型钢混凝土L形截面柱应用现状的研究

【摘 要】本文对型钢混凝土L形截面柱的特点进行了介绍，从国外和国内对型钢混凝土异形柱的试验研究、理论研究方面进行了论述，对研究中的应注意的相关问题进行了分析，发现异形柱结构与普通的混凝土结构相比，其最大适用高度要低得多，对于层数更多、高度更高的建筑则难以满足承载力要求。

【关键词】型钢；L形截面柱；异形柱结构；承载力

Research on Application Status of L-shaped Steel Reinforced Concrete Column

LUO Hai-yan1 WANG Jin-dong2 ZHAO Dan3

（1.Suqian College，Suqian Jiangsu 223800，China；2.Jiangsu Province Luo Yun Water Management Division，Suqian Jiangsu 223800，China；

3.Urban Design Institute of Suqian Chatwin，Suqian Jiangsu 223800，China）

【Abstract】Describes the features of steel reinforced concrete L shaped column， and discusses the domestic steel concrete columns of experimental research， theoretical research. Through the study of the problems show that ， compared with ordinary concrete structures shaped column concrete structure is much lower in applicable height and lower capacity.

【Key words】Section；L shaped columns；Shaped column structure；Capacity

0 引言

近年来，随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高，住宅建筑的规模不断扩大，使用标准逐步提高，人们对住宅建筑的舒适度、环境、实用性等提出了更高的要求，为了解决这一问题，工程界开始引入异形柱，异形柱是指截面几何形状分别为T、L、十、Z字形等的柱，与普通混凝土柱相比，具有承载力高、延性好、抗震性能优等特点[1]。

1 型钢混凝土L形截面柱的特点

将钢筋混凝土异形柱与其他结构形式相结合，可以形成以异形柱为特征的结构体系，其中包括异形柱框架结构、异形柱框架—剪力墙结构体系。

1）该体系以轻质砌体作为填充墙，边柱为T形，中柱为十字形，角柱为L形，柱子的宽与填充墙厚度相同，即室内不出现外凸柱棱，房间美观适用。

2）提高有效面积比。异形柱的肢宽与墙厚相等或稍宽，因而没有矩形框架的柱角外露占去使用面积的缺点，与一般框架结构相比，这种结构虽然造价会相应提高，但是使用面积可增加5%—10%左右[2]。

3）填充墙的墙体材料可根据当地保温隔热要求，采用新型材料，因地制宜，就地取材。

4）异形柱结构体系适当地降低了结构自重。在刚度相同的情况下，一般异形柱的柱截面面积小于矩形柱的截面面积，使柱的自重减轻[3]。

2 国外对型钢混凝土L形截面柱的研究

在20世纪70年代美国学者Joaquin Marin第一个进行了钢筋混凝土L形短柱的全过程分析[4]，通过对大量L形短柱试验和理论研究，提出一套计算图表，供设计人员使用。之后，1983年印度学者L.N.Ramamurthy和T.A.Hafeez Khan[5]分别对等肢和不等肢L形截面双向偏压柱进行了理论分析和试验研究。1985年至1989年间美国学者Cheng-Tzu Thomas Hsu[6]对L形和T形双向偏压柱分别进行了全过程分析，提出双向偏压柱极限强度的经验计算公式。

在20世纪90年代，国外对异形柱双向偏心受压正截面承载力的研究主要是针对计算机编程分析。Mallikarjunal和P.Mahadevappa[7]先后对L形和T形截面柱双偏压作用下的极限承载力进行了计算机分析，并给出了相应的图表和Fortran程序。C.Dundar[8]提出了计算任意截面形状的钢筋混凝土构件双偏压作用下极限承载力的方法，并给出了双偏压作用下任意截面形状的钢筋混凝土构件快速设计的计算机程序。S.N.Sinha[9]对十形柱双偏压构件承载力相关曲线进行了研究，分析了不同柱截面尺寸对应的最优配筋形式进行计算，还给出了利用承载力和相关曲线进行截面配筋计算的实例。

3 国内对型钢混凝土L形截面柱的研究

目前，钢筋混凝土异形柱结构己经在全国各地得到推广应用。为了充分发挥异形柱的优点，使异形柱的应用范围更广，提高异形柱的受力性能已成为一个迫切需要解决的问题。

钢骨混凝土是钢筋混凝土内含型钢的一种组合结构，其承载力高、刚度大、延性好。传统上钢骨混凝土柱多为矩形或方形柱，而对于钢骨混凝土异形柱，国外的研究还不多见，国内的广西大学、西安建筑科技大学等最先对这种结构形式进行了研究。钢骨混凝土异形柱的具体做法主要有2种：①在异形柱的柱肢中放置型钢，各型钢之间配置箍筋。②在异形柱中配置桁架式型钢，各型钢之间焊接腹杆，使型钢桁架本身成为一个超静定结构，形成型钢—混凝土叠合柱。

广西大学[10-11]通过4根桁架式钢骨混凝土不对称T形截面柱、3根桁架式钢骨混凝土不等肢L形截面柱和3根钢骨混凝土不等肢L形截面柱在轴心、偏心压力作用下的试验研究。揭示了桁架式钢骨混凝土异形柱的工作机理、破坏形态和极限承载力。验证了平均应变的平截面假定。初步掌握了桁架式钢骨混凝土异形柱构件破坏的一般规律。在此基础上，应用数值迭代的方法，编写了桁架式钢骨混凝土异形柱的正截面承载力分析的计算机程序。通过4根桁架式钢骨混凝土对称T形截面柱在横向荷载作用下的试验研究，揭示了桁架式钢骨混凝土对称T形截面柱的破坏形态和极限承载力。还对类似截面形式、配筋形式及配筋率、混凝土等级、荷载加载点的普通钢筋混凝土异形柱和钢骨混凝土异形柱的极限承载力进行比较，发现钢骨混凝土异形柱在截面型钢配钢率不是很大的情况下，极限承载力明显提高，且具有更好的延性。还对4根异形柱试件进行低周反复荷载试验研究，比较各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、刚度，分析轴压比、剪跨比、配箍率、配箍形式、配钢率及配钢形式对其抗震性能的影响。

西安建筑科技大学[12-13]设计制作了17个钢骨混凝土异形柱试件，其中9个T形，4个L形，4个十字形。设计的变化参数有配钢方式、荷载加载方向、轴压比、剪跨比。荷载加载方向有：对于T形柱有沿翼缘、腹板、45°角加载三种；对于L形、十字形柱有沿工程轴、45°角加载两种。研究了钢骨混凝土异形柱的粘结滑移性能、承载力、轴压比限值、抗震性能，得出了钢骨混凝土异形柱相对钢筋混凝土异形柱的轴压比限值、抗震性能有很大的提高，可以把异形柱的使用推广到更广的范围。

文献[14]研究了钢骨混凝土T形截面短柱的抗剪性能，在考虑剪跨比、轴压力系数及配钢率等影响参数的基础上，对14根钢骨混凝土T形截面短柱和2根钢筋混凝土T形截面短柱的抗剪性能进行了试验研究，提出了钢骨混凝土T形截面短柱抗剪承载力（下转第33页）（上接第49页）计算公式。试验结果表明，计算值与试验结果较为吻合，钢筋混凝土T形截面短柱加入钢骨后，其抗剪承载力有较大程度的提高。

4 结束语

近几年，异形柱在我国得到了广泛的运用，但由于受到其自身特点限制，异形柱结构的局限性也进一步体现了出来。异形柱的不足之处有：

1）异形柱的肢长不可以太长（柱肢过长容易产生剪力滞后现象），通常将异形柱的肢长与肢宽之比值限制在一定范围内。

2）钢筋混凝土异形柱受到柱截面配筋率及混凝土强度等级的限制，导致其极限承载力十分有限。

根据中华人民共和国行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》对异形柱结构适用房屋最大高度的规定和中华人民共和国行业标准《建筑抗震设计规范》对现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度的规定的比较可以看出，异形柱结构与普通的混凝土结构相比，其最大适用高度要低得多，只能在抗震设防烈度低于8度的多层及小高层建筑中得以采用，对于层数更多、高度更高的建筑则难以满足承载力要求，无法采用。

【参考文献】

[1].钢筋混凝土框架异形柱设计理论研究[D].大连：大连理工大学，2002.

[2]冯建平，等.L形和T形截面柱正截面承载力的研究[J].华南理工大学学报，1995，23（1）：54-61.

[3]周建中，陆春阳，苏益声等.钢筋混凝土不等肢L形异形柱承载力的试验研究[J].西安建筑科技大学学报，2001，33（1）：6-9.

[4]Joaquin Marin.Design aids for L-shaped reinforced concrete columns[J].ACI Structural Journal，1979，76（11）：1197-1216.

[5]L.N.Ramamurthy，T.A.Hafeez Khan.L-Shaped column design for biaxial eccentricity[J].Journal of Structure Engineering，1983，109（8）：1903-1917.

[6]Cheng-Tzu，Thomas Hsu.Biaxial loaded L-shaped reinforced concrete columns[J].Journal of Structure engineering，1985，111（12）：2576-2595.

[7]Mallikarjunal，puter aided analysis of reinforced concrete columns subjected to axial compression and bending-I：L-shaped Sections[J].Computer and Structures，1992，44（5）：1121-1138.

[8]C. Dundar.Design of cross section of column[J].The Indian concrete Journal，1993，70（3）：153-158.

[9]S.N.Sinha.Design of cross（+）section of column[J].The Indian Concrete Journal，1996，（3）：153-158.

[10]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].广西：广西大学，2004.

[11]胡飞鹏.桁架式钢骨混凝土异形柱：对称T形截面柱斜截面承载力试验研究[D].广西：广西大学，2006.

[12]王博.型钢混凝土异形柱抗剪承载力研究[D].西安：西安建筑科技大学，2006.

[13]赵鸿铁，陈宗平，薛建阳.型钢混凝土异形柱的轴压比限值研究[J].世界地震工程，2008，24（1）：23-28.

[14]李哲，张小锋，郭增玉，等.钢骨混凝土T形截面短柱抗剪性能试验研究[J].西北农林科技大学学报，2006，34（10）：197-201.