異形柱框架節(jié)點受力性能分析

王瑋琨

摘 要：異形柱框架結構是近年來在住宅設計中廣泛應用的一種良好結構形式，本文簡要介紹了異形柱框架節(jié)點的受力特點，討論了節(jié)點抗剪承載力的計算以及分析了異形柱節(jié)點抗剪承載力的影響因素，為異形柱框架結構的設計帶來一定的幫助。

關鍵詞：異形柱框架；節(jié)點；受力性能

1 引言

異形柱框架是指由L形、T形及十字形柱與梁組成的結構，是框架結構中的豎向支撐構件，代替了原有的矩形柱形式。異形柱結構相比矩形柱其柱肢厚與墻體同寬，室內柱棱不會露出棱角，建筑更為美觀，室內使用面積也有所增加。其缺點是節(jié)點核心區(qū)位置鋼筋密集，受力情況也較為復雜，并且澆筑混凝土時不易振搗密實，因此異形柱框架節(jié)點抗震性能較為薄弱，本文對異形柱框架節(jié)點的受力性能進行了簡要的分析。

2 異形柱框架節(jié)點的受力性能

異形柱框架節(jié)點，主要是指框架結構中梁與柱相交的核心區(qū)，主要作用是將上層和本層荷載及地震作用傳到下層柱，其節(jié)點核心區(qū)的受力是來自與節(jié)點相連的柱端以及梁端的彎矩、剪力、軸力以及扭轉等，受力特點較為復雜。按框架結構中節(jié)點所處的位置一般分為頂層中節(jié)點和邊節(jié)點以及中間層中節(jié)點和邊節(jié)點。近年來，國內外許多學者[1]-[4]對異形柱框架節(jié)點進行了試驗研究，并分析了其節(jié)點的受力特點及性能。

2.1 異形柱節(jié)點受力特點

與矩形柱相比異形柱結構在內力計算、截面特性以及抗震性能上存在較大差異，異形柱結構的薄弱部位在于梁柱節(jié)點，因此異形柱結構設計中需要重點考慮的問題是梁柱節(jié)點核心區(qū)受剪承載力的計算。梁混凝土對矩形柱節(jié)點正交方向核心區(qū)具有約束作用，具有一定的抗剪能力，在抗震等級較低時，節(jié)點核心區(qū)不需要進行抗剪承載力計算。但是有由于異形柱截面的特殊性，梁截面與柱截面接觸面積較小，對節(jié)點核心區(qū)的約束較小，，因此避免節(jié)點核心區(qū)混凝土首先被破壞，需要對異形柱框架節(jié)點進行抗剪剪承載力的計算。

2.2 異形柱節(jié)點抗剪承載力計算公式

節(jié)點核心區(qū)的破壞是異形柱結構的主要破壞形態(tài)，異形柱節(jié)點同樣存在約束、斜壓桿和桁架三種傳力機構，但是梁端在正反向加載下受力具有不對稱性，三種傳力機構所承擔的剪力不斷變化，因此異形柱節(jié)點的抗剪承載力主要按核心區(qū)混凝土和箍筋的抗剪能力計算，由此可得如下公式。

3 異形柱框架節(jié)點抗剪能力影響因素

3.1 混凝土

是影響節(jié)點抗剪承載力的一個重要因素是混凝土的強度，節(jié)點的抗剪能力隨混凝土強度的提高而提高。文獻表明[5]-[6]，混凝土強度的變化可以使節(jié)點的破壞形態(tài)發(fā)生變化，節(jié)點核心區(qū)混凝土在強度較低時已發(fā)生剪壓破壞。

3.2 軸壓比

異形柱節(jié)點的抗剪承載力隨軸壓比的增大而增大，其原因在于參與斜壓桿機構的混凝土面積增大，從而使得節(jié)點核心區(qū)混凝土開裂剪力減小。軸壓比大于0.5h，節(jié)點抗剪承載力隨軸壓比的增大而降低。對于受剪壓破壞的節(jié)點，當軸壓比小于0.3h，軸壓比的增大也可以使抗剪承載力提高，其原因在于軸壓比增大，增加了剪壓面積，從而約束了節(jié)點斜裂縫的開展。

3.3 節(jié)點核心區(qū)箍筋

節(jié)點核心區(qū)的箍筋主要是抵抗節(jié)點水平剪力以及約束節(jié)點核心區(qū)混凝土的作用。在節(jié)點核心區(qū)開裂的初期，箍筋應力很小并未屈服，但隨著裂縫的形成，箍筋應力大幅增長，箍筋開始抵抗剪力，直至破壞時才屈服。

加載時節(jié)點核心區(qū)每層箍筋的應力不等，應變分布不均，兩端箍筋應變較小，中間偏大，并非同時屈服。從破壞時的箍筋受力情況來看，異形柱截面柱翼緣并未完全發(fā)揮應有的作用，十字形較T形、L形在節(jié)點核心區(qū)發(fā)揮的作用較好，節(jié)點核心區(qū)剪力分布較為均勻。

3.4 縱向鋼筋及樓板

試驗表明[7]，柱子縱向鋼筋對于節(jié)點抗剪能力的提高作用不大，而樓板對于節(jié)點核心區(qū)的抗剪能力的有提高的作用，其原因在于樓板增強了節(jié)點的約束能力，并且提高了梁的抗彎能力，從而提高了節(jié)點核心區(qū)的剛度以及抗剪能力。

4 節(jié)點變形

通過矩形柱節(jié)點核心區(qū)的變形可知，節(jié)點核心區(qū)主要是剪切變形，因此通過加強核心區(qū)的必要約束以及梁的錨固作用，來降低節(jié)點核心區(qū)的剪切變形。節(jié)點核心區(qū)要求較大的剛度和強度，對于延性的要求并不大。

5 結束語

異形柱框架結構越來越受國家的重視和建筑商的歡迎，因此在設計中應該充分了解其受力特點及破壞機理，對于節(jié)點核心區(qū)的抗剪承載力還有待進一步研究，使異形柱結構安全可靠。

參考文獻：

[1] 薛江陽，劉義，趙鴻鐵，陳宗平.型鋼混凝土異形柱框架節(jié)點承載力試驗研究[J].土木工程學報，2011（5）：41+48.

[2] 胡秀杰，型鋼混凝土異形柱框架角節(jié)點抗震性能試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2009（3）.

[3] 張迪川，混凝土異形柱框架節(jié)點抗震性能試驗研究[D].重慶：重慶大學，2005（5）.

[4] 馬樂為，陳昌宏，李曉麗.異形柱框架節(jié)點抗震性能試驗研究[J].世界地震工程，2006（4）：70+73.

[5] 馮建平，吳修文.T形截面柱框架邊節(jié)點的抗震性能.華南理工大學學報，1995（3）.

[6] 曹祖同，陳云霞，吳戈等.鋼筋混凝土異形柱框架節(jié)點強度的研究.建筑結構，1999（1）.

[7] 唐九如.鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震[M].南京：東南大學出版社，1989.