巖土工程中矩形鋼管混凝土柱計算
發布時間：2012-07-25 共1頁
一 引言
鋼結構住宅具有許多建筑設計和施工上的優越性，將成為我國和世界今后住宅結構發展的方向，因此，對它的理論計算和實際應用的多方面的探索越來越受到各方面的關注。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和研究都相對不足，這樣，我們必定要借鑒其它發達國家的研究成果，加快我國的住宅鋼結構方面的發展。本文在分析日本矩形鋼管混凝土柱的計算公式的基礎上，按照相關理論，推導了矩形鋼管混凝土柱的計算公式，供結構計算參考。
二 日本結構規范發展簡介
鋼管混凝土的設計方法由日本建筑學會第一次在“管材鋼—混凝土組合結構計算標準（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容。改版后的內容被收入日本
建筑學會第四版《鋼骨混凝土計算規范（1987）》。在1997年，《鋼管混凝土設計和施工指針》出版，其包括了自《鋼骨混凝土計算規范（1987）》出版后十年內對鋼管混凝土研究的新成果。《指針》給出了受壓構件、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件和柱的強度時考慮了鋼管對混凝土的影響（環箍效應）；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，《鋼骨混凝土計算規范》第五版出版，包括了高強材料應用的內容，《鋼骨混凝土計算規范》第五版的單位系統從重力單位改為國際標準（SI）單位體系，并且增加了解釋的內容。這版《鋼骨混凝土計算規范》包含了1997年《鋼管混凝土設計和施工指針》的內容和其出版后幾年內的研究新成果。在原《指針》的基礎上，新版《鋼骨混凝土計算規范》在沒有損害計算精度的條件下簡化了長柱的設計公式。日本鋼管混凝土結構設計的基本原理發表于“鋼管混凝土——國際規范和實踐比較”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。當柱單向彎曲時， M1/ M2為正；當柱雙向彎曲時， M1/ M2為負。
sMuo——純彎受力狀態下鋼管部分極限彎曲強度
四 推導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的試驗研究不足，積累的數據少，在推導矩形鋼管混凝土柱的計算公式時，忽略鋼管對混凝土的環箍作用，且混凝土由于不配鋼筋，僅考慮混凝土承擔的壓力，不考慮混凝土承擔的拉力和彎矩。
1. 與日本的計算公式相比較，本文推導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據和工程數據后，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，應考慮縱向彎曲變形的影響，可采用彎矩增大系數，其計算公式有待推導。
鋼結構住宅具有許多建筑設計和施工上的優越性，將成為我國和世界今后住宅結構發展的方向，因此，對它的理論計算和實際應用的多方面的探索越來越受到各方面的關注。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和研究都相對不足，這樣，我們必定要借鑒其它發達國家的研究成果，加快我國的住宅鋼結構方面的發展。本文在分析日本矩形鋼管混凝土柱的計算公式的基礎上，按照相關理論，推導了矩形鋼管混凝土柱的計算公式，供結構計算參考。
二 日本結構規范發展簡介
鋼管混凝土的設計方法由日本建筑學會第一次在“管材鋼—混凝土組合結構計算標準（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容。改版后的內容被收入日本
建筑學會第四版《鋼骨混凝土計算規范（1987）》。在1997年，《鋼管混凝土設計和施工指針》出版，其包括了自《鋼骨混凝土計算規范（1987）》出版后十年內對鋼管混凝土研究的新成果。《指針》給出了受壓構件、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件和柱的強度時考慮了鋼管對混凝土的影響（環箍效應）；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，《鋼骨混凝土計算規范》第五版出版，包括了高強材料應用的內容，《鋼骨混凝土計算規范》第五版的單位系統從重力單位改為國際標準（SI）單位體系，并且增加了解釋的內容。這版《鋼骨混凝土計算規范》包含了1997年《鋼管混凝土設計和施工指針》的內容和其出版后幾年內的研究新成果。在原《指針》的基礎上，新版《鋼骨混凝土計算規范》在沒有損害計算精度的條件下簡化了長柱的設計公式。日本鋼管混凝土結構設計的基本原理發表于“鋼管混凝土——國際規范和實踐比較”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。當柱單向彎曲時， M1/ M2為正；當柱雙向彎曲時， M1/ M2為負。
sMuo——純彎受力狀態下鋼管部分極限彎曲強度
四 推導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的試驗研究不足，積累的數據少，在推導矩形鋼管混凝土柱的計算公式時，忽略鋼管對混凝土的環箍作用，且混凝土由于不配鋼筋，僅考慮混凝土承擔的壓力，不考慮混凝土承擔的拉力和彎矩。
1. 與日本的計算公式相比較，本文推導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據和工程數據后，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，應考慮縱向彎曲變形的影響，可采用彎矩增大系數，其計算公式有待推導。
