiàn)的通知》的“加強(qiáng)新型結(jié)構(gòu)技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究”中，異形柱被列為我國(guó)住宅建設(shè)的5種結(jié)構(gòu)之一。建設(shè)部（2006年）《關(guān)于建筑業(yè)進(jìn)一步推廣應(yīng)用10項(xiàng)新技術(shù)的通知》中，提出了發(fā)展框架輕墻建筑體系等。目前我國(guó)在許多地區(qū)，如煙臺(tái)、南寧、廣東等地，已經(jīng)或正在興建大量多、高層鋼筋混凝土異形柱住宅。

異形柱結(jié)構(gòu)是近二十年發(fā)展起來(lái)的，迄今為止未見(jiàn)有關(guān)實(shí)際震害的報(bào)道。但由于異形柱截面高寬較比大且梁柱連接處鋼筋密集、混凝土不容易振搗密實(shí)，其節(jié)點(diǎn)比矩形柱節(jié)點(diǎn)顯得薄弱，地震時(shí)破壞可能更為嚴(yán)重。

一、鋼筋混凝土異形柱

對(duì)于異形截面偏心受壓柱來(lái)講，其截面形狀是不規(guī)則的。不管其截面形心慣性主軸是傾斜還是平行于柱肢，只要彎矩不作用在其截面形心慣性主軸方向，就會(huì)產(chǎn)生雙向彎曲。因此一般情況下異形柱截面產(chǎn)生雙向彎曲，應(yīng)按照雙向偏壓構(gòu)件來(lái)研究異形柱的正截面承載力。

文獻(xiàn)[1]考察了鋼筋混凝土不等肢異形柱的抗剪性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:異形柱的柱肢節(jié)點(diǎn)處均被破壞；翼緣也具有抗剪作用，隨著翼緣的增大，鋼筋混凝土不等肢異形柱的抗剪承載力越高；水平荷載作用方向不同時(shí)，不等肢異形柱的抗剪承載力和變形能力不同。

二、型鋼混凝土異形柱

在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，型鋼與混凝土的粘結(jié)力很小，遠(yuǎn)低于鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，基于此，一些研究人員提出在異形柱型鋼之間加水平或斜向桿，使之形成一個(gè)整體桁架，再筑混凝土把型鋼骨架包裹，這樣就形成了桁架式型鋼混凝土異形柱。

文獻(xiàn)[2]試驗(yàn)表明:型鋼混凝土異形柱的破壞形態(tài)主要有以下4種：剪切破壞、斜壓破壞、剪彎破壞和彎曲破壞。通過(guò)試驗(yàn)，從P-△滯回曲線可以得出結(jié)論：型鋼混凝土異形柱在發(fā)生剪切、斜壓破壞時(shí)，箍筋與受拉鋼筋先屈服，型鋼屈服較晚；而發(fā)生彎剪破壞和彎曲破壞時(shí)，箍筋和型鋼仍處于線彈性階段并未屈服。翼緣可以較大地提高異形柱的抗剪承載力；型鋼混凝土異形柱的抗剪承載力隨著軸壓比的增大而增大，但隨著剪跨比的增大反而減小。

三、鋼管混凝土異形柱

鋼管混凝土異形柱，是以鋼管為骨架、鋼管中混凝土，鋼管外用混凝土包裹形成的。在實(shí)際工程中，通常采用加勁肋和約束拉桿等措施來(lái)提高鋼管與混凝土的協(xié)同性。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于鋼管混凝土異形柱的研究以軸心受壓為主，文獻(xiàn)[3]對(duì)帶加勁肋鋼管混凝土異形柱進(jìn)行了軸心受壓試驗(yàn)研究，文獻(xiàn)[4]對(duì)帶約束拉桿鋼管混凝土異形柱進(jìn)行了軸心受壓試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：鋼管混凝土異形柱與鋼筋混凝土異形柱相比，在承載力上有了較高的提升。

四、結(jié)語(yǔ)

（一）鋼管混凝土異形柱較之傳統(tǒng)方形、圓形鋼筋混凝土柱有諸多優(yōu)點(diǎn)：

便于施工、承載力高、延性好、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益高等，可用于抗震設(shè)防烈度較高的區(qū)域，其應(yīng)用前景十分廣泛。而且在滿足承載力和剛度要求，又不顯著增大柱截面面積的基礎(chǔ)上，可以不出柱楞，增大室內(nèi)8%-14%的實(shí)用面積，更好的滿足了建筑使用功能。異形柱結(jié)構(gòu)必將成為未來(lái)工程應(yīng)用中一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)體系。

（二）我國(guó)對(duì)異形柱的研究起步較晚，鋼管混凝土異形柱的研究更是在近10年才引起了大量研究人員的注意。

目前國(guó)內(nèi)的研究方向、試驗(yàn)方法大多參照歐美日等國(guó)外已有結(jié)果，還沒(méi)有形成自己獨(dú)有的理論體系和適應(yīng)我國(guó)目前發(fā)展的研究方向，異形柱的設(shè)計(jì)規(guī)范還比較粗略，有關(guān)混凝土異形柱、鋼筋混凝土異形柱、型鋼混凝土異形柱等并未有分類、詳細(xì)的結(jié)構(gòu)規(guī)范，有關(guān)異形柱承載力的計(jì)算方法較少，只是借助于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出承載力計(jì)算公式。

[1]黃承逵，曲福來(lái).鋼筋混凝土不等肢異形柱抗剪承載力研究[J].工2009, 26(5): 197-201

[2]陳宗平，薛建陽(yáng)，趙鴻鐵.型鋼混凝土異形柱的受剪機(jī)理及承載力影響因素分析.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008, 40(4): 450-456

[3]沈祖炎，陳之毅，矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中的若干問(wèn)題「A]，第三屆海峽兩岸及香港鋼及金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)研討會(huì)[C]，上海，2001: 18-28

[4]黎志軍，蔡健，帶約束拉桿異形鋼管混凝土柱力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J]工程力學(xué)增刊，2001, 124-129