張紅州

（廣州博廈建筑設計研究院有限公司 廣州510623）

0 前言

混凝土異形柱結構是以T形、L形、十字形、Z形的異形截面柱（截面各肢的肢高肢厚比≤4 的柱）代替一般框架柱作為豎向支承構件而構成的結構，可以避免框架柱在室內凸出，少占建筑空間，改善建筑觀瞻，在多層住宅項目中被大量采用。結合《混凝土異形柱結構技術規(guī)程:JGJ 149-2017》［1］表5.3.2-2 規(guī)定，截面的肢高≤1 000 mm，則肢厚≤250 mm。因截面寬度小很容易引起節(jié)點核心區(qū)截面剪壓比超限，且在高烈度區(qū)很難調整滿足規(guī)范要求［2］。因節(jié)點剪壓比影響節(jié)點的綜合抗震性能［3，4］，需要嚴格控制。同時因節(jié)點寬度小、鋼筋密、澆搗質量差等不足，節(jié)點抗剪承載力應留有一定的富余度。

1 規(guī)范公式分析

文獻［1］第5.3.2，5.3.5 條規(guī)定，抗震設計的中間層中間節(jié)點和端節(jié)點節(jié)點核心區(qū)受剪的水平截面應符合式⑴、式⑵的條件。因頂層容易滿足本文不進行分析。

式中:［V］為節(jié)點核心區(qū)抗剪承載力設計值；Vj為節(jié)點核心區(qū)組合的剪力設計值。其余各參數(shù)具體含義詳見文獻［1］。

普通混凝土結構α =1.0。由式⑴可知，提高fc可有效提高［V］，因混凝土強度對結構內力的影響很小，故可簡單確定提高比例。如由C30調高到C35時抗壓強度比為16.7/14.3=1.17，同時還可以增大ζN，即提高至少17%［5，6］。

其余參數(shù)均與柱截面相關聯(lián)，但柱截面與結構剛度相關聯(lián)而影響梁端彎矩［7］，故最終影響要綜合考慮式⑴、式⑵。

式⑵適用于框架節(jié)點核心區(qū)幾何尺寸遠小于梁跨和柱高的情況。根據(jù)節(jié)點核心區(qū)梁、柱彎矩平衡求得。節(jié)點上下端水平剪力為力偶，以節(jié)點核心區(qū)有效高度為力臂，平衡梁端彎矩之和［8］。所以增加節(jié)點有效高度及減小梁端彎矩之和，均可減小Vj。

因地震作用的大小與結構的剛度有關，減小梁跨度、加高梁截面、加大柱截面可以減小非地震作用的彎矩，但同時都會增大地震作用產生的彎矩。遺憾的是此消彼長后總彎矩減少相當有限，高烈度時甚至還會增大。通過以下案例計算進行總結。

2 案例計算

以某5 層住宅為例，利用YJK 軟件計算不同梁柱截面時的節(jié)點剪壓比，總結其變化規(guī)律。

2.1 設計條件

Ⅱ類場地、設計地震分組為第二組、框架抗震等級為三級、梁柱混凝土為C30。層高為首層4.5 m，其余層3.6 m。結構布置如圖1 所示，L 型柱截面為200×600×600，梁截面為200×400～200×600。現(xiàn)以首層框架柱“Z1”形成的節(jié)點Y向抗剪進行分析。

圖1 結構平面Fig.1 Structural Plan

2.2 梁高的影響

僅調整梁截面（Z1 截面為200×600×600），結果如表1所示。

表1 抗震設防烈度7度及7.5度時節(jié)點剪壓比Tab.1 Shear Compression Ratio of Joint with 7 and 7.5 Degree Earthquake

由表1 可知，加高梁截面可有效改善節(jié)點抗剪超限問題，在低烈度常規(guī)截面時表現(xiàn)出單調線性關系。這是因為由梁截面加大而引起的梁端彎矩增長幅度小于節(jié)點截面增加幅度。但高烈度時，結構剛度變大引起的梁端彎矩增加較多，沒有表現(xiàn)出線性規(guī)律，而在一個中間截面組合時出現(xiàn)最小比值。

2.3 柱肢截面高度的影響

以表1 中有利的梁截面組合B1:200×700、B2:200×500、B3:200×600 為基礎，僅調整Z1 截面。結果如表2所示。

表2 抗震設防烈度7度和7.5度時節(jié)點剪壓比Tab.2 Shear Compression Ratio of Joint with 7 and 7.5 Degree Earthquake

加大柱截面高度對結構剛度增加更明顯，從而引起的梁端彎矩增加幅度較大，在高烈度區(qū)更是如此。剪壓比在一個中間截面高度時出現(xiàn)最小比值。由表1、表2 的結果可知:在高烈度區(qū)，調整梁柱截面高度引起的節(jié)點剪壓比變化沒有規(guī)律。實際設計常出現(xiàn)反復調整試算也難滿足，超過7.5度時更難調整。

3 調整措施總結

3.1 提高異形柱混凝土強度等級簡單有效

實際工程僅提高超限柱不現(xiàn)實，而因個別柱超限把整層柱或全部梁板柱混凝土等級提高，經(jīng)濟性會變差。故需結合超限數(shù)量和項目情況考慮取舍。當僅提高柱混凝土強度時，施工圖應對節(jié)點施工方法提出明確要求，并加強技術交底工作［9］。

3.2 加高與框架柱相連的梁截面，以增加節(jié)點有效截面高度

當梁端采用豎向加腋而非整條梁加高時，還可以降低梁端總彎矩，效果會更好一些［10］。但異形柱框架結構梁跨度都不大，會因加腋范圍相對較大而降低其效果，對超限很少的節(jié)點可通過試算決定是否采取。

3.3 加大柱肢的厚度

截面厚度加大可提高節(jié)點抗力，對結構剛度影響較小，但勢必會引起外露柱角。對高品質的住宅和一些要求較高的業(yè)主是難以接受的。對一些次要空間在與業(yè)主、建筑專業(yè)協(xié)商統(tǒng)一意見后也可以采用。

3.4 適當位置加剪力墻

在高烈度區(qū)采取以上3條措施仍無效時，實際已很難通過小量的調整截面尺寸來滿足。此時可把超限嚴重的柱改為剪力墻。對超限異形柱數(shù)量較多時，宜考慮框架-剪力墻結構。

4 結語

高烈度區(qū)異形柱結構節(jié)點剪壓比超限是設計難點，首先應根據(jù)計算結果文件看總的超限數(shù)量和每根柱的超限比例，當超限較少時，可通過本文總結的調整措施，進行細致計算推敲。當剪力超出很多、超限的柱數(shù)量較多時，小量的截面尺寸調整已難以滿足，應擇優(yōu)考慮布置剪力墻，可避免反復調整浪費時間。