叠合柱详解_原创精品文档.pdfVIP

我大中华的很多城市，高楼大厦已是鳞次栉比。在每栋高楼里面，我们都会看到一些框架柱，

或大或小，或圆或方，或常规或异型。

框柱看起来冰冷，尤其包上大理石或冷金属之后，但它们撑起了比自身截面大得多的空间，

这多少值得尊敬。

以结构工程师的眼光来看，框柱的截面形式大致可分四类：普通钢筋混凝土柱、型钢混凝土

柱、钢管混凝土柱以及叠合柱。

在做柱截面形式对比的时候，我总是想起《三国演义》中“煮酒论英雄”的片段。

究竟谁是真英雄？

若以使用频率来评判，钢筋混凝土最优，型钢混凝土次之，钢管混凝土再次之，叠合柱末之。

尽管如此，我还是手指落寞的叠合柱：“天下英雄，唯君耳”。

这篇文章就谈谈本人的逻辑，诸位可不当真。毕竟，本人看走眼与看对眼的概率，经常接近

五五开。

01、叠合柱的概念

首先，我们要理解叠合的概念，谁和谁叠合？作为类比，叠合梁、叠合板大家是比较熟悉的，

叠合说的是新旧混凝土之间的叠合，旧混凝土可以采用预制（或先浇），新混凝土则采用现

浇（或后浇）。《混凝土结构设计规范》对叠合构件的构造及计算均有相对明确的规定。

在装配式结构及加固改造设计中，叠合既是一个基本概念，也是一个基本方法。想想装配式

结构中的叠合板，以及加固设计中的增大截面法。

但是，叠合柱与常规的叠合概念略有不同，它指的是内部钢管混凝土柱与外部钢筋混凝土之

间的叠合。

同时，叠合还隐含了构件组成时在时间上的非同步性。即，同一个构件的新旧部分，在“浇筑”

时间上，存在一个时间差。这个时间差如果小于混凝土的初凝时间，那就是整浇了。所以，

只有时间差大于终凝时间，才会出现叠合。

说到这里，我们会想到一些有意思的问题。比如，施工缝与后浇带，算不算叠合？混凝土梁

加固中的粘钢法与碳纤维布加固法，算不算叠合？

如果继续较真的话，型钢与钢筋混凝土浇筑在一起，算不算叠合？那钢筋与混凝土浇筑在一

起，算不算叠合？

叠合的依据究竟是什么呢？本人认为，相比后浇部分，先浇部分能够独立受力，这是叠合的

一个重要条件。

我们说叠合概念中隐含了一个时间差，但叠合柱又有不同。按照《钢管混凝土叠合柱结构技

术规程》（CECS188:2005）：

叠合柱的内外组成部分既可不同期施工，也可同期施工。

同期施工，就是指同时浇筑钢管内混凝土和钢管外混凝土。也就是说，在混凝柱浇筑方面，

可以没有时间差。你看，叠合柱就是这样一个异类。

同期施工的叠合柱可称组合柱，这是规范的原话。但组合柱不能称为叠合柱。我们通常说的

组合柱，是指型钢混凝土柱。

那按照规范先生的意思，究竟什么是叠合柱呢？我们揣测一下：

叠合柱是一种特殊的型钢混凝土柱，其内型钢为闭口截面，通常（还是必须？）为圆管，可

以为多腔。

让我们把谈论的对象就限定为钢管混凝土叠合柱吧。

02、叠合柱的优势

从构成来看，叠合柱与型钢混凝土柱、钢管混凝土柱有一定相似性，但又有不同，更像是二

者取长补短后的改良。

你看哈。相比型钢混凝柱，叠合柱含钢率更低（一级框柱，最小含钢率3%），承载力更高

（意味着截面可以更小），这在对比建筑面积使用率的时候，具有较大优势。

相比钢管混凝土柱，叠合柱具有更好的防火防腐性能，更低的用钢量。根据文献介绍，叠合

柱的承载力比钢管混凝土柱高。

为何叠合柱承载力更高？这是大家都关心的问题。虽然我们都理解混凝土三向受压，承载力

提高的道理。

超高层建筑中，外框柱受力以压弯为主。《材料力学》告诉我们，弯矩作用下，截面外侧应

力最大，中部应力较小，所以我们应该尽量将材料放到截面外侧。而轴力作用下，截面均匀

受力，材料应该平摊到截面上。

截面压弯复合受力时，最悲催的就是截面外侧，既要承受轴压作用下的均匀应力，也要承受

弯矩作用下的弯曲拉压应力。考虑不同方向的水平力工况，截面外侧均可能承受拉力或压力。

叠合柱是怎么解决这个问题的呢？

叠合柱以强大的内芯——钢管混凝土柱，承受绝大部分的轴向压力，从而将外侧截面从均匀

压应力中解放出来，这样外侧截面就可以专心对付弯曲应力。

想到这里，我拍案叫绝，这是“物尽其才”的又一次完美诠释呀。至于上一次？

诞生了一个划时代的伟大产品——钢筋混凝土。即用钢筋承受拉力，用混凝土承担压力。

叠合柱给出的解决思路，我们经常作为反例应用在节点设计中。

比如，我们将节点位置的构件截面做得更小，这样可以削弱它的抗弯承受能力，以更小的截

面保证轴向承载力即可，这就是铰接节点。

再比如，混凝土构件，截面不变，但在支座位置，我们仅配置构造纵筋，这也是削弱了截面

的抗弯承载力，也是一种铰接做法。

为了将更大的轴向力分配给内部的钢管混凝土柱，这才有了先期施工的做法，相当于通过施

工次