六边形多腔钢管混凝土巨柱力学性能分析

辛健

筑博设计股份有限公司518000

摘要：超高层结构因其自重大、高度超限，在水平荷载作用下产生较大的倾覆力矩，为抵抗倾覆力矩产生的拉力与压力，常常在结构周边或转角处布置截面较大的巨型柱，形成以巨型柱为主要抗侧力构件的结构形式。而巨型柱的力学性能对结构的安全与稳定起到了决定性作用。现以纤维软件Xtract研究六边形钢管多腔混凝土巨柱的力学性能。

关键词：超高层；倾覆力矩；多腔混凝土巨柱；Xtract

引言：超高层建筑因其独特的外形，城市发达面貌的象征，越来越受开发商和政府的青睐。然而因其诸多外力因素的不利影响，往往对结构设计带来一些挑战；为了减弱外力的影响，巨型结构就成了结构工程师的主要选择，其中把巨型柱作为主要抗侧力构件的结构形式应运而生。

1.设计参数

巨型钢管混凝土柱，混凝土强度等级为C60，钢材强度等级为Q345，钢筋采用HRB400；主要钢板厚度为200mm、50mm，截面尺寸如图1所示。

图1六边形多腔钢管混凝土巨柱截面尺寸

2.分析结果

2.1曲率延性系数

延性反应构件在地震作用下的变形能力，通过变形来消耗地震力，对于截面较大的构件曲率延性[1]影响着构件的性能。

图2双向受力截面弯矩-曲率图

由图2可知：截面的极限曲率为0.00071＜0.003（混凝土极限压应变），屈服曲率为0.00021，延性系数为极限曲率与屈服曲率的比值，即曲率延性系数为3.4，符合3~4的范围，表面结构有较好的延性[2]。

2.2轴向力与变形的关系

图3反映了结构的轴向力与应变的关系，包括拉应变和压应变。

图3截面轴力-轴向应变

由图3可知，在压力作用下，曲线基本重合，表明混凝土和钢材发生了共同的变形，达到共同工作的效果；在拉力作用下，钢材发挥了很好的抗拉性能，混凝土达到极限拉应力退出工作。

2.3轴向力与弯矩的关系

图4反映了轴向力P与两个方向弯矩的关系。

b.y向为主弯矩方向

图4截面P-Mx-My曲线

由图4可知，当轴力作用截面不同位置时，P-Mx-My曲线没有出现明显突变的现象，曲线较对称，表面截面受力比较均匀，没有因为截面的不规则性，而表现出弯矩突变，表明此截面空腔布置合理[3]。

3.结语

通过Xtract软件对巨型柱的分析，表明六边形多空腔钢管混凝土巨柱有良好的延性和抗震能力，空腔布置合理，截面形式可行。对方案初期柱的截面选择提供一种可行性参考。

参考文献：

[1]贾金青，朱伟庆等.型钢超高强混凝土柱截面曲率延性研究[J].土木工程学报.2013.

[2]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.2010.

[3]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社.2010.