浅议型钢混凝土异形柱的应用

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1、浅议型钢混凝土异形柱的应用　　(西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055) 　　摘要：文章简要介绍了普通钢筋混凝土异形柱结构的优点和应用情况，并分析提出了其存在的几点不足。在此基础上，针对这几个不足之处，提出了解决问题的几点措施。 关键词：型钢混凝土；钢筋混凝土；异形柱 　　中图分类号：TU398文献标识码：B文章编号：1007—6921(XX)15—0103—02 　　随着我国国民经济的发展以及城市人口的增长，人们对居住的要求也越来越高，不仅要求使用面积大，而且要求净空也高。高层和超高层建筑通常采用框架或框架剪力墙等结构形式，传统的框架结构或框架剪力墙结构通常采

2、用矩形截面柱，而矩形截面柱的宽度大于柱与柱之间的隔墙厚度，房间的柱角凸出墙面，给室内装修和家具布置带来极大的不便，，同时也影响到平面有效面积的合理使用。采用异形柱框架体系可以有效解决这一问题。本文针对普通钢筋混凝土异形柱的特点和不足之处，分析了型钢混凝土异形柱结构的特点及应用前景。 1钢筋混凝土异形柱结构 　　异形柱是异形截面柱的简称。异形柱结构以L、T、十、Z形等异形柱代替传统的矩形截面柱，以避免框架柱在室内凸出，少占建筑空间，为居住建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。通常是角柱为L形，边柱为T形，中柱为十形，柱肢与填充墙等厚，房间的实际使用面积增大，“得房率”高，便于家具布

3、置及装修；同时能够结合墙体改革，采用隔热、保温、轻质、高效的墙体材料作为框架填充墙及隔墙，代替传统的粘土砖墙，构成异形柱框架节能结构体系，更是符合我国国情，节约宝贵的土地资源和能源，符合我国关于节约能源、节约土地、利用废物、保护环境的政策。由于异形柱结构具有以上突出的优点，同时又得到国家相关部门的重视，从上个世纪70年代开始，天津、广东、江苏、河北、上海、山东、广西、甘肃、辽宁、安徽、四川、山西等地已先后建成一批异形柱住宅，取得了可观的经济效益和社会效益。 　　目前推广应用的异形柱均是采用钢筋混凝土结构，随着工程应用的实践和科学研究的深入，普通钢筋混凝土异形柱结构的一些不足引起了人们

4、的关注。 1.1钢筋混凝土异形柱的承载能力不足 　　异形柱由于受到柱肢的长厚比以及肢厚度的限制，其截面面积有限，同时受到混凝土强度等级以及截面配筋率的限制，故钢筋混凝土异形柱的承载能力十分有限。目前钢筋混凝土异形柱设计规程规定的异形柱适用高度都不高，仅适用于27m以下的多层框架中。 1.2钢筋混凝土异形柱的轴压比限值过低 　　与矩形柱相比，异形柱受到更为严格的轴压比限制，钢筋混凝土异形柱的设计轴压比只能在0.5～0.7之间，远远低于现行国家抗震规范对钢筋混凝土矩形柱规定的0.7～0.9，这在实际工程设计中造成了极大的不便。 　　1.3钢筋混凝土异形柱的抗震性能也不理想

5、 　　与矩形柱相比，截面的改变导致力学性能的改变，异形柱的正截面、斜截面承载力以及节点的抗剪承载能力比矩形柱相对薄弱，延性也比矩形柱差，这正阻碍了异形柱在地震地区的推广应用。我国现有的混凝土异形柱规程规定，其适用范围只能在地震烈度8°及8°以下的地区。 　　显而易见，要进一步推广异形柱结构的应用，研究承载力高、轴压比限值大、抗震性能好的新型异形柱已经成为当务之急。目前看来，型钢混凝土异形柱是解决以上问题的最好途径。 2型钢混凝土异形柱 　　型钢混凝土异形柱是异形柱结构与型钢混凝土结构相结合的产物。截面形式上与钢筋混凝土异形柱相同，截面中主要配置型钢并配置有适量的纵向钢筋和箍筋

6、，然后浇筑均混凝土把型钢包裹在里面，如图1所示。型钢混凝土异形柱不但有钢筋混凝土异形柱结构的突出优点，而且还兼有型钢混凝土结构的特点： 　　①型钢混凝土异形柱与普通钢筋混凝土异形柱相比，相同截面内配置较多的钢材，其截面承载力高,延性好，耗能能力强，具有良好的抗震性能； 　　②与钢结构相比，节省钢材，大大降低了造价；结构的刚度也比较大，外力作用下变形小，在风荷载和地震作用下，结构的水平位移易满足要求；混凝土不仅参与构件受力，而且可以充当对型钢起到保护和约束的作用，既能防腐蚀、防火、防锈，又能提高型钢的整体稳定性，防止型钢局部屈曲或失稳。 　　型钢混凝土异形柱结构,由于截面不规

7、则,其破坏机理可能比较复杂。为此,文献［8］进行了4根内含桁架式型钢骨架的不对称T形截面柱的轴心及偏心(包括双向偏心)受压试验,初步揭示了这种新型混凝土异形柱的破坏机理、破坏形态和极限承载力以及截面应变分布。试件破坏过程经历了3个阶段,即弹性阶段、带裂缝阶段和破坏阶段;由于桁架腹杆的作用,型钢与混凝土能够保持协调工作,直至达到极限承载力破坏；构件的破坏形态与普通钢筋混凝土构件相似,混凝土达到极限压应变,相对偏心距较大时表现为“受拉破坏”,相对