【摘 要】通過(guò)作者的觀點(diǎn)進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)分類、受力性能及影響異形柱節(jié)點(diǎn)抗剪能力的因素進(jìn)行了分析。同時(shí)對(duì)異形柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】異形柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；節(jié)點(diǎn)；抗剪承載力

在日常的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是精品住宅設(shè)計(jì)過(guò)程中，甲方對(duì)戶內(nèi)空間要求，特別是“墻不露角”等的要求越來(lái)越高，因此，異形柱的應(yīng)用就逐步趨向廣泛，對(duì)框架（剪）異形柱結(jié)構(gòu)體系的研究與應(yīng)用就變得尤為重要。異形柱結(jié)構(gòu)與普通柱不同，肢厚很小，鋼筋較密受力情況較為復(fù)雜，給結(jié)構(gòu)分析帶來(lái)一定難度，特別是異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力特點(diǎn)極為復(fù)雜。為此，本文對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力特點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)承載力及抗剪承載力等的影響因素進(jìn)行初步的探討。

1 異形柱節(jié)點(diǎn)分類

節(jié)點(diǎn)是指梁與柱的交匯區(qū)，它屬于梁高范圍的柱段。按節(jié)點(diǎn)所在位置分，有中間層中間節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)以及頂層中間節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的主要作用是將所屬的本層和上層荷載和作用（例如地震）有效地傳遞到下層柱中去。因而節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的作用力為與節(jié)點(diǎn)相連接的梁端和柱端的彎矩、軸力、剪力甚至扭矩等等，受力甚為復(fù)雜。按滿足被連接構(gòu)件的受力特性要求，節(jié)點(diǎn)可分為兩類：類型1：結(jié)構(gòu)承受重力荷載和一般風(fēng)荷載，所連接的構(gòu)件（梁、柱）主要按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，要求節(jié)點(diǎn)滿足所連接構(gòu)件的承載力要求；類型2：結(jié)構(gòu)承受地震作用情況，要求節(jié)點(diǎn)滿足所連接的構(gòu)件在反復(fù)變型下進(jìn)入非彈性而又必須維持一定的承載力的要求。對(duì)于矩形截面柱框架，一般情況下，1類節(jié)點(diǎn)不要求對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行受剪承載力驗(yàn)算，只須滿足構(gòu)造要求和配置一定數(shù)量的水平箍筋，2類節(jié)點(diǎn)，對(duì)一、二級(jí)抗震等級(jí)必須對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行受剪承載力驗(yàn)算并應(yīng)滿足抗震構(gòu)造措施要求，對(duì)三、四級(jí)抗震等級(jí)則只須滿足抗震構(gòu)造措施要求。

2 異形柱節(jié)點(diǎn)受力性能

近年來(lái)，天津大學(xué)、大連理工大學(xué)、沈陽(yáng)建工學(xué)院、遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院、河北理工學(xué)院、南昌大學(xué)和重慶大學(xué)進(jìn)行了總計(jì)為近50個(gè)異形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究，其中首次對(duì)頂層邊節(jié)點(diǎn)、中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了旨在研究翼緣寬度影響的試驗(yàn)。

異形柱節(jié)點(diǎn)受力機(jī)理異形柱節(jié)點(diǎn)的破壞主要集中于“小核心”區(qū)，應(yīng)以“小核心”為單元研究異形柱節(jié)點(diǎn)的抗剪能力。異形柱節(jié)點(diǎn)“小核心”區(qū)與常規(guī)節(jié)點(diǎn)一樣同時(shí)存在斜壓桿、桁架和約束機(jī)構(gòu)3種傳力機(jī)構(gòu)。

它們?cè)趥鬟f節(jié)點(diǎn)剪力中的作用此消彼長(zhǎng)，但在梁端正反向加載下其受力特征具有不對(duì)稱性，斜壓桿、桁架和約束機(jī)構(gòu)的作用大小不同于常規(guī)節(jié)點(diǎn)。鑒于3種傳力機(jī)構(gòu)所承擔(dān)的剪力不斷變化，難以定量計(jì)算，將異形柱節(jié)點(diǎn)的抗剪能力主要按“小核心”混凝土抗剪能力和箍筋抗剪能力兩部分組成，最終得到可用于工程設(shè)計(jì)的異形柱節(jié)點(diǎn)抗剪承載力公式。

3 影響異形柱節(jié)點(diǎn)抗剪能力的因素

軸壓比軸壓力提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗初裂能力的原因在于其增加了柱的受壓區(qū)面積，因而加大了斜壓桿的寬度，使參與斜壓桿機(jī)構(gòu)的混凝土面積增大，同時(shí)梁筋傳遞給節(jié)點(diǎn)核心混凝土的邊緣剪力中有更多的部分匯入斜壓桿機(jī)構(gòu)，造成節(jié)點(diǎn)核心混凝土開(kāi)裂的邊緣剪力減小。另外，軸壓力提高，增大了主斜裂縫與水平方向的角度。軸壓力對(duì)通裂與極限荷載影響不明顯的原因是：在軸壓力下進(jìn)行循環(huán)反復(fù)加載，致使節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土累積損傷效應(yīng)較無(wú)軸力作用時(shí)大，盡管軸壓力可以提高混凝土的抗剪強(qiáng)度，但加劇的累積損傷效應(yīng)最終致使軸壓力的有利作用有所降低，對(duì)節(jié)點(diǎn)的通裂和極限荷載提高不明顯。

4 異形柱設(shè)計(jì)中的建議

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)更加重視異形柱縱筋和箍筋、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力、軸壓比限值等問(wèn)題的設(shè)計(jì)。

縱向鋼筋和箍筋縱向受力鋼筋宜采用HRB400、HRB335級(jí)鋼筋；箍筋宜采用HRB335、HRB400、HPB235級(jí)鋼筋。在同一截面內(nèi)，縱向受力鋼筋宜采用相同直徑，其直徑不應(yīng)小于14mm，且不應(yīng)大于25mm。異形柱內(nèi)折角處應(yīng)設(shè)置縱向受力鋼筋?？v向鋼筋間距：二、三級(jí)抗震等級(jí)不宜大于200mm；四級(jí)不宜大于250mm；非抗震設(shè)計(jì)不宜大于300mm。當(dāng)縱向受力鋼筋的間距不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋，其直徑不應(yīng)小于12mm，并應(yīng)設(shè)置拉筋，拉筋間距應(yīng)與箍筋間距相同。

異形柱應(yīng)采用復(fù)合箍筋，嚴(yán)禁采用有內(nèi)折角的箍筋。非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，異形柱的箍筋直徑不應(yīng)小于0.25d（d為縱向受力鋼筋的最大直徑），且不應(yīng)小于6mm；箍筋間距不應(yīng)大于250mm，且不應(yīng)大于柱肢厚度和15d（d為縱向受力鋼筋的最小直徑）；當(dāng)柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率大于3％時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于200mm，且不應(yīng)大于10d（d為縱向受力鋼筋的最小直徑）；箍筋肢距不宜大于300mm。對(duì)于異形柱加密區(qū)箍筋的設(shè)置問(wèn)題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往會(huì)忽略如下幾個(gè)問(wèn)題：①剪跨比不大于2的柱以及因設(shè)置填充墻等形成的柱凈高與柱肢截面高度之比不大于4的柱箍筋沒(méi)有全長(zhǎng)加密。②三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，箍筋加密區(qū)最大間距其中一個(gè)規(guī)定是“應(yīng)小于等于縱向鋼筋直徑的7倍”。這樣，當(dāng)縱向鋼筋直徑為12mm或者14mm時(shí)，箍筋在加密區(qū)最大間距就相應(yīng)不超過(guò)另外，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不可避免的出現(xiàn)有柱截面高度與寬度的比值不大于4但是柱截面寬度為200mm如700mm X 200mm的一字形矩形柱，由于該截面類型柱延性更弱于傳統(tǒng)的異形柱，這時(shí)候我們需結(jié)合短肢剪力墻和異形柱的相關(guān)規(guī)定，對(duì)其軸壓比作出更嚴(yán)格的要求。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)中能避免該類型柱則盡量避免。

5 結(jié)論

對(duì)地震區(qū)節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算公式不能簡(jiǎn)單地理解為屬于承載能力極限狀態(tài)的受剪際載力問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要關(guān)注在強(qiáng)震作用下，梁端或柱端出現(xiàn)塑性鉸產(chǎn)生較大非彈性變型－即在吸收和耗散地震能量的過(guò)程中節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生受剪破壞，從而不僅要考慮“承載力”而且必需考慮節(jié)點(diǎn)所連接的構(gòu)件能否滿足或?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)吸收和耗散地震能量的延性要求。

異形柱的設(shè)計(jì)中面臨的另一問(wèn)題，就是異形柱框架在地震作用下破壞嚴(yán)重，因此，在實(shí)際工程抗震分析時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：①異形柱框架結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，扭轉(zhuǎn)對(duì)其受力的影響；②異形柱框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈塑性分析；③若條件允許，盡量合理適量設(shè)置抗震墻；④異形柱框架結(jié)構(gòu)在截面設(shè)計(jì)方面的軟件的開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn):

[1]JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]JGJ 149-2006，混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.

[3]傅劍平，游淵，白紹良.鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)傳力機(jī)構(gòu)分析[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，18(2):43-51.