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1、AbstractHollow concrete-filled steel tubular (HCST) structure not only has a good ductility, plasticity , anti-earthquake quality, but also convenience in engineering design, construction and application. Its now become a major trend for steel structure. Currently, for lack of relation theory and su
2、pport facility, most of the HCST structures are used in telegraph pole, we can rarely see it use in frame structure, which makes it hard to get the acceptance of the market. After several years of research on HCST, our team got a deeper understanding of its performance and accelerate its development
3、. To make a better promotion in the market, this article studies the anti-earthquake quality and cost of HCST structure and steel structure.Basing on Stiffness and Quality Equivalent theory, the HCST structure was established by optimize replace the pillars in the steel with HCST by using PKPM and E
4、TABS, And then analysis and compare the anti-earthquake quality and cost of HCST structure and steel structure. At last it proves the HCST structure do get a good performance in anti-earthquake quality and economical efficiency.As an important compression member, pillar plays an important role in an
5、ti-earthquake quality. By comparing period ratio, stiffness ratio, stiffness gravity ratio, shear gravity ratio, the interlayer shear strength ratio, displacement angle and displacement ratio, it proves that the HCST structure has good performance in anti-earthquake quality.Taking into account the H
6、CST members have not yet been accepted by the mainstream market, related facilities and construction technology is not perfect, Economic analysis and comparison was made in the Amount of using steel and concrete usage. The conclusion is the HCST member is economical and can be used in practical engi
7、neeringKey words: Steel Structure; Hollow Concrete-filled Steel Tubular Structure; Stiffness Equivalent theory; Anti-earthquake Quality; Economic An1.绪论1.1研究背景随着我国社会开展速度的加快，人们享受到了越来越多因科技、文化、经济快速开展带来的便利。为了满足大家对生活品质日益增加的需要，在房屋建筑领域，高层建筑物为适应时代的开展，得到了大规模应用。20世纪90年代以前，我国建筑的建筑结构以钢混结构为主。钢筋混凝土结构满足了我国当时对建筑结构的
8、需求，对我国的经济开展起到了重要作用，但钢筋混凝土结构有两个明显的缺点：第一，柱子截面积比拟大，占用可用面积较多，降低了空间使用率；第二，钢混结构对混凝土用量需求剧大，用料多导致结构自重大。因而,上世纪90年代以前我国高层建筑普遍存在的问题之一就是“胖柱问题。近20年来，随着钢结构形式开展越来越快，“胖柱问题慢慢得到了解决，高层建筑物的结构形式，也从以往单一的钢筋混凝土结构形式开展到现在以钢结构为主，各种结构形式并存，组合结构和混合结构快速开展的局面。随着社会的开展进步人们越来越关注城市环境保护，从追求“经济生活转变为追求“低碳生活1。在结构工程中，钢结构框架有一个很致命的缺点-贵。为了解决“
9、胖柱和“贵这两个缺点，我们提供了新的竖向构件的选择-空心钢管混凝土。空心钢管混凝土构件有很多优点，比方它能对提高混凝土的利用系数、抗震性能好、钢材利用率高、降低工程造价、施工方便等，能显著提高建筑结构的“性价比。空心钢管混凝土结构目前主要运用在电力系统的电线杆中，经过长期的实践，我们发现这种构件具有良好的力学性能和经济效益，特别适合运输以及装配。空心钢管混凝土主要运用在框架结构的轴向受力的构件中，课题组经过研究，发现相对于电杆结构，该构件运用在框架结构中的轴压比相对更大，但却依然适用于框架结构。目前，国外对于空心钢管混凝土结构研究较多，但国内对空心钢管混凝土结构的抗震性能及经济性的研究并不深入
10、，在我国建筑领域将空心钢管混凝土结构作为框架结构的运用更少，故本文以空心钢管混凝土框架结构与钢框架结构的抗震性能经济性能的比照为主线，结合两种结构其他方面的比照，以探讨其在框架结构中的现实可行性。1.2空心钢管混凝土概述空心钢管混凝土结构作为新结构形式是钢-混凝土组合结构形式的一种，其结构形式介于空心钢筋混凝土环形截面及钢管之间，他其构造方法为：用离心机高速旋转预先已灌入一定量混凝土的钢管，因为高速离心力的作用，钢管内的混凝土会贴附在钢管的内壁上，并且混凝土会形成中空的圆柱，然后对其养护一段时间，钢管和混凝土就形成分别具有一定厚度的构件-空心钢管混凝土。这种新形式的构件不仅同时拥有钢管和混凝土
11、这两种材料优异的物理性能、力学指标，还克服了单一材料在使用过程中出现的缺乏；在使用过程中，钢管在空心混凝土的套箍作用下，在使用中径向受压，而环向那么受到拉力作用，增强了自身稳定性，大大提高了其抵抗变形以及抗压强度的能力，防止了混凝土的脆性破坏；两种材料同时处于三向受压状态，如图1.1所示，这正是所述构件物理力学性能发生根本性变化的根本原因。图1.1混凝土和钢管组合状态示意图1.3 空心钢管混凝土的特点1承载力高因为所研究构件处于轴心受压状态，同时，钢管的泊松比要小于混凝土，所以在构件受压时，两种材料的变形不一致，同时由于钢管对空心混凝土的套箍作用，核心混凝土处于三向受压的状态，各种物理力学指标
12、均发生了明显改变，组合体系下，材料的强度、刚度指标都有了显著提高；所研究的构件中，两种材料对增强结构体系的整体稳定性起到了重要作用，首先，钢管不会过早产生屈曲；其次，核心混凝土使钢管在受荷载作用的情况下能发挥更大的强度。在这种混合体系下，两种材料优势互补，使其拥有优异的工程性能。2延性及塑性好因为钢管混凝土结构中混凝土受到来自钢管的环向紧箍力，所以，构件中混凝土的脆性得到了极大的改善，其脆性变形甚至会变成较大的塑性变形。钟善桐在2003年的短柱实验说明2，当试件被压缩倒原长度的2/3时，纵向的应变到达30%，依然有承载能力，多呈折腰鼓形破坏。3抗震性能结构的抗震性能指的是结构物在地震作用或一定
13、动荷载条件下，具有的吸能性及延性。因为所介绍的两种材料功能特性上优势互补，使其各局部的塑性变形性能都得到了一定程度的提高，在加载受到破坏时，混凝土的脆性破坏形式变为塑性破坏，这使得工程的平安性得到了保证，为采取补救措施提供了时间，并一定程度地提高材料的耗能能力及延性性能，因而其抗震性能相对优越3。钢管混凝土构件与钢柱虽然有相似的抗震性能，但在钢柱并未丧失局部稳定性之前才可以将这两种构件进行抗震性能比照。两种构件虽然同时具有耗能性好和无钢度退化的优点，但实际运用中常采用加厚钢板来保证局部的稳定性。因而，在抗震性能中的表现本文研究的构件要优于钢柱4。4耐火性能两种结构在进行耐火性能比拟时，要在高温
14、条件下进行作用，经试验在耐火性能方面，钢管混凝土结构要优于钢结构。经相关试验测定，钢材只能在高温条件下持续15分钟5。由于核心混凝土在钢管混凝土结构中的存在，高温条件下，热量的传递方式得到了改变，混凝土受到钢管中传递过来的热量，这就使钢材的受热得到有效分散，从而整体构件的耐热能力得到极大增强。另外，在高温条件下，核心混凝土能够承受一定的，因钢管丧失强度不能承受的荷载作用，此时，整体结构不会因钢材强度降低而短期内迅速倒塌，从而能留出有效时间，挽救相关人员的生命财产。5经济性在讨论经济性时，把用钢量或者相同荷载和体积作为前提条件，丁虹岩经过比照研究发现6：钢管混凝土柱截面面积仅为钢筋混凝土柱的70
15、%。混凝土用量比照，因为钢管混凝土中心为中空状态，所以施工过程中会有50%左右的混凝土材料被节省下来，起到事半功倍的作用，同时由于核心混凝土在空心钢管混凝土构件中被挖空，因而能节省更多混凝土材料，节约用量的具体数量后文会有所表达；钢材用量比照，因为空心钢管混凝土构件中空，其钢用量仅为钢柱的一半，由此，构件的经济性就得到了凸显。另外，钢管混凝土结构在施工过程中不需要模板，从而省去支模、拆模及模版费用，施工过程简单易行。再加上无需绑扎空心钢管混凝土柱，可省去施工绑扎费用。空心钢管混凝土柱的制作拥有预制构件的优点，绝对工期因为可以进行平行作业而得到保证，从而取得显著经济效益。1.4空心钢管混凝土在工
16、程在的运空心钢管混凝土结构自上世纪末以来，在以下两个方面得到突出利用：1、变电构件在发变电工程中的应用；2、杆塔结构在输电线路工程中的应用。而在框架房屋建筑方面那么主要运用与空心钢管混凝土有着相似性质的构件-实心钢管混凝土结构。然而，随着对空心钢管混凝土结构构件的研究臻于完善，其优良的耐火性能、承载性能、抗震性能等优良性能已被大家所熟知，引起了社会各方重视，并在很多工程中得以应用。随着社会的开展，会有更加广泛的建筑领域使用空心钢管混凝土构件。1变电构架在发变电工程中的应用在电力建设工程中，输变电钢构架已经有了成熟的系统的设计、施工、制造经验。缺乏之处是，钢构架的建造因为钢材用量巨大导致造价太高。空心钢管混凝土构件作为一种新型组合构件，既省材料又有着优异性能，引起了输变电结构工程师的重视，并随之
