近年来,对于方钢管混凝土的研究已经取得了一定的进展,在大量理论研究与工程实践的基础上,各地已出台了相应的规程供设计人员参考。但是对于由方钢管混凝土组成的异形柱,国内外的研究资料却很少。本文提出一种新型异形柱形式——方钢管混凝土组合异形柱,并对其主要截面形式——十字形截面方钢管混凝土组合异形柱,从理论、有限元分析和试验三个方面进行了力学性能的研究。针对方钢管混凝土柱计算的叠加理论进行了分析,依据理论分析和钢管混凝土超声波检测的试验数据,提出了采用叠加理论计算方钢管混凝土柱的应用论据。在分析现有叠加理论计算方法的基础上,提出了新的方钢管混凝土柱计算理论,并推导了计算公式;同时在变形协调条件下,推导了其轴压力分配系数计算公式;在此理论基础上,确定了十字形截面方钢管混凝土组合异形柱换算长细比的计算公式和钢管稳定性提高系数。采用有限元分析程序ANSYS,对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱长柱和短柱模型进行了数值模拟分析,通过将有限元分析结果与理论结果对比,初步验证采用叠加理论计算十字形截面方钢管混凝土组合异形柱是可行的。在理论计算的基础上,设计了十字形截面方钢管混凝土组合异形柱试件两个,即长柱试件和短柱试件各一个,对试件进行单调静力加载轴压试验,试验前对试件进行了材性试验和超声波检测试验。通过单调静力加载轴压试验研究了试件的力学性能,并分析了试件在轴压力下的屈曲形式。试验结束后,对理论计算结果和试验结果进行了比较,发现二者吻合较好,进一步验证了采用叠加理论计算十字形截面方钢管混凝土组合异形柱的可行性。本文经过理论分析和试验研究认为:十字形方钢管混凝土组合异形柱力学性能好、设计施工简单、造价合理,在全国大力推广住宅钢结构体系的背景下,具有广阔的发展前景。