矩形鋼管混凝土柱計(jì)算

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一、引言 
    鋼結(jié)構(gòu)住宅具有許多建筑設(shè)計(jì)和施工上的優(yōu)越性，將成為我國(guó)和世界今后住宅結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，因此，對(duì)它的理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用的多方面的探索越來(lái)越受到各方面的關(guān)注。我國(guó)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(duì)計(jì)算理論公式的推導(dǎo)和研究都相對(duì)不足，這樣，我們必定要借鑒其它發(fā)達(dá)國(guó)家的研究成果，加快我國(guó)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(jì)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(jì)算公式，供結(jié)構(gòu)計(jì)算參考。 
    二、日本結(jié)構(gòu)規(guī)范發(fā)展簡(jiǎn)介 
    鋼管混凝土的設(shè)計(jì)方法由日本建筑學(xué)會(huì)第一次在“管材鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)計(jì)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(huì)第四版《鋼骨混凝土計(jì)算規(guī)范（1987）》。在1997年，《鋼管混凝土設(shè)計(jì)和施工指針》出版，其包括了自《鋼骨混凝土計(jì)算規(guī)范（1987）》出版后十年內(nèi)對(duì)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(qiáng)度和變形能力的計(jì)算方法。該《指針》重點(diǎn)有二，一是在計(jì)算圓截面受壓構(gòu)件和柱的強(qiáng)度時(shí)考慮了鋼管對(duì)混凝土的影響（環(huán)箍效應(yīng)）；二是給出了長(zhǎng)柱極限強(qiáng)度的計(jì)算方法。另外，《指針》還給出了鋼管混凝土的施工方法和實(shí)際案例。
    2001年，《鋼骨混凝土計(jì)算規(guī)范》第五版出版，包括了高強(qiáng)材料應(yīng)用的內(nèi)容，《鋼骨混凝土計(jì)算規(guī)范》第五版的單位系統(tǒng)從重力單位改為國(guó)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(jì)算規(guī)范》包含了1997年《鋼管混凝土設(shè)計(jì)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(jì)算規(guī)范》在沒(méi)有損害計(jì)算精度的條件下簡(jiǎn)化了長(zhǎng)柱的設(shè)計(jì)公式。日本鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理發(fā)表于“鋼管混凝土——國(guó)際規(guī)范和實(shí)踐比較”ASCCS會(huì)議報(bào)告，1997.9，第99頁(yè)至第116頁(yè)。
    三、日本《鋼骨混凝土計(jì)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(duì)值大于M2的絕對(duì)值。當(dāng)柱單向彎曲時(shí)，M1/ M2為正；當(dāng)柱雙向彎曲時(shí)， M1/ M2為負(fù)。 
    sMuo——純彎受力狀態(tài)下鋼管部分極限彎曲強(qiáng)度
    四、推導(dǎo)矩形鋼管混凝土柱計(jì)算公式 
    由于我國(guó)對(duì)矩形鋼管混凝土柱針對(duì)計(jì)算公式推導(dǎo)的試驗(yàn)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(jì)算公式時(shí)，忽略鋼管對(duì)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(wèn)題 
    1、與日本的計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)后，可進(jìn)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(shí)，混凝土部分受壓區(qū)高度的計(jì)算公式有待確定。
    3、柱的計(jì)算長(zhǎng)度與截面高度之比時(shí)，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(jì)算公式有待推導(dǎo)