钢管混凝土柱论文范文第1篇

关键词：高层建筑；结构；承重柱；分析；对策

Abstract: with the development of urbanization high-rise building more and more diverse, and the problems and more complex. High-rise building bearing structure column section size usually selected by the limit value of the axial compressive ratio, easy to form short columns, engineering design should be avoided. This paper introduces the structure of the high-rise building bearing column type, the axial compression ratio, improve the aseismatic performance of short column and rational Suggestions.

Keywords: high building; Structure; Bearing column; Analysis; countermeasures

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

1、高层建筑结构承重柱的种类

一、钢与混凝土结构的互补性充分发挥了他的优势，它的主要类型如下：（1）箍筋约束混凝土柱。根据配筋构造形式的不同，可分为普通箍、井字箍、井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形箍柱。箍筋约束混凝土柱的受力机理是利用复合钢箍或螺旋钢箍约束核心混凝土受压时的横向应变，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土强度，增加延性。这种类型柱在设计使用时，柱截面需做成圆形，适用性和灵活性差；采用焊接钢箍时，焊接麻烦，用钢量大，同时，钢箍约束核心混凝土横向应变有限，柱承载力提高和延性能的改进也是有限的。（2）钢纤维混凝土柱。钢纤维混凝土是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短纤维组合而成的复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的扩展，使其各项物理力学性能都比普通混凝土有明显的提高和改善。试验研究表明，随着钢纤维含量提高，混凝土极限压应变明显增大。在其他各项条件基本相同的情况下，掺入适量钢纤维能够明显提高构件的延性。（3）钢管混凝土柱。根据裁面形式不同，可分为方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土柱。钢管混凝土是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的一种组合结构材料，它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互制约，使其具备了优异的工作性能：承载力高、塑性和韧性好、经济效果好。采用钢管混凝土结构替代钢结构柱，可节约钢材50%左右；若替代钢筋混凝土柱，则在用钢量大体相同的情况下可减小柱截面面积50%左右。相应节约大量混凝土。（4）钢骨混凝土柱。该类型柱是指在钢筋混凝土柱中配置钢骨，同时配有构造钢筋及少量受力钢筋。配置钢骨的形式可分为实

腹式和空腹式。不同形式的钢骨混凝土柱截面形式不同。钢骨混凝土柱不受最大配筋率限制，混凝土中配置较多的钢材，能有效地减少柱截面尺寸，满足建筑功能要求。同时，钢骨可以承担施工荷载，可作为施工荷载的承力系统。（5）分体柱。该类型柱是将钢筋混凝土短柱采用隔板将一个整截面柱分成2 个或4 个等截面小柱。各小柱独立配筋，梁柱节点仍为一个整体。试验研究表明，对钢筋混凝土短柱采用分体柱的方法可以实现变“短柱”为“长柱”的设想，框架柱破坏形态由剪切型转变为弯曲型，延性明显提高，但柱承载力略有下降，因此柱截面尺寸不仅没有减小，反而略有增大。（6）高强混凝土柱。高强混凝土是指混凝土强度等级为C50-C80 的混凝土。由于其抗压强度高，使钢筋混凝土柱的承载力大幅度增加，在相同的荷载下可减小构件的截面尺寸，增大使用空间，避免短柱出现。应用较高强度等级混凝土时，需考虑施工条件的可行性。

2、高层建筑结构承重柱的轴压比限值

（1）柱中轴压比是影响延性的主要因素之一，而影响混凝土柱延性的主要原因在于混凝土部分所分担的轴压力。确定一个合适的轴压比限值，以使混凝土柱的抗震延性得到满足，十分重要。同时轴压比是影响承重柱的破坏形态和变形能力的重要因素。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）为了保证钢筋混凝土柱具有足够的延性，对柱的轴压比限值做出了规定，希望框架发生大偏心受压破坏，保证框架柱在地震作用下发生大变形时具有较好的延性，从而保证框架结构有足够的变形能力。实现框架大震不倒的抗震设计目标。表1 是建筑抗震设计规范对钢筋混凝土柱轴压比的限值。

表1 钢筋混凝土柱轴压比的限值

抗震等级 一级 二级 三级

框架柱 0.7 0.8 0.9

框支柱 0.6 0.7 0.8

对于箍筋约束混凝土柱，采用井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形箍钢筋混凝土柱，轴压比限值可增加0.10，但应保证最低配箍率的要求。

(2)高强混凝土柱材料的性能A、在材料的性能上，高强混凝土延性比普通混凝土延性差，在外荷作用下容易发生脆性破坏，但通过适当的配筋构造措施，用高强混凝土制作的构件延性同样可以满足设计要求，因此，其轴压比限值可不降低。B、钢纤维混凝土柱的性能。与普通混凝土类似，存在大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种破坏形态。当钢纤维掺入量在1%-2%范围内，钢纤维混凝土抗压强度提高幅度较小。参照钢筋混凝土框架柱轴压比限值理论分析，钢纤维混凝土柱轴压比限值可略有提高。C、钢管混凝土柱的性能。基于钢管混凝土压弯构件的水平力和位移恢复力特性的理论分析结果，钢管混凝土构件用于高层建筑中时，可采取限制长细比的办法，不必限定轴压比。D、钢骨混凝土柱的性能，相关研究根据钢骨混凝土柱正截面承载力和低周期反复水平力作用下的静力试验结果，从钢骨混凝土柱界限破坏时内力的平衡条件出发，推导出轴压比的理论计算公式，经简化后提出了实用计算公式。计算表明，钢骨混凝土柱的轴压比限值

一般比钢筋混凝土柱的轴压比限值高25%-50%。E、分体柱的性能。由于“短柱”变为“长柱”，实现了框架柱的破坏形态的转变，因此，其轴压比不应受到限制。

3、改善短柱抗震性能的对策

改进配筋构造型式，加强核心混凝土有效约束，如配置螺旋箍筋、复式箍筋、斜向交叉配筋等。（1）提高构件承载力，减小轴压比，如钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱和高强混凝土柱等；（2）改进材料性能，提高混凝土变形能力，如钢纤维混凝土柱等；（3）采用分体柱，变短柱为长柱。

4、高层建筑结构承重柱的造型与合理化建议

（1）在工程实际应用中，经常选用的型钢、钢管、高强混凝土组合而成的复合柱、如型钢高强混凝土柱、钢管高强混凝土柱、双层钢管混凝土柱、充满型型钢混凝土柱等。

钢管混凝土柱论文范文第2篇

关键词：钢管混凝土柱；设计规范；实例探讨

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

1钢管混凝土柱的特点

钢管混凝土柱是钢管和混凝土的组合结构,其特点如下。

1.1既发挥了钢材的弹塑性能好、抗拉压强度高,又发挥了混凝土抗压性能好的特性。钢管在承压时由于管壁薄容易失稳,当钢管内灌满混凝土后,可以有效地防止钢管失稳,从而可以提高钢管的承载力。同时在轴力作用下由于钢管的套箍作用,又大大提高了混凝土的抗压强度,提高了混凝土延性,改善了结构的抗震性能,同时也降低了造价。

1.2钢管混凝土柱和钢柱相比,可节约钢材50%左右,降低造价是显而易见的。

1.3钢管混凝土结构施工简单,它与钢柱相比,零件少、焊接工作量少;与混凝土结构相比,不用对柱子支模板,从而降低了支模板的费用,减少工作量,大大加快了施工速度。

1.4钢管混凝土柱耐火性能比钢柱好,但比钢筋混凝土柱差。用钢管混凝土柱可节约价格昂贵的防火涂料,同时内部混凝土的填充减少了钢柱的防腐处理面积,节约了防腐涂料,降低了厂房造价。

2钢管混凝土的相关设计规范

目前国际上主要采用的设计规范有美国的AISC-LRFD(1999年)、英国BS5400(1979年)、欧洲规范EC4(1994年)、日本AJJ(1997年)等。我国到目前为止颁布的有关设计规程主要有:

2.1国家建筑材料工业局标准JCJ 01-89钢管混凝土结构设计与施工规程;

2.2中国工程建设标准化协会标准CECS 28∶90钢管混凝土结构设计与施工规程;

2.3国家电力行业标准DL/T 5080-1999钢—混凝土组合结构设计规程;

2.4中国工程建设标准化协会标准CECS159∶2004矩形钢管混凝土结构技术规程。其中CECS 28∶90,CECS 159∶2004是推荐性行业标准。另外,福建、上海、天津等地也相继颁布了针对或包含钢管混凝土结构设计的地方标准。

3以具体工程为例介绍钢管混凝土柱的作用

在工业厂房结构设计中，钢管混凝土柱主要应用于下柱，下面以一个具体工程为例对此进行介绍。邯钢设备制造有限公司新建铸铁车间为单层工业厂房，建筑面积 8448m2，共三跨，每跨有 2台 Q=32/5t 桥式吊车，工作级别为 A5 级，轨顶标高 10.020m。北京中冶设备研究设计总院有限公司建筑院设计，厂房采用钢结构，上柱为实腹 H 形，下柱为双肢钢管混凝土柱，腹杆为 Φ140X5 钢管（不灌注混凝土），屋面采用梯形钢屋架，H 型钢檩条，压型钢板屋面板；吊车梁为实腹工字型断面钢吊车梁；墙面板为压型钢板，卷边 C 型钢墙梁，墙皮柱间距6m。该工程在柱子系统和屋面系统节约大量钢材，本文着重介绍柱子系统，除去上柱及肩梁与一般钢结构柱子计算方法一样不做比较外，下柱采用钢管混凝土结构比普通钢结构节约钢材 50%左右。

计算荷载取值：

①屋面荷载：活荷载 0.5 考虑积灰荷载 0.3

②风荷载： 0.45

③地震烈度：7·（0.15g）

计算软件采用中国建筑科学研究院的 PKPM-STS 软件，用框排架模块计算。基本模型为排架平面内柱脚与基础刚接，上柱与屋架铰接；排架平面外柱脚与基础按铰接计算，靠柱间支撑保证平面外稳定。下柱支撑为双片交叉支撑，采用H250X125X6X9轧制H型钢分别与两个柱肢相连。下面仅对边列柱计算结果进行比较。

经计算当采用钢管混凝土结构时柱子断面见 图1。

图1

下柱为Φ355X6 钢管，腹杆为Φ140X5。钢管中采用泵送顶升浇灌法浇注C40混凝土；上柱采用H600X350X12X16焊接H型钢；上下柱均为Q235B 钢。钢柱的稳定应力比为 0.8，平面外计算长细比为 75，钢管外径与壁厚比值 d/t=59，均满足《钢管混凝土结构设计与施工规程》3.1.5 条的要求。整个下柱用钢量 （不含肩梁）为1363kg。

在相同条件下下柱采用 H 型钢格构式双肢柱断面，经计算，断面为双H 型钢 H500X250X8X12，腹杆为双角钢 L100X8。上柱同样为 H600X350X12X16 焊接 H 型钢；上下柱均为 Q235B 钢。应力比为 0.85，长细比为 120。整个下柱用钢量（不含肩梁）为 1998kg。经比较每根柱子钢管混凝土结构比纯钢结构柱子可以节省钢材635kg，效果非常显著。同时腹杆采用钢管结构比采用双角钢结构减少了大量的焊接工作量。

4满足适合采用钢管混凝土结构的条件

4.1 轨顶标高不宜太高，因为钢管混凝土结构格构式柱子对于柱子的长细比要求较高，《钢管混凝土结构设计与施工规程》表3.1.5 规定格构式柱子长细比限值为 80，所以如下柱过高，则由于长细比的限制而导致钢管直径过大，使钢管混凝土的强度不能充分利用。

4.2 钢管混凝土柱子受压强度很高，但是受拉和受弯强度相对较差所以格构式柱子在除节点之外的部位不宜连接使柱子承受水平力的构件。

5采用钢管混凝土柱子时的注意事项

5.1 因为钢管混凝土结构一般管径较小，推荐采用泵送顶升浇灌法浇注混凝土以保证混凝土浇灌质量。应注意尽量采用骨料较小的混凝土，当采用泵送顶升浇灌法时一般为0.5~3cm，水灰比不大于 0.45，塌落度不应小于 15cm，当有穿心部件时，粗骨料粒径宜减小为 0.5~2cm。为满足塌落度的要求，应掺适量减水剂。为减少收缩量，也可掺入适量的混凝土微膨胀剂。

5.2柱肢和腹杆焊接时应避免使焊缝重合或交叉。

6需要完善的问题

6.1我国尚未制定有关钢管混凝土结构防火设计方面的规定,在某种程度上制约了该类结构的推广应用。对于已经建成的钢管混凝土结构,有的采用钢筋混凝土结构的要求外包混凝土,有的按照钢结构的要求涂防火材料(可能偏于保守造成浪费),缺乏科学性和统一性。因此,在理论研究和工程实践的基础上,应尽快编制适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范。

6.2具有优越的抗震性能是钢管混凝土的重要特点,为合理而安全地在地震区推广这类结构,必须深入进行动力性能研究。但目前国内外对钢管混凝土的动力性能研究基本上只限于试验研究,尚没有提供可供规范使用的计算理论和设计公式;而且对钢管混凝土徐变和疲劳性能的研究大多还处在以试验研究为主,尚缺乏合理的设计方法上。

6.3实际使用的钢管往往由钢板焊接而成,焊接残余应力对钢管混凝土构件性能的影响较大,当管壁较薄时更为突出,且在施工中,内填混凝土浇筑前钢管也有相当的初应力。因此关于残余应力和初应力对结构性能的影响,仍需要深入和系统的研究。

结束语：

工程实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材50%，同时焊接工作量可大幅减小。因为钢管混凝土结构采用圆形钢管，外观新颖，造型美观大方。随着钢管混凝土设计与施工水平的不断提高，必将得到更大的推广。

参考文献：

[1]《钢结构设计规范》GB50017-2003.

[2]《钢管混凝土结构设计与施工规程》.

钢管混凝土柱论文范文第3篇

关键字：钢管混凝土；混凝土核心筒；收缩和徐变；施工模拟；柱底内力

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

由于目前城市用地越来越紧张，为了充分利用有限的用地，高层和超高层建筑在我国各地迅猛发展。随着建筑高度的增加，水平作用的影响也相应增大，侧向位移也增大很多。在各地修建的高层、超高层建筑很多都是采用框架-核心筒结构体系，框-筒结构具有很强的抗侧刚度，又能满足建筑功能的要求。为了减少柱截面的大小，增加建筑平面的使用面积，钢管混凝土柱-混凝土核心筒结构应运而生。它由钢管混凝土柱和混凝土核心筒组成结构的基本抗侧力体系，钢管柱的承载力大，延性好，核心筒内部一般布置电梯间及楼梯间等公共设施用房，以扩大核心筒的平面尺寸，减少内筒的高宽比，增大内筒的侧向刚度，可以充分发挥二者的各自优点，这种结构形式被越来越多的应用于超高层建筑中。

柱截面采用钢管混凝土柱，内筒采用钢筋混凝土核心筒，内、外筒体截面材料性质差异显著，在重力荷载作用下将产生一定的竖向变形差异[1]。这些差异将对结构的受力和使用功能产生不可忽视的影响，在结构设计时应进行相应的分析考虑。

1 高层建筑竖向变形差异

混凝土的收缩是指是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象，主要是由于混凝土暴露在空气中，混凝土硬化过程中化学反应产生的凝结引缩和混凝土内的自由水蒸发产生的收缩。而混凝土的徐变是指混凝土在荷载和应力不变的情况下，在一个相当长的时间内持续变形的特性。

钢管混凝土柱和混凝土核心筒体系在竖向荷载下，由于构件轴向应力的差异以及混凝土不可避免的收缩和徐变效应，钢管柱与筒体之间存在不可忽略的竖向变形差异[2]，会引起建筑结构显著的内力重分布，原来压缩较大的竖向构件部分卸载，而原来压缩较少的竖向构件会增加一定程度的荷载，给结构的安全留下隐患。

高层建筑结构中构件的内力，特别是在重力荷载作用下的内力，与施工还有非常紧密的联系。结构真正的承载形式是建筑一层一层施工完成后，荷载在逐层施加。如果只考虑重力荷载一次性施加，一次形成结构整体刚度矩阵，不考虑整个结构随着施工过程逐层找平，重力荷载逐层施加这一实际结构生成状况，会使得计算得出顶层构件的竖向变形值与变形差将远大于实际情况，对结构的受力会非常不利。因此，进行合理的施工过程模拟是非常必要的。

文[3]要求对混合结构进行竖向荷载作用计算时“宜考虑柱、墙在施工过程中轴向变形差异的影响，并宜考虑长期荷载作用下由于钢筋混凝土筒体的徐变收缩对钢梁和柱产生内力的不利影响”，文[4]中“计算长期荷载作用下钢(钢管混凝土)框架-混凝土核心筒结构的变形和内力时，考虑混凝土徐变、收缩的影响，混凝土核心筒的轴向刚度可乘以0.5～0.6的折减系数”。柱底的轴力是结构进行基础设计的基本条件，能够得到结构柱底准确的受力情况对于保障结构的安全意义非同一般，本文将通过具体的工程实例讨论分析在考虑施工模拟和混凝土收缩徐变下，钢管混凝土柱-混凝土核心筒结构柱底的内力变化，以正确的指导结构的基础设计。

2 柱底内力的计算

2.1 工程概括

该工程位于广州市，36层结构高度153.7米，地下4层为人防及车库，裙楼地上5层，高度为23.5米。建筑抗震设防分类为丙类建筑。抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。该建筑采用钢管混凝土柱-钢筋混凝土核心筒结构体系。圆形钢管混凝土截面分别为1100mm-20mm、1000-20mm、900mm-18mm、800mm-16mm,内灌C60～C45的混凝土，核心筒剪力墙厚度为600～400mm，核心筒内部剪力墙厚度为400～200mm，剪力墙混凝土强度等级由C60变为C45。

2.2 计算结果分析

本文采用盈建科结构计算分析软件对该工程进行计算分析，分四种情况进行计算：不考虑施工模拟和混凝土核心筒的轴向刚度不折减（情形1）、不考虑施工模拟和混凝土核心筒的轴向刚度折减（情形2）、考虑施工模拟3和混凝土核心筒的轴向刚度折减（情形3）、考虑施工模拟3和混凝土核心筒的轴向刚度不折减（情形4），其中混凝土核心筒的轴向刚度的折减系数为0.5，用来模拟考虑核心筒混凝土的收缩徐变的影响。分别选取2根角柱和4根边柱的在标准组合下的轴力，如下表1所示：

表1柱底轴力

Tab1The bottom of the column axial force

柱底轴力 情形1 情形2 情形3 情形4 （情形2-情形1）/情形1 （情形3-情形4）/情形4

角柱1 23361 25325 24653 23541 0.08 0.05

角柱2 22599 24971 24450 22955 0.10 0.07

边柱1 25459 30028 31373 28007 0.18 0.12

边柱2 23990 26593 26491 24745 0.11 0.07

边柱3 31610 33755 34836 33517 0.07 0.04

边柱3 28270 30479 31345 29874 0.08 0.05

由上面表格的计算数据可以看出，施工模拟和核心筒混凝土收缩徐变对柱底的轴力都有影响，有些柱底轴力的影响已经超出工程的允许误差范围，且核心筒混凝土收缩徐变的影响比施工模拟的大，同时还可以看出角柱受两者的影响比边柱的要小，在高层钢管混凝土柱-混凝土核心筒结构的设计阶段应重视采用考虑核心筒混凝土收缩和徐变影响的施工全过程模型来校核柱底的轴力。

结论与建议

为了分析核心筒混凝土收缩徐变和施工模拟对高层钢管混凝土柱-钢筋混凝土核心筒结构柱底内力的影响，通过具体的算例，得出以下结论：

（1）对于高层钢管混凝土柱-核心筒结构，由于内、外筒体截面材料性质差异显著，在重力荷载作用下将产生一定的竖向变形差异，计算分析时应采用与结构实际受力相符的模型，考虑施工阶段对结构的内力影响；

（2）在对高层钢管混凝土框架-核心筒结构基础设计时，应采用考虑核心筒混凝土收缩和徐变影响的施工全过程模型校核柱底的轴力，使结构设计更真实的接近于结构的实际受力状况。

参考文献

[1]尧国皇,于清. 高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构的竖向变形差分析[J]. 建筑钢结构进展,2014,01:58-64.

[2]黄湘湘. 钢框架－钢筋混凝土核心筒体系考虑混凝土收缩徐变的竖向变形差研究[D].湖南大学,2009.

钢管混凝土柱论文范文第4篇

关键词：组合柱，方钢管混凝土，偏压承载力，极限状态设计法

1 引言

为了更好地适应当代工程结构向大跨、高耸、重载方向发展和工业化生产施工的需要，钢骨-方钢管混凝土组合柱作为一种重载柱将在我国的国民建设和发展中扮演着重要的角色[1,2]。目前，已有学者对该类组合构件进行了试验和理论方面的研究[3-6]，但对于钢骨-方钢管混凝土偏心受压承载力研究未见报道。因此，笔者将采用基于钢筋混凝土构件的极限状态设计法对钢骨-方钢管混凝土组合短柱在小偏心范围内的偏压承载力公式进行推导，给出小偏心情况下该组合住的承载力计算公式。

2 极限状态设计法

2.1 计算假定

在小偏心范围内，钢骨-方钢管混凝土组合柱偏心受压承载力按下列基本假定进行计算[7-9]：

①构件变形后截面平均应变符合平截面假定；

②不考虑混凝土的抗拉强度；

③受压区混凝土的应力图简化为等效的矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的受压区高度乘以系数0.8，相应的最大压应力取为混凝土轴心抗压强度fc；考虑钢骨截面的影响，压区混凝土的面积乘以0.9的折减系数，同时考虑方钢管对混凝土的约束作用，压区混凝土的强度再乘以1.2的增大系数。

④方钢管和钢骨的应力图形按全塑性假定简化为拉压区图形（如图1所示），这样的简化与钢材的实际应力图形较为吻合。即在小偏心范围内，弯矩作用在一个主平面内的钢骨-方钢管混凝土组合柱偏心受压构件，假定方钢管混凝土压弯构件破坏时，方钢管受压区截面部分屈服，受拉边未屈服，且整个截面没有发生局部屈曲；钢骨部分整个截面受压，部分屈服，部分未屈服。计算时假定钢管和钢骨的拉压强度相等，即，，弹性模量也相等，即，。

⑤为简化计算，当钢骨形状为十字形时按工字形考虑。

(a)截面示意图 (b)方钢管混凝土应变图和应力图 (c)钢骨应变图和应力图

(a)截面示意图(d)截面受力图

图1 钢骨-方钢管混凝土组合柱的偏心受压承载力计算

Fig.1 Calculation for flexural capacity of square steel tubular columns filled with

steel-reinforced concrete member

2.2 中和轴位置的判断

中和轴与钢骨的相对位置不同，构件抗弯承载力的计算式也不同，因此在计算抗弯承载力时首先要判断中和轴的位置。钢骨-方钢管混凝土组合柱偏心构件中和轴的位置会出现六种情况：中和轴位于方钢管受压边缘至钢骨上翼缘之间；中和轴位于钢骨上翼缘内；中和轴位于钢骨上翼缘至形心轴腹板以上；中和轴位于形心轴腹板以下至钢骨下翼缘；中和轴位于钢骨下翼缘内；中和轴位于钢骨下翼缘至方钢管受拉边缘之间。需要说明的是，以上六种情况在截面承载力校核时都有可能出现，而在实际的设计中一般要求中和轴不能位于钢骨上翼缘以上。原因是当中和轴位于钢骨上翼缘以上时，钢骨全截面受拉，其上翼缘与混凝土的界面之间有较大剪应力，并可能引起相对滑移，导致钢骨与混凝土不能完全协同工作。基于2.1节假定，小偏心范围内，公式推导只针对中和轴位于钢骨下翼缘至方钢管受拉边缘之间时的情况。

2.3 小偏心受压承载力的计算

在小偏心范围内，钢骨-方钢管混凝土组合柱承受偏心压力到达承载力极限状态时的截面应力如图1所示。根据力的平衡条件及力矩平衡条件可得：

(1)

(2)

其中，可根据截面应变保持平面的假定计算，近似求出各应力值（式3~6）：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中，N为构件的偏压承载力；M为构件的抗弯承载力；fc为混凝土的轴心抗压强度；x为混凝土受压区高度；B为方钢管的外边长；t为方钢管的壁厚； fyt、fys分别为方钢管和钢骨的拉压强度；tw、hf、tf分别为钢骨的腹板厚度、翼缘宽度和翼缘厚度；为混凝土受压区边缘至钢骨上翼缘的距离；为方钢管受压侧腹板未屈服应力；为方钢管受拉侧腹板未屈服应力；为方钢管受拉侧边缘应力；为钢骨受压侧未屈服应力。

3 小结

文章对钢骨-方钢管混凝土组合短柱的偏压承载力进行了理论分析，得出以下主要结论：

①在小偏心范围内，确定了计算钢骨-方钢管混凝土组合柱偏心受压承载力的基本假定。

②小偏心范围内，公式推导只针对中和轴位于钢骨下翼缘至方钢管受拉边缘之间时的情况。

钢管混凝土柱论文范文第5篇

关键词：钢管混凝土梁柱 节点 牛腿 加强环

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0061-01

随着现代建筑逐渐往高层与超高层发展，钢管混凝土凭借其优劣的力学性能在工程实际中得到关注。然而在高层建筑中钢管混凝土梁柱节点问题一直是制约其推广应用的主要因素。节点是结构最薄弱的环节之一，是确定结构设计合理的关键问题。我国《钢管混凝土结构设计与施工规程》当中明确要求钢管混凝土梁柱节点需要满足以下几个要求：构造简单，整体性好、传力明确、安全可靠、节约钢材和施工方便。钢管混凝土节点设计合理与否对结构的整体稳定性和施工质量影响很大。本文通过对工程中几种代表性的节点形式进行分析，讨论钢管混凝土梁柱节点连接问题。

1 节点分类

1.1 刚节点

（1）加强环式节点。

加强环式节点属于刚接节点，是当前应用比较多，研究比较成熟的节点形式。加强环式节点又分内加强环和外加强环两种，如图1所示。内加强环只应用于钢管直径≥1 m的情况，直径较小时不方便管内混凝土浇筑。当在弯矩作用下的时候，外加强环外缘受到较大的拉力，钢管闭环环向受压，从而减小了钢管的紧箍作用。采用内加强环的时候，内环的内缘受压，钢管的壁环受力作用，这时候拉力与钢管环向受力相重合，增加了钢管壁的负担，却增大了钢管的紧箍作用。因此从受力特点上来说，内环要好于外环，同时也省钢。

（2）钢筋贯通式节点。

当工程中当框架梁为现浇钢筋混凝土梁时，可以将梁内纵向主筋贯通管柱形成钢筋贯通式节点，如图2所示。这种节点方法必须要在钢管壁上进行开孔，现场穿过钢筋，为了弥补开孔产生的空洞对于钢管壁的削弱需在管壁开孔处加设加劲肋来对其增强。由于在钢管内部贯通双向钢筋，对混凝土浇筑则是不利的，在小直径的钢管混凝土结构应用受到限制，但作为刚性节点还是十分稳定的。

（3）锚定式刚接节点。

锚定式刚接节点须首先在管柱内焊一个T形锚板位置正对钢梁上下翼缘，钢管内混凝土承受梁翼缘传递的拉力，节点连接如图3所示。T形锚板由垂直板和横板组成，它与钢梁的翼缘板垂直。梁翼缘上的拉力经过焊缝传递给钢管，钢管将拉力经过该位置的剖口焊缝传递给锚固件的竖板和横板。横板受到拉力作用，径向挤压混凝土。

1.2 铰接点

（1）穿心牛腿环梁节点。

这种节点布置方式是将普通钢筋混凝土梁的纵向钢筋进行延伸后直接焊接于穿心暗牛腿的上下翼缘，节点设计如图4所示。梁上承载的弯矩及剪力通过钢牛腿传递给钢管混凝土柱。由于牛腿的穿插对于钢管也存在削弱，因此工程上采用对梁柱的交接处设置钢筋混凝土环梁来补强。该节点刚度较大，传力明确，承载力大，因此在工程中应用较多。缺点是穿心牛腿的存在使得管内焊接以及混凝土的浇筑变得困难。

（2）钢筋环绕式节点。

钢管环绕式节点受力特点明确。弯矩通过连续钢筋传递，剪力依靠明牛腿，节点设计如图5所示。这种节点形式构造简单，施工方便，对钢材的用量也相比其他节点要少。缺点是该节点形式只适用于钢管混凝土柱与现浇梁连接，对楼盖梁系布置影响大，同时节点刚度比其他几个常用节点刚度要小，楼盖梁向钢管承受弯矩的能力略差，柱基本不参与弯矩分配。

2 节点的应用及存在的问题

第一，节点传力方式不理想；由于现阶段钢管混凝土梁柱节点主要通过加强环、型钢牛腿等构件来传递弯矩，牛腿和抗剪环等来传递剪力，这导致钢管处于单独受力状态，往往会导致钢管过早发生屈曲。第二，这些节点构造通常都比较复杂，工程上不便于施工。采用加强环、刚牛腿和钢筋贯通的节点，用钢量过大，现场施焊工作量大，同时混凝土也存在浇筑困难等问题。

参考文献

[1] 韩林海.钢管混凝土结构[M].北京：科学出版社，2000.