1)钢管混凝土柱概述钢管混凝土柱是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。按钢管截面形式的不同，分为方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土柱。对于钢管混凝土柱，最能发挥其轴心受压的特长，因此，钢管混凝土柱最适合于轴心受压或小偏心受压构件。......
2023-09-19
混凝土结构设计计算-型钢混凝土柱简介
【摘要】：1)型钢混凝土柱概述型钢混凝土柱又称钢骨混凝土柱，也称为劲性钢筋混凝土柱。空腹式型钢混凝土柱中的型钢不贯通柱截面的宽度和高度。由于含钢率较高，因此型钢混凝土柱与同等截面的钢筋混凝土柱相比，承载力大大提高。图5.24实腹式型钢混凝土柱的截面形式实腹式型钢混凝土柱，不仅承载力高、刚度大，而且有良好的延性及韧性。3)承载力计算公式型钢混凝土柱正截面受压承载力计算简图如图5.25所示。
1)型钢混凝土柱概述
型钢混凝土柱又称钢骨混凝土柱，也称为劲性钢筋混凝土柱。在型钢混凝土柱中，除了主要配置轧制或焊接的型钢外，还配有少量的纵向钢筋与箍筋。
按配置的型钢形式不同，型钢混凝土柱分为实腹式和空腹式两类。实腹式型钢混凝土柱的截面形式如图5.24所示。空腹式型钢混凝土柱中的型钢不贯通柱截面的宽度和高度。例如，在柱截面的四角设置角钢，角钢间用钢缀条或钢缀板连接而成的钢骨架。
震害表明，实腹式型钢混凝土柱有较好的抗震性能，而空腹式型钢混凝土柱的抗震性能较差，故工程中大多采用实腹式型钢混凝土柱。
由于含钢率较高，因此型钢混凝土柱与同等截面的钢筋混凝土柱相比，承载力大大提高。另外，混凝土中配置型钢以后，混凝土与型钢相互约束。钢筋混凝土包裹型钢使其受到约束，从而使型钢基本不发生局部屈曲，同时，型钢又对柱中核心混凝土起着约束作用。又因为整体的型钢构件比钢筋混凝土中分散的钢筋刚度大得多，所以型钢混凝土柱较钢筋混凝土柱的刚度明显提高。
图5.24 实腹式型钢混凝土柱的截面形式
实腹式型钢混凝土柱，不仅承载力高、刚度大，而且有良好的延性及韧性。因此，它更加适合用于要求抗震和要求承受较大荷载的柱子。
2)型钢混凝土柱承载力的计算
(1)轴心受压柱承载力计算公式
在型钢混凝土柱轴心受压试验中，无论是短柱还是长柱，由于混凝土对型钢的约束，均未发现型钢有局部屈曲现象。因此，在设计中不予考虑型钢局部屈曲。其轴心受压柱的正截面承载力可按下式计算：
式中 Nu——轴心受压承载力设计值；
φ——型钢混凝土柱稳定系数；
fc——混凝土轴心抗压强设计值；
Ac——混凝土的净面积；
Ass——型钢的有效截面面积，即应扣除因孔洞削弱的部分；
A′s——纵向钢筋的截面面积；
f′y——纵向钢筋的抗压强度设计值；
f′s——型钢的抗压强度设计值；
0.9——系数，考虑到与偏心受压型钢柱的正截面承载力计算具有相近的可靠度。
(2)型钢混凝土偏心受压柱正截面承载力计算
对于配置实腹型钢的混凝土柱，其偏心受压柱正截面承载力的计算，可按《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)进行。
根据试验分析型钢混凝土偏心受压柱的受力性能及破坏特点，型钢混凝土柱正截面偏心承载力计算，采用如下基本假定：
a.截面中型钢、钢筋与混凝土的应变均保持平面；
b.不考虑混凝土的抗压强度；
c.受压区边缘混凝土极限压应变取εcu=0.0033，相应的最大应力取混凝土轴心抗压强度设计值为fc；
d.受压区混凝土的应力图形简化为等效的矩形，其高度取按平截面假定中确定的中性轴高度乘以系数0.8；
e.型钢腹板的拉、压应力图形均为梯形，设计计算时，简化为等效的矩形应力图形；
f.钢筋的应力等于其应变与弹性模量的乘积，但不应大于其强度设计值，受拉钢筋和型钢受拉翼缘的极限拉应变取εcu=0.01。
3)承载力计算公式
型钢混凝土柱正截面受压承载力计算简图如图5.25所示。
图5.25 偏心受压柱的截面应力图形
式中 N——轴向压力设计值；
e——轴向力作用点至受拉钢筋和型钢受拉翼缘的合力点之间的距离，按5.5.2节式(5.12)和式(5.13)计算；
f′y、f′a——受压钢筋、型钢的抗压强度设计值；
A′s、A′a——竖向受压钢筋、型钢受压翼缘的截面面积；
As、Aa——竖向受拉钢筋、型钢受拉翼缘的截面面积；
b、x——柱截面宽度和柱截面受压区高度；
a′s、a′a——受压纵筋合力点、型钢受压翼缘合力点到截面受压边缘的距离；
as、aa——受拉纵筋合力点、型钢受拉翼缘合力点到截面受拉边缘的距离；
a——受拉纵筋和型钢受拉翼缘合力点到截面受拉边缘的距离；
Naw、Maw——按《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)6.1.2节计算。受拉边或受压较小边的钢筋应力σs和型钢翼缘应力σa可按下列条件计算：当x≤ξbh0时，为大偏心受压构件，取σs=fy，σa=fa；当x≥ξb h0时，为小偏心受压构件，取：
其中，ξb为柱混凝土截面的相对界限受压区高度，即：
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