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(2008)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（L、T、十、Z形）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（L、T形柱），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

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（L、T、十、Z形）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，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”,相对偏心距较小时 表 现为“受压破坏”。轴心受压破坏时,钢筋型钢屈服,局部纵向钢筋压屈。无论发生哪种破坏 形 态,均未发现型钢发生局部屈曲或整体失稳。从加载开始至构件破坏,平均应变沿截面高度的 分布基本上符合平截面假定。

文献［8］与文献［9］部分试件的截面、混凝土强度等级、钢筋配筋情况、荷载加载条件完 全相 同,只是文献［8］中的试件多配了配钢率5 %左右的桁架式型钢骨架。对比两者的试验结果, 发 现型钢混凝土异形柱在配钢率并不大的情况下,比普通钢筋混凝土异形柱的极限承载力明显 提高,提高的幅度达30%以上。
传统的型钢混凝土矩形柱，具有很大的承载力，抗震性能好，可有效减小下部柱截面积，特 别适用于高层、超高层建筑以及地震多发地区对抗震要求比较高的各种建筑。

异形柱结构具有肢宽与填充墙等厚，能避免房间柱楞凸出，使房间平整、美观、方便使用等 优点，受到广大用户的欢迎。目前，钢筋混凝土异形柱在我国部分地区得到了广泛的应用。 但因承载力低及抗震性能不足的限制，无法满足层数更高剑者的承载力要求以及高烈度地区 的抗震要求，明显限制着它的应用范围。型钢混凝土截面承载力高，抗震性能好，能有效解 决普通钢筋混凝土异形柱中存在的问题，对于进一步推广异形柱结构具有十分重要的意义。

型钢混凝土是一种新型的结构形式，对它的研究还处于起步阶段，要想将其应用到实际工程 领域，还存在着一些有待解决的问题。①型钢混凝土异形柱截面应该怎样配置型钢，配置多少型钢，保护层厚度应该取多少比 较合理，都是需要研究的问题；②型钢混凝土异形柱与钢筋混凝土梁、组合梁或钢梁如何连接，构造如何处理还有待解 决；③我国型钢混凝土结构和钢筋混凝土异形柱结构的计算理论还不是十分成熟，所以研究 型钢混凝土异形柱的设计方法非常必要。
3 结语

型钢混凝土异形柱是一种新型的异形柱结构，它承载能力高，抗震性能好，对于完善异形结 构和型钢混凝土结构都具有非常重要的意义；它可以应用到高层和超高层建筑中，可以为高 烈度地区的建筑物提供可靠的抗震保证。当然作为新生事物，不可避免的都会存在一些需要 解决的问题，只要做好研究工作解决这些问题，型钢混凝土异形柱会具有更加广阔的应用前 景。
［参考文献］
［1］ 中华人民共和国行业标准：《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ38-2001） ［S］.中国建筑工业出版社，2002.
［2］ 赵鸿铁. 钢与混凝土组合结构［M］. 北京：科学出版社，2001.
［3］ 薛建阳主编. 钢与混凝土组合结构［M］. 武汉：华中科技大学出版社，2007. 
［4］ 中华人民共和国行业标准：《混凝土异形柱技术规程》（JGJ149-2006）［S］ . 北京,2006,北京建筑工业出版社.
［5］ 赵永宏. 型钢混凝土异形框架柱正截面承载力研究［D］. 硕士论文，西安建 筑科技大学，2007.
［6］ 陈宗平. 型钢混凝土异形柱的基本力学行为及抗震性能研究［D］. 博士论文 ，西安建筑科技大学，2007.
［7］ 陈宗平，张喜德，苏益声，赵鸿铁. 一种新型混凝土异形柱——型钢混凝土异 形柱的概念体系初探［J］. 四川建筑科学研究，2006，32,(2)：25～27.
［8］ 陈宗平. 桁架式钢骨混凝土异形柱——不对称T形截面正截面承载力研究［D］ . 硕士论文，广西大学，2004.
［9］ 陶洪辉. 高强混凝土不对称T形截面双向偏心受压柱正截面强度及变形的研究 ［D］. 硕士论文，广西大学，2000.

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