混凝土异形柱结构设计期刊网发表论文

 

　　关键词：异形柱；结构；节点；构造

 

　　Abstract: This paper expounds the special shaped column frame stress characteristic, the design of practical engineering analysis and calculation of the special-shaped column structure, tectonic measures are discussed, and gives a successful example of engineering design.

 

　　Key words: special-shaped column structure; structure; node;

 

　　中图分类号：TU2      文献标识码：A

 

　　引言：

 

　　随着我国经济的不断发展以及人民生活水平的不断提高，人们对建筑的功能要求越来越高，尤其是对于供人们日常起居的住宅的要求。其不仅需要满足实用的要求，还应美观、舒服的要求。因此，异形柱的应用就逐步趋向广泛，尤其是对框架异形柱的结构体系的研究与应用就变得尤为重要。

 

　　异形柱即是以“T”形、“L”形、“十”字形的异形截面柱来代替一般框架柱作为竖向支撑构件而构成的结构，这样做可以避免框架柱在室内凸出，增加空间利用率，给建筑设计以及使用功能带来灵活性和方便性。异形柱结构与普通柱不同之处在于，异形柱的肢厚小，钢筋较密处的受力情况较为复杂，这也给结构分析带来了一定难度，受力特点特别复杂的就是异形柱框架结构节点核心区受力。

 

　　一、异形柱节点分类

 

　　节点就是指梁与柱的交汇处，它属于梁高范围的柱段。节点最主要的作用是将本层以及上一层的荷载和作用(例如地震，风)有效地传递到下层的柱中去。因而节点核心区的作用力包括了与节点相连接的梁端和柱端的弯矩、轴力、剪力甚至扭矩等等，其受力特点比较复杂。按所在位置分可把异形柱的节点分为中间节点和端节点，而中间节点和端节点又指的是中间层的节点和顶层的节点;按满足被连接构件的受力特性分，异形柱节点可分为两大类型。

 

　　第一类型：结构承受重力荷载以及一般的风荷载时，按承载能力极限状态设计所连接的构件(梁、柱)，只要求节点满足所连接构件的承载力要求即可。

 

　　第二类型：结构承受地震作用的情况下，需要满足节点所连接的构件在反复变形的作用下进入非弹性阶段而又必须维持一定的承载力的要求。规程规定必须对节点核心区进行受剪承载力验算并应满足抗震构造措施要求。

 

　　二、异形柱框架节点受力机理

 

　　异形柱节点的破坏主要集中于“小核心”区，所以，应以“小核心”为单元对异形柱节点的抗剪能力进行研究。异形柱节点的抗剪能力主要由“小核心”为单元的混凝土的抗剪能力和箍筋的抗剪能力两部分成。而异形柱节点的“小核心”区与普通节点一样斜压杆、桁架和约束机构3种传力机构都同时存在着。它们在传递节点剪力时的作用不相同，在梁端的正反向加载后，其受力特征具有不对称性，所以斜压杆、桁架和约束机构的作用大小不同于普通的节点。由于这3种传力机构所承担的剪力在不断地发生变化，而影响节点混凝土斜向受压破碎的主要因素包括：

 

　　(1) 剪压比的大小。因为剪压比越大节点剪力越大由斜压杆机构和桁架机构形成的混凝土斜向压应力也越大。

 

　　(2) 节点区上下部梁筋的粘结情况。上部梁筋粘结越差桁架机构越退化，梁筋弯弧对混凝土的斜压力越大，节点也越易沿受力较大的方向斜向压碎，虽然下部梁筋较少其拉力不致使节点沿受力较小方向压碎，但梁下部纵筋锚固端的大部长度分位于较薄的节点腹板内又不像上部梁筋那样外侧有板的保护。

 

　　三、节点抗剪原理

 

　　由于异形柱的节点与矩形柱节点都是以钢筋和混凝土为材料，并且构造方式相似，因此普遍认为异形柱节点的抗剪原理与矩形柱节点抗剪原理相似。前面我们提到，节点受力机理是通过三种传力机构即斜压杆机构、桁架机构和约束机构(约束效应)来实现的。

 

　　梁柱端受压区混凝土的压力，在抵消了相应部分的柱端及梁端剪力后，所余的大部分力将会在节点的核心区域斜向一定的宽度范围内合成为斜向的压力，从而就形成了以传递斜向压力为功能的斜压杆机构。

 

　　由梁柱筋贯穿阶段通过粘结传给四周混凝土的剪应力，在抵消了相应部分的柱端、梁端剪力之后，所余部分将从节点核心区周边传入核心区混凝土，并在整个核心区内形成较均匀的剪力场。在主拉应力导致核心区混凝土斜向开裂之前，主拉应力及主压应力均主要由混凝土承担。当形成的混凝土主拉应力较高，并引起节点斜向交叉开裂后，平行裂缝方向的主压应力继续由裂缝之间的混凝土承担，主拉应力则由平行节点受力平面的节点水平箍肢和同一平面内的竖向柱筋分担。以上所述的。斜压杆机构”和”桁架机构”是直接参与抵抗节点剪力的两种机构。

 

　　四、构造措施

 

　　异形柱的受力情况复杂，结构延性相对较差，单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求，因此必须加强构造措施，从概念出发，保证结构具有足够的安全度。

 

　　1、结构平面布置

 

　　异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系，根据结构平面布置和受力特点，可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式，特别注意在受力复杂部分采用矩形柱。平面布置宜使结构平面刚度均匀对称，尽量控制或减小扭转效应：竖向布置注意体型力求简单规则，避免过大的外挑内收，避免楼层刚度沿竖向突变；柱网尺寸不易过大，一般不超过6m，柱距大梁高也大，一方面建筑净空难以满足要求，另一方面柱承受的轴力也大，轴压比高，于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束，宜采用现浇楼盖。

 

　　2、轴压比及柱配筋

 

　　对于柱而言，控制其延性的因素很多，不管对矩形柱还是异形柱，轴压比无疑是最重要的控制条件之一，其侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降，对异形柱更应从严控制。这可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载，局部压应力大，可设置暗柱。曹万林等《钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析》表明：带暗柱异形柱与普通异形柱相比，承载力及延性和耗能能力有显着提高。

 

　　异形柱截面的剪力中心与截面形心不重合，剪应力的存在使柱肢先于普通矩形柱的剪压构件出现裂缝，产生腹剪破坏，导致柱脆性显着，延性普遍低于矩形柱。而且柱截面可能出现单纯翼缘受压，此时柱的延性最差，因此需要进一步提高异形柱的抗剪能力。除此之外，尽量避免短柱的出现，对剪跨比小的短柱要采取相应的加强措施，以免形成薄弱环节。

 

　　五．结语

 

　　异形柱结构在住宅建筑中具有广阔的应用前景，特别是非抗震地区及低烈度地区，鉴于异形柱自身截面的特殊性，以及在对不同角度方向受力的差异复杂性、地震作用的不确定性，在结构设计中应兼顾“承载力、刚度、稳定、延性”的平衡协调，使结构具有良好的整体性和延性、足够的强度和适当刚度，异形柱结构能够达到安全适用、经济合理的目的，是居住建筑的很好选择。

 

　　参考文献

 

　　[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范

 

　　[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范

 

　　[3] JGJ149-2006混凝土异形柱结构技术规程