浅谈高强钢及格构柱的发展与研究

田胜男

沈阳建筑大学 辽宁 沈阳 110000

1 高强钢的研究意义

随着我国建筑理念、结构设计方法的进一步发展，超高层、超大跨度结构为代表的现代钢结构迅速出现，为了满足钢结构工程在空间、高度以及跨度等方面的需求，越来越多的高强度钢材被广泛应用[2]。

高强度钢材应用于现代结构工程中，高强钢不但可以增大建筑使用空间、减小构件尺寸、降低结构重量以及提高结构的抗震性能；除此之外，还能减少各种材料的用量，降低运输和施工安装成本，做到节能减排。我国的中央电视台新址的主要钢结构部位采用了屈服强度为460MPa的国产Q460E高强度钢材。位于德国柏林科技中心的索尼办公大楼，其屋顶大部分连接杆件均使用了名义屈服强度分别为 460MPa、690MPa的S460、S690高强度钢材[4]。为了减轻结构自身重量，澳大利亚悉尼城市中心的 Latitude大厦，钢结构连接部位使用了屈服强度为690MPa的Bisplate80高强度钢材。日本尼崎研究中心底层一楼使用了1000MPa高强度钢，这也是该种强度钢材在世界上的首次应用[5]。随着我国经济的快速发展，高强度钢材也在我国很多新型建筑物和现代化建筑体系中广泛使用。中央电视台新址的主要钢结构部位采用了屈服强度为460MPa的国产Q460E高强度钢材。

2 格构柱的研究背景

柱子在结构体系中是主要的承重构件。相比实腹式柱而言，格构柱有以下几个优点：第一，格构柱更容易实现绕两主轴的“等稳定”，从而提高钢材的利用率。第二，组成格构柱的构件截面往往较小，所以在承受同样的轴向压力下，格构柱的自身重量会大大减小。第三，虽然格构柱的分肢截面较小，但由于其分肢间距可以设置的较大，绕虚轴弯曲屈曲的回转半径就会很大，因而在同等长度下，与实腹式柱相比，格构柱的长细比更小。第四，由于具有较大的毛截面面积，格构柱的抗弯刚度也会很大，在受横向荷载作用时，侧向变形（挠度）小。

图1 格构柱常见截面形式

3 钢格构柱的研究现状

我总结归纳了近年来与钢格构柱有关的论文文献，把它们汇总归纳整理为以下四类。

3.1 高强钢力学性能的研究现状

2013年班慧勇[1]等人对若干个高强度钢材进行了拉伸试验，分别测量过高强钢材的应力应变曲线。发现随着钢材强度的提高，钢材的屈服平台逐渐缩短；

3.2 高强钢实腹式构件整体稳定性能的研究现状

国外的试验主要集中在等截面型钢格构柱上，2008年degee[2]还对箱形截面轴压构件整体稳定性极限承载力进行了测量，结论发现，现行规范不利于高强钢发挥它的优势，而且可以看出现行规范对高强钢整体稳定设计过于保守。

国内以往的钢结构工程少，研究开展的较少。近年来陆续开展了一系列实验研究。2012年班慧勇，李国强[3]等人焊接工字形截面和焊接箱形截面，H形截面柱的Q460高强度钢材轴压构件整体稳定性能进行了试验研究。其中研究班慧勇的论文及其试验，发现大部分试验结果比中国和欧洲规范中的设计值要高，但普遍低于美国规范的设计值。所以对于高强钢，现行规范的柱子曲线有些已经不太适用，需要进行调整。

3.3 缀条柱稳定性能研究现状

2004年，国内的刘书江[4]分肢为工字形截面（fy=235MPa）的压弯缀条柱平面内稳定进行了有限元模拟，给出了压弯缀条柱平面内稳定的合理设计建议，提出了精度更高的缀条柱在平面内弯曲屈曲的整体稳定性系数计算方法。

3.4 格构柱稳定承载力研究现状

2018年，Bronisław Gosowski对双槽钢（fy=420MPa）格构式构件进行了试验，结果发现，缀板间距对格构构件扭转承载力影响很大，并为格构式构件提供了更加合理的扭转极限承载力计算公式。2013年，李靓[5]从承载力和用钢量的角度出发，对大量轴心受压Q235双槽钢缀板柱进行了承载力的计算。通过对极限承载力的总结，得到了缀板柱极限承载力和缀板消耗钢材量的公式。给出了不同型钢与之相匹配的精确的分肢间距，在一定程度上达到了经济的效果。

4 研究展望

基于以上研究可以发现，国内外学者对于Q235、Q345格构柱极限承载力的研究已比较成熟。关于高强钢工字形和箱形截面等实腹式偏心受压构件稳定性能的研究，也取得了一些卓越成果，但尚未有学者对高强钢格构柱偏心受压稳定承载力进行研究。