钢管混凝土异形柱抗震性能研究综述

冀鹏明

摘 要：异形柱相比传统柱最大的优点是节省了室内使用面积，提高了室内设计的美观度，但由于异形柱框架结构的抗震性能要求极为严格，限制了其在抗震烈度大的地区的发展。近年来型钢混凝土柱的出现增大了其抗震性能，目前使用最多的就是钢管混凝土异形柱。本文对于钢管混凝土异形柱的研究和应用现状进行了总结，分析了钢管混凝土异形柱的节点和抗震性能优点。并对钢管混凝土异形柱的发展进行了总结。

关键词：钢管混凝土；异形柱；抗震性能

1 概述

钢筋混凝土异形柱是近20年来引进的新型结构体系，它打破了常规的矩形截面，主要截面形式以L形、T形和十字形为主。其特殊的截面形式决定了它的优越性，它减少了结构在室内突出的棱角，从而增大了室内的建筑使用面积，同时异形柱可以采取厂房施工再到施工现场进行预制装配，这样不但提高了施工进度，而且有利于环保，符合了当代的绿色价值观，因此深受广大群众的喜爱。

但是钢筋混凝土异形柱在应用中暴露出了很多缺点和问题：对受到的水平方向的力要求非常的严格，不同方向的水平荷载对于构件所能承受的承载力影响很大设计时需要对不利荷载进行判定选取；异形柱的延性相对较差，因此需要通过增加箍筋的配筋量来控制轴压比；由于异形柱的截面形式的局限使得其承受较大荷载时抗剪能力变差，所以对于异形柱框架结构的使用高度规定一般在层高27米以下，对高烈度设防地区甚至禁止使用该结构。

作为型钢混凝土中的钢管混凝土柱其表现出了良好的抗震性能，因此深受人们的喜爱。异形柱钢管混凝土的使用机理是将混凝土灌入到的钢管中，让钢管和混凝土形成整体一起承受上部传来的荷载，同时由于混凝土置于钢管中，使得钢管对混凝土产生了束缚作用，这样便提高了混凝土的延性，增强了混凝土的刚性性能，所以钢管混凝土的抗震性能比普通钢筋混凝土的抗震性能高出了很多。本文通过前人对形钢混凝土异形柱的研究取得的成果和得出的结论进行了分析汇总，各方面来介绍钢管混凝土异形柱的抗震性能和受力特性，总结出了钢管混凝土异形柱的研究走向，并对今后的发展加以概述。

2 国内的研究现状

在我国国内目前对于钢管混凝土的研究较少，主要集中在同济大学、天津大学、华南理工大学、中国建筑科学研究院、清华大学和西安建筑科技大学等单位，对钢管混凝土异形柱的轴压比、滞回性能、承载力、延性性能和抗震性能进行了相关的试验和总结，取得了一定成果。近些年大量的科学学者和专家们又对钢管混凝土中的混凝土和钢管的黏结、滑移进行了一系列的研究和探讨。1993年西安建筑科技大學对三层两框组合型钢混凝土组合框架进行了拟动力试验，研究了该结构在不同地震条件下的动力反应，试验表明，钢管混凝土框架结构在进入塑性阶段后损伤变大，振动周期变长[1]。1995年西南交通大学对单跨两层的钢管混凝土框架结构进行了抗震性能试验，试件的设计原理是采取“强柱弱梁”，深入对其抗震性能的研究，试验结果表明框架结构的破坏首先在柱端出现了塑性铰，破坏大多发生在塑型区域，虽然框架结构出现了较大的变形，但是其依然能够承受较大的属性承载力，从而满足了大震不倒的设计原理[2]。广西大学钢管混凝土异形柱结构很早就有研究，分别对不同数量的L、T和十字形钢管混凝土异形柱的的正截面承载力进行了相关的试验，进一步的掌握了钢管混凝土异形柱的受力机理和破坏形式，由试验结果表明钢管混凝土异形柱的最大承载力要高出普通钢筋混凝土柱很多[3]。

3 钢管混凝土柱的静力性能研究

现在对于钢管混凝土异形柱正截面的受力性能的研究依然不够充分，大部分研究着眼于轴压偏压承载力和截面受剪受弯稳定性几个方面。同济大学的吕西林和王丹[4]对L形和T形钢管混凝土异形柱做了拟静力试验。该试验的重点在于考虑了钢混内部混凝土的强度，轴压比和钢管的壁厚对异形柱承载力的影响。该试验得出的结果是：轴压比的不同对L形和T形钢管混凝土异形柱的承载力具有不同的影响，L形柱的极值承载力随着轴压比的增大在减小而T形柱的极值承载力由略微的提高；由于混凝土强度的提高，对承载力的提高表现较为明显，但是钢管内部的混凝土的等级高低几乎对试件的承载力无影响；钢骨壁厚度的增大，增大了试件的整体抗压强度，有良好的效果。

4 钢管混凝土柱的节点研究

异形柱的主要特点是其截面的面积较小，从而导致了受力的面积较小使得承受的抗剪承载力较低，所以提高异形柱节点的强度问题是提高其承载力的关键。目前对于异形柱节点增强方式对于方钢混凝土的研究较多，主要方式有柱内加加强版、外加强板、外隔板节点等。然而就目前的钢管混凝土异形柱较多采用的是内隔板式节点。通过采用内置隔板后，试件的极值荷载和屈服荷载较无内置隔板具有明显的增大；在试件处于受拉状态时，当试件到达峰值荷载时，其承载力变现出减缓削弱和增强变形能力的特点；收试件受压时，其节点的正截面承载力有了相当大的提高。

5 结束语

钢管混凝土异形柱较之前的钢筋混凝土柱在承载力、延性和抗震性能方面都有了较大的提升，对于异形柱的普及推广居勇较大的意义。

参考文献：

[1] 白国良.型钢钢筋混凝土（SRC）结构的基本受力行为与设计方法[D].西安：西安建筑科技大学，1997.

[2] 赵世春，黄雄军，夏招广.SRC单跨两层框架结构拟动力地震反应试验研究[J].西南交通大学学报，1995（4）：360+367.

[3] 陈宗平.桁架式钢骨的混凝土异形柱—不对称T形截面正截面承载力研究[D].南宁：广西大学，2004.

[4] 宋怀金.桁架式钢骨混凝土异形柱—不等肢L形截面正截面承载力研究[D].南宁：广西大学，2005.