淺析建筑結構設計中的特點

【摘 要】通過作者的觀點進行了節點分類、受力性能及影響異形柱節點抗剪能力的因素進行了分析。同時對異形柱節點設計提出了幾點建議。

【關鍵詞】異形柱；結構設計；節點；抗剪承載力

在日常的結構設計尤其是精品住宅設計過程中，甲方對戶內空間要求，特別是“墻不露角”等的要求越來越高，因此，異形柱的應用就逐步趨向廣泛，對框架（剪）異形柱結構體系的研究與應用就變得尤為重要。異形柱結構與普通柱不同，肢厚很小，鋼筋較密受力情況較為復雜，給結構分析帶來一定難度，特別是異形柱框架結構節點核心區受力特點極為復雜。為此，本文對異形柱框架結構節點核心區受力特點、節點承載力及抗剪承載力等的影響因素進行初步的探討。

1 異形柱節點分類

節點是指梁與柱的交匯區，它屬于梁高范圍的柱段。按節點所在位置分，有中間層中間節點和端節點以及頂層中間節點和端節點。節點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。因而節點核心區的作用力為與節點相連接的梁端和柱端的彎矩、軸力、剪力甚至扭矩等等，受力甚為復雜。按滿足被連接構件的受力特性要求，節點可分為兩類：類型1：結構承受重力荷載和一般風荷載，所連接的構件（梁、柱）主要按承載能力極限狀態設計，要求節點滿足所連接構件的承載力要求；類型2：結構承受地震作用情況，要求節點滿足所連接的構件在反復變型下進入非彈性而又必須維持一定的承載力的要求。對于矩形截面柱框架，一般情況下，1類節點不要求對節點核心區進行受剪承載力驗算，只須滿足構造要求和配置一定數量的水平箍筋，2類節點，對一、二級抗震等級必須對節點核心區進行受剪承載力驗算并應滿足抗震構造措施要求，對三、四級抗震等級則只須滿足抗震構造措施要求。

2 異形柱節點受力性能

近年來，天津大學、大連理工大學、沈陽建工學院、遼寧省建筑設計研究院、河北理工學院、南昌大學和重慶大學進行了總計為近50個異形柱框架梁柱節點的試驗研究，其中首次對頂層邊節點、中節點進行了旨在研究翼緣寬度影響的試驗。

異形柱節點受力機理異形柱節點的破壞主要集中于“小核心”區，應以“小核心”為單元研究異形柱節點的抗剪能力。異形柱節點“小核心”區與常規節點一樣同時存在斜壓桿、桁架和約束機構3種傳力機構。

它們在傳遞節點剪力中的作用此消彼長，但在梁端正反向加載下其受力特征具有不對稱性，斜壓桿、桁架和約束機構的作用大小不同于常規節點。鑒于3種傳力機構所承擔的剪力不斷變化，難以定量計算，將異形柱節點的抗剪能力主要按“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計的異形柱節點抗剪承載力公式。

3 影響異形柱節點抗剪能力的因素

軸壓比軸壓力提高節點核心區抗初裂能力的原因在于其增加了柱的受壓區面積，因而加大了斜壓桿的寬度，使參與斜壓桿機構的混凝土面積增大，同時梁筋傳遞給節點核心混凝土的邊緣剪力中有更多的部分匯入斜壓桿機構，造成節點核心混凝土開裂的邊緣剪力減小。另外，軸壓力提高，增大了主斜裂縫與水平方向的角度。軸壓力對通裂與極限荷載影響不明顯的原因是：在軸壓力下進行循環反復加載，致使節點核心區的混凝土累積損傷效應較無軸力作用時大，盡管軸壓力可以提高混凝土的抗剪強度，但加劇的累積損傷效應最終致使軸壓力的有利作用有所降低，對節點的通裂和極限荷載提高不明顯。

4 異形柱設計中的建議

在實際工程設計中，我們應更加重視異形柱縱筋和箍筋、節點核心區抗剪承載力、軸壓比限值等問題的設計。

縱向鋼筋和箍筋縱向受力鋼筋宜采用HRB400、HRB335級鋼筋；箍筋宜采用HRB335、HRB400、HPB235級鋼筋。在同一截面內，縱向受力鋼筋宜采用相同直徑，其直徑不應小于14mm，且不應大于25mm。異形柱內折角處應設置縱向受力鋼筋。縱向鋼筋間距：二、三級抗震等級不宜大于200mm；四級不宜大于250mm；非抗震設計不宜大于300mm。當縱向受力鋼筋的間距不能滿足上述要求時，應設置縱向構造鋼筋，其直徑不應小于12mm，并應設置拉筋，拉筋間距應與箍筋間距相同。

異形柱應采用復合箍筋，嚴禁采用有內折角的箍筋。非抗震設計時，異形柱的箍筋直徑不應小于0.25d（d為縱向受力鋼筋的最大直徑），且不應小于6mm；箍筋間距不應大于250mm，且不應大于柱肢厚度和15d（d為縱向受力鋼筋的最小直徑）；當柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率大于3％時，箍筋直徑不應小于8mm，間距不應大于200mm，且不應大于10d（d為縱向受力鋼筋的最小直徑）；箍筋肢距不宜大于300mm。對于異形柱加密區箍筋的設置問題，在實際設計中往往會忽略如下幾個問題：①剪跨比不大于2的柱以及因設置填充墻等形成的柱凈高與柱肢截面高度之比不大于4的柱箍筋沒有全長加密。②三、四級抗震設計時，箍筋加密區最大間距其中一個規定是“應小于等于縱向鋼筋直徑的7倍”。這樣，當縱向鋼筋直徑為12mm或者14mm時，箍筋在加密區最大間距就相應不超過另外，在實際設計中，不可避免的出現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的異形柱，這時候我們需結合短肢剪力墻和異形柱的相關規定，對其軸壓比作出更嚴格的要求。當然，在實際設計中能避免該類型柱則盡量避免。

5 結論

對地震區節點受剪承載力計算公式不能簡單地理解為屬于承載能力極限狀態的受剪際載力問題，節點的設計要關注在強震作用下，梁端或柱端出現塑性鉸產生較大非彈性變型－即在吸收和耗散地震能量的過程中節點是否發生受剪破壞，從而不僅要考慮“承載力”而且必需考慮節點所連接的構件能否滿足或實現結構吸收和耗散地震能量的延性要求。

異形柱的設計中面臨的另一問題，就是異形柱框架在地震作用下破壞嚴重，因此，在實際工程抗震分析時，需要注意以下幾點：①異形柱框架結構不對稱時，扭轉對其受力的影響；②異形柱框架結構在地震作用下的彈塑性分析；③若條件允許，盡量合理適量設置抗震墻；④異形柱框架結構在截面設計方面的軟件的開發。

參考文獻:

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