摘　要：论述设计中对于型钢柱的使用，型钢柱的优点，为了降低施工难度，用两个或者以上的小截面型钢代换大面积的型钢，优化及简化型钢柱与水平构件的连接。

　　随着我国经济的不断发展，超高层建筑的不断出现，对于结构的要求也越来越高。普通的混凝土构件越来越难以满足不断提高的建筑和使用要求。而型钢柱和型钢梁可以在有限的截面面积中配置更多的钢材，通过合理配置钢材，可以使在同样的构件截面条件下，构件的变形能力更强，抗震性能更好，所以型钢柱和型钢梁在很多大跨度、高层及超高层项目中的应用越来越广泛。

　　在很多超高层结构中，因为高度达到两百米以上或者更高，导致在建筑底部有两种情况出现：第一：风荷载成为控制整体参数及各构件设计的决定性要素。在风荷载作用下，作为竖向承重构件的柱底通常会出现拉力，普通的混凝土柱仅依靠混凝土及钢筋本身的抗拉强度难以满足。第二，柱到了底层的时候，所承受的竖向荷载非常大。而根据《型钢混凝土组合结构技术规程》第6.1.11条中规定的轴压比的计算公式为N/(fcAc+faAa)，由此可见，在轴压比相同的情况下，因为faAa的值较大，相同截面的柱因为布置型钢后，承载能力也增加很多。所以，在 这种情况下，设计中会优先考虑型钢柱。

　　作为非常重要的承重构件，型钢柱自身的设计、构造及型钢柱与水平构件的连接也是非常重要的。对此，《型钢混凝土组合结构技术规程》也有非常明确的要求。第6.2.3条中说明型钢混凝土框架柱中受力型钢的含钢率不宜小于4%。第9.1.3及9.1.4条规定，柱内型钢宜采用贯通型，柱内型钢的拼接构造应满足钢结构的连接要求。型钢柱沿高度方向，在对应于型钢梁的上、下翼缘处或钢筋混凝土梁的上下边缘处，应设置水平加劲肋，加劲肋型式宜便于混凝土浇筑，水平加劲肋应与梁端型钢翼缘等厚，且厚度不宜小于12mm。型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁或型钢混凝土梁的梁柱节点应采用刚性连接，梁的纵向钢筋应伸入柱节点，且应满足钢筋锚固要求，设计中柱内型钢的截面型式和纵向钢筋的配置，宜便于梁纵向钢筋的贯穿。而当梁钢筋必须要在型钢腹板上穿过时，必须要预留贯穿孔，同时型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积25%。这些要求，最直接的结果是导致施工的难度增大及造价的增加。

　　对于型钢柱来说，柱截面越大，则构造所需要型钢的面积越大。我们在设计时，如果型钢的数量还是只取一个的话，为了满足型钢所需要的面积，要么增加型钢的厚度，要么增加型钢的长度。增加型钢的厚度，会带来在腹板穿孔的难度。而增加型钢的长度，则代表水平构件中钢筋穿腹板的根数要增加，这两种方法无疑既增加施工周期又增加施工难度且不经济。所以，当柱截面很大，例如单边长度超过2000mm以上，我们可以考虑改为在柱内设置两个型钢，对型钢进行优化设计。这样既可以减小腹板的厚度，降低构件施工难度，水平构件的钢筋也可以在两个型钢间穿过，减少在型钢腹板上穿孔的数量。同时，还能减轻单个型钢自重，利于施工。

　　PKPM在柱截面类型设置中，充分考虑了型钢的可能种类及样式，但是这些参数的设置只适用于柱内布置单一型钢，如果需要布置两个的话，这些参数显然就不适用了。这种情况下，以十字型型钢为例，我们可以先通过PKPM软件设计出单一的，满足设计要求的型钢，然后再通过以下方法，把它再代换成我们所需要的两个小型钢。一个型钢代换成两个小型钢，首先必须遵守以下三个原则：第一，代换后的型钢总面积必须不小于代换前的面积。第二X、Y方向 的型钢面积必须分别满足代换前的面积。第三，代换后的X、Y方向惯性矩Ix及Iy必须分别不小于代换前的X、Y方向惯性矩。

　　前两个原则，我们可以通过Excel自制表格来完成，这不复杂。但是如何才能快速便捷地验算代换后的惯性矩是否满足呢?这点，可以通过绘图软件AutoCAD来完成。具体步骤如下：

　　1.我们先在绘图窗口中1：1绘出我们设计所需要的型刚形状，确保没有多余的线段。

　　2.输入Region命令，选取型钢的全部外轮廓，会得到一个实体。我们称之为A。

　　3.输入UCS命令后，再输入C，将鼠标移至“A”的中心处，让坐标系的0，0点与实体A的中心点重合。

　　4.输入massprop，点取实体A，就能查到实体A的惯性矩(注意此时Centroid中的XY值应为0)

　　5.我们通过Excel表格，可以先试算出两个代换的型钢面积。在绘图窗口里把这两个型钢的形状及在柱内的相对位置都准确地1：1 表达出来。我们分别称之为B和C。

　　6.分别重复第2步，会分别得到两个实体。我们分别称之为B和C

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