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越受到各方面的關(guān)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(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)國家的研究成果,加快我國的住宅鋼結(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》在沒有損害計(jì)算精度的條件下簡化了長柱的設(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——國際規(guī)范和實(shí)踐比較”ASCCS會(huì)議報(bào)告,1997.9,第99頁至第116頁。
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)。