混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分析

賀治杰

【摘 要】混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)是建筑工程中常見的結(jié)構(gòu)類型，本文詳細(xì)分析了混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)以及具體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，希望對(duì)此有更加深入的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)；受力特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)構(gòu)造

混凝土異性柱框架結(jié)構(gòu)在住宅設(shè)計(jì)中的使用越來越多，以下就針對(duì)混凝土的受力特點(diǎn)，根據(jù)異形柱受力破壞原理，探討其在結(jié)構(gòu)計(jì)算、結(jié)構(gòu)布置、溝槽方面的問題，探討提高異形柱框架結(jié)構(gòu)可靠性的有效方法與對(duì)策。

1 混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

混凝土異形柱的截面形狀主要有以下幾種：L形、T形、十字形等，異形柱是指柱體截面各肢的肢高和肢厚的比例不大于四?；炷廉愋沃蚣芙Y(jié)構(gòu)指的是框架柱用異形柱來代替，剛性連接梁，組成的能夠承受橫向、縱向和水平作用的結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 異形柱截面特征和受力特性與矩形柱有所不同

大量的理論分析和進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明：異形柱的雙向偏壓正截面的承載力跟荷載方向有很大的關(guān)系，荷載力方向不同，所產(chǎn)生的差異也很大。T形、L形和十字形這三種異形柱進(jìn)行比較，L形柱的差異是最大的。當(dāng)把等肢異形柱和不等肢異形柱混合使用時(shí)，這種差異的復(fù)雜性會(huì)加大，所以必須要重視異形柱結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算。為了計(jì)算質(zhì)量，需要對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)使用三維空間分析方法，目前常用TAT，SATwE等軟件來進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)分析。

1.2 異形柱粘結(jié)破壞程度嚴(yán)重

異形柱的粘結(jié)破壞程度在單調(diào)荷載，特別是低調(diào)反復(fù)荷載作用下要比矩形柱進(jìn)一步加深。柱的剪跨比如果小于1.5，就會(huì)出現(xiàn)極短柱，在地震作用下導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞的發(fā)生率增大，危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)一步加大。為了便于設(shè)計(jì)，把反彎點(diǎn)限制在層高范圍內(nèi)，柱的高度和柱肢截面的高低比要大于或等于4，抗震設(shè)計(jì)不能小于3。一般情況下，異形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)的位置是其核心，和截面面積相同的矩形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)相比，其受剪承載力要低很多，所以這是整個(gè)異形柱框架的薄弱部位，需要高度重視。為了提升結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域，必須要對(duì)其剪承載力進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，采取科學(xué)的設(shè)計(jì)方式。

1.3 異形柱兩肢居多

異形柱大部分是兩肢，三肢和四肢的也有，但不常見。在平面尺寸之外的剪切中心受力時(shí)，各肢交點(diǎn)處核心混凝土的協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力分布主導(dǎo)其受力。經(jīng)過進(jìn)一步研究彈性分析發(fā)現(xiàn)，變形協(xié)調(diào)能夠促使各柱肢的翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力的產(chǎn)生，剪應(yīng)力存在就會(huì)導(dǎo)致柱肢混凝土很容易出現(xiàn)裂縫，還能促使各肢相交處出現(xiàn)核心混凝土單元應(yīng)力，這種應(yīng)力呈三維剪壓狀態(tài)分布，最終會(huì)造成異形柱的變形能力較差，脆性破壞更容易發(fā)生。

通過進(jìn)一步的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，對(duì)框架柱和剪力墻肢破壞形態(tài)的影響因素主要有：軸壓比、剪跨比、配筋率以及構(gòu)造處理。異形柱是處于普通框架柱和剪力墻肢之間的一種“過渡性”構(gòu)件。異形柱作為壓剪構(gòu)件，常會(huì)受到彎折、小偏壓、粘結(jié)、高壓剪、以及剪壓破壞等等，在了解到造成其破壞的相關(guān)因素之后，就需要采取必要的構(gòu)造措施防止這些破壞的進(jìn)一步加大。異形柱框架節(jié)點(diǎn)處的薄弱位置造成梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的受剪承載力較低。為了保證安全，對(duì)于在抗震設(shè)計(jì)中，各級(jí)抗震和非抗震的梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域，其受剪承受力都要進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了改善梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受剪性能，要采取各種有效的措施，以提高其受剪能力。處于縱橫向框架共同交匯的節(jié)點(diǎn)位置，要根據(jù)方向的不同，對(duì)其核心受剪力分別進(jìn)行計(jì)算。此外，混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)置需要嚴(yán)格遵循《混凝土異性柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 14902006）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在抗震設(shè)計(jì)上，要滿足抗震概念需求，盡可能采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。平面節(jié)點(diǎn)處為了防止主次梁的搭接，要盡量的設(shè)置梁柱；在多層住宅中，異形柱最好是布置在房間中的墻角的位置，其他部位的布置，考慮到受力的合理性和施工的方便性最好布置成矩形柱。

2 混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)措施

為了進(jìn)一步優(yōu)化混凝土異形柱的框架結(jié)構(gòu)，必須使用高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)混凝土減少軸壓比，使其結(jié)構(gòu)的延性得到優(yōu)化。

異形柱結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是截面和配筋的不對(duì)稱性，導(dǎo)致了異形柱在強(qiáng)度和延性方面都不對(duì)稱。為了進(jìn)一步減少其產(chǎn)生的影響，腹板端部配筋的使用要盡量增多，但是一定要保證其在合理范圍內(nèi)使用，同時(shí)也可以使用三級(jí)高強(qiáng)度鋼筋降低其影響。例如可以采用HRB400和RRB400鋼筋，這種型號(hào)的鋼筋在外力作用相同的情況下，鋼筋的用量較少，更利于方便施工，保證混凝土澆質(zhì)量。

異形柱柱端箍筋加密區(qū)箍筋的計(jì)算，根據(jù)其受剪承載力，而且要能夠同時(shí)滿足體積配箍率條件和構(gòu)造要求。異形柱的寬厚比在實(shí)際施工時(shí)，一般情況下都大于2.5：當(dāng)異形柱的截面肢厚度小于200毫米時(shí)，混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度較小，梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋的設(shè)置上增加了很大的難度，為了保證施工和外墻保溫隔熱的需求，異形柱的肢厚也要限制在200毫米。為了達(dá)到穩(wěn)定性，柱肢厚度不能小于樓層高度的二十分之一。底層異形柱要根據(jù)二極抗震要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使其側(cè)向剛度和穩(wěn)定性較強(qiáng)，柱肢的厚度要大于或者等于樓層高度的十六分之一。

異形柱柱端箍筋要同時(shí)滿足體積配箍率條件和構(gòu)造，根據(jù)此來計(jì)算受剪承載力。對(duì)箍筋進(jìn)行合理配置，體積配箍率一樣時(shí)，采用較小的箍筋直徑；在箍筋間距當(dāng)受壓縱筋支撐達(dá)到一定長度后，要不斷加大體積配箍率，逐漸提高其延性。

異形柱柱肢截面的厚度較小，如果中間柱的兩側(cè)柱梁高度相等，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)柱梁的下部鋼筋被切斷后會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)區(qū)的下部鋼筋的密集度增加，嚴(yán)重加大施工的難度，并且對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力性能產(chǎn)生很大的影響，因此，在中間節(jié)點(diǎn)要把梁的上部和下部縱向鋼筋都要貫穿起來。

3 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也越來越廣，我們要在設(shè)計(jì)中對(duì)異形柱的受力特點(diǎn)及其破壞因素進(jìn)行分析，采取合理的措施，正確的進(jìn)行計(jì)算，這樣其結(jié)構(gòu)的安全可靠性才會(huì)得到強(qiáng)化。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]