專業(yè)知識輔導(dǎo)：矩形鋼管混凝土柱計算

　　一 引言

　　鋼結(jié)構(gòu)住宅具有許多建筑設(shè)計和施工上的優(yōu)越性，將成為我國和世界今后住宅結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，因此，對它的理論計算和實際應(yīng)用的多方面的探索越來越受到各方面的關(guān)注。我國在這方面的研究起步比較晚，有許多研究方面的空白，尤其是對計算理論公式的推導(dǎo)和研究都相對不足，這樣，我們必定要借鑒其它發(fā)達國家的研究成果，加快我國的住宅鋼結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展。本文在分析日本矩形鋼管混凝土柱的計算公式的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)理論，推導(dǎo)了矩形鋼管混凝土柱的計算公式，供結(jié)構(gòu)計算參考。

　　二 日本結(jié)構(gòu)規(guī)范發(fā)展簡介

　　鋼管混凝土的設(shè)計方法由日本建筑學(xué)會第一次在“管材鋼―混凝土組合結(jié)構(gòu)計算標(biāo)準(zhǔn)(1967)”提出，共包括三種截面類型，分別為：外包，填充，外包加填充。在1980改版后，加入了矩形鋼管混凝土的內(nèi)容。改版后的內(nèi)容被收入日本建筑學(xué)會第四版《鋼骨混凝土計算規(guī)范(1987)》。在1997年，《鋼管混凝土設(shè)計和施工指針》出版，其包括了自《鋼骨混凝土計算規(guī)范(1987)》出版后十年內(nèi)對鋼管混凝土研究的新成果?！吨羔槨方o出了受壓構(gòu)件、柱和桁架桿件等允許和極限強度和變形能力的計算方法。該《指針》重點有二，一是在計算圓截面受壓構(gòu)件和柱的強度時考慮了鋼管對混凝土的影響(環(huán)箍效應(yīng));二是給出了長柱極限強度的計算方法。另外，《指針》還給出了鋼管混凝土的施工方法和實際案例。

　　2001年，《鋼骨混凝土計算規(guī)范》第五版出版，包括了高強材料應(yīng)用的內(nèi)容，《鋼骨混凝土計算規(guī)范》第五版的單位系統(tǒng)從重力單位改為國際標(biāo)準(zhǔn)(SI)單位體系，并且增加了解釋的內(nèi)容。這版《鋼骨混凝土計算規(guī)范》包含了1997年《鋼管混凝土設(shè)計和施工指針》的內(nèi)容和其出版后幾年內(nèi)的研究新成果。在原《指針》的基礎(chǔ)上，新版《鋼骨混凝土計算規(guī)范》在沒有損害計算精度的條件下簡化了長柱的設(shè)計公式。日本鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理發(fā)表于“鋼管混凝土――國際規(guī)范和實踐比較”ASCCS會議報告，1997.9，第99頁至第116頁。

　　三 日本《鋼骨混凝土計算規(guī)范》(2001)

　　(一) 矩形鋼管混凝土柱允許承載力

　　1. 矩形鋼管混凝土柱軸心受壓允許承載力

　　2. 矩形鋼管混凝土柱受軸力和單向彎矩共同作用下的允許承載力

　　3. 矩形鋼管混凝土柱受軸力和雙向彎矩作用允許承載力

　　(二) 矩形鋼管混凝土柱極限承載力

　　1.矩形鋼管混凝土柱軸心受壓極限承載力

　　2. 矩形鋼管混凝土柱受軸力和單向彎矩共同作用下的極限承載力

　　M1 ，M2為柱兩端的彎矩，M1的絕對值大于M2的絕對值。當(dāng)柱單向彎曲時， M1/ M2為正;當(dāng)柱雙向彎曲時， M1/ M2為負(fù)。

　　sMuo――純彎受力狀態(tài)下鋼管部分極限彎曲強度

　　四 推導(dǎo)矩形鋼管混凝土柱計算公式

　　由于我國對矩形鋼管混凝土柱針對計算公式推導(dǎo)的試驗研究不足，積累的數(shù)據(jù)少，在推導(dǎo)矩形鋼管混凝土柱的計算公式時，忽略鋼管對混凝土的環(huán)箍作用，且混凝土由于不配鋼筋，僅考慮混凝土承擔(dān)的壓力，不考慮混凝土承擔(dān)的拉力和彎矩。

　　(一) 矩形鋼管混凝土柱軸心受壓承載力

　　(二) 矩形鋼管混凝土柱受軸力和單向彎矩作用承載力

　　(三) 矩形鋼管混凝土柱受軸力和雙向彎矩作用承載力

　　五 需待解決的問題

　　1. 與日本的計算公式相比較，本文推導(dǎo)的公式忽略了混凝土抵抗彎矩作用，偏于安全，在積累一定的試驗數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)后，可進一步充分利用矩形鋼管混凝土柱的功能。

　　2. 矩形鋼管混凝土柱偏心受壓時，混凝土部分受壓區(qū)高度的計算公式有待確定。

　　3. 柱的計算長度與截面高度之比時，應(yīng)考慮縱向彎曲變形的影響,可采用彎矩增大系數(shù)，其計算公式有待推導(dǎo)。