型鋼混凝土異形柱研究現狀綜述

蒙武楠/華北理工大學建筑工程學院

型鋼混凝土異形柱研究現狀綜述

蒙武楠/華北理工大學建筑工程學院

異形柱的出現極大的豐富了建筑布局的靈活性，其獨有的輕型節能、無柱楞等特點使它很快被應用于實際工程。型鋼混凝土異形柱作為一種新型結構，在最近20年被廣泛推廣使用。本文對型鋼混凝土異形柱近年來的發展現狀及特點進行了介紹，并分析了其優缺點和應用前景。

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構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構和異形柱框架-剪力墻結構。隨著我國城鎮化速度的加快，異形柱結構由于其獨有的輕型節能、無柱楞、增大室內面積、符合墻柱改革方向等優點而被廣泛采用。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、良好的經濟效益及抗震性能，且柱的截面積可以做到更小。因此，鋼管混凝異形土柱結構應用越來越廣泛。

為保證異形柱住宅建構順利推廣，國家頒布了多項指導性文件。國務院辦公廳（1999年）69號文件《關于推進住宅產業現代化若干意見的通知》的“加強新型結構技術的開發研究”中，異形柱被列為我國住宅建設的5種結構之一。建設部（2006年）《關于建筑業進一步推廣應用10項新技術的通知》中，提出了發展框架輕墻建筑體系等。目前我國在許多地區，如煙臺、南寧、廣東等地，已經或正在興建大量多、高層鋼筋混凝土異形柱住宅。

異形柱結構是近二十年發展起來的，迄今為止未見有關實際震害的報道。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，其節點比矩形柱節點顯得薄弱，地震時破壞可能更為嚴重。

一、鋼筋混凝土異形柱

對于異形截面偏心受壓柱來講，其截面形狀是不規則的。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，就會產生雙向彎曲。因此一般情況下異形柱截面產生雙向彎曲，應按照雙向偏壓構件來研究異形柱的正截面承載力。

文獻[1]考察了鋼筋混凝土不等肢異形柱的抗剪性能。試驗結果表明:異形柱的柱肢節點處均被破壞；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，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

在型鋼混凝土結構中，型鋼與混凝土的粘結力很小，遠低于鋼筋與混凝土的粘結力，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[2]試驗表明:型鋼混凝土異形柱的破壞形態主要有以下4種：剪切破壞、斜壓破壞、剪彎破壞和彎曲破壞。通過試驗，從P-△滯回曲線可以得出結論：型鋼混凝土異形柱在發生剪切、斜壓破壞時，箍筋與受拉鋼筋先屈服，型鋼屈服較晚；而發生彎剪破壞和彎曲破壞時，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。在實際工程中，通常采用加勁肋和約束拉桿等措施來提高鋼管與混凝土的協同性。我國現階段對于鋼管混凝土異形柱的研究以軸心受壓為主，文獻[3]對帶加勁肋鋼管混凝土異形柱進行了軸心受壓試驗研究，文獻[4]對帶約束拉桿鋼管混凝土異形柱進行了軸心受壓試驗，研究結果表明：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、結語

（一）鋼管混凝土異形柱較之傳統方形、圓形鋼筋混凝土柱有諸多優點：

便于施工、承載力高、延性好、抗震性能好、經濟效益高等，可用于抗震設防烈度較高的區域，其應用前景十分廣泛。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上，可以不出柱楞，增大室內8%-14%的實用面積，更好的滿足了建筑使用功能。異形柱結構必將成為未來工程應用中一個重要的結構體系。

（二）我國對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。

目前國內的研究方向、試驗方法大多參照歐美日等國外已有結果，還沒有形成自己獨有的理論體系和適應我國目前發展的研究方向，異形柱的設計規范還比較粗略，有關混凝土異形柱、鋼筋混凝土異形柱、型鋼混凝土異形柱等并未有分類、詳細的結構規范，有關異形柱承載力的計算方法較少，只是借助于試驗數據的分析，得出承載力計算公式。

[1]黃承逵，曲福來.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，趙鴻鐵.型鋼混凝土異形柱的受剪機理及承載力影響因素分析.西安建筑科技大學學報，2008, 40(4): 450-456

[3]沈祖炎，陳之毅，矩形鋼管混凝土結構設計施工中的若干問題「A]，第三屆海峽兩岸及香港鋼及金屬結構技術研討會[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性能的試驗研究[J]工程力學增刊，2001, 124-129