淺析建筑結構設計中的異形柱節點受力特性

【摘要】隨著人們生活水平的不斷提高，人們的觀念及品位意識也在逐步加強，從而導致在日常生活中對建筑結構設計的要求也越老越高，文章主要通過對異形柱節點分類，受力性能及影響異形柱節點抗剪能力的因素做出分析研究，并針對以上情況對異形柱節點設計提出了一些建議。

【關鍵詞】建筑結構設計；節點抗剪；特點分析；設計建議

近些年，由于甲方對住宅設計方面要求過高導致異形柱被廣泛運用，因此設計者也越來越重視對框架異形柱結構體系的研究及應用。此外，異形柱結構特殊，具有肢厚小、鋼筋較密受力情況復雜、形柱框架結構節點核心區受力特點難等因素，導致后期在運用時產生一定的難度。因此，文章針對上述情況做出了一系列分析及研究。

1 影響異形柱節點抗剪能力的因素

1.軸壓比

軸壓力之所以可以提高節點核心區抗初裂的能力是因為柱的受壓區面積增大，客觀上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。

2.節點核心配箍率

配箍率對初裂剪力影響不大，因為初裂時節點剪力Vj主要取決于混凝土的抗拉強度，一旦裂縫形成，箍筋受力將大幅度增長，甚至屈服，桁架機構產生作用，箍筋開始參與抵抗節點剪力；而且由于箍筋的約束使混凝土的抗剪能力也有所提高。加載過程中箍筋沿節點核心高度方向應變分布不均勻，每層箍筋應力不等，并非全部同時屈服，根據箍筋應力的數據分析，在通裂狀態下沿節點核心高度方向80%范圍內箍筋屈服。在節點核心中部（對異型中節點則是在小核心中部較偏下部位）應力最大。這是因為在某一方向彎矩作用下，節點核心對角線兩個端部的混凝土在另一方向彎矩作用下產生的裂縫將閉合，該區域此時要承受壓力，對角線中部區域裂縫最寬，箍筋將承受原由混凝土承擔的拉力，導致節點核心中部箍筋應力最大。

3.柱截面高度變化

就異形柱中節點來說，節點核心上下柱截面、左右梁截面有差異容易導致節點核心開裂。裂縫首先出現在節點“小核心”的位置，初裂荷載降低的幅度可達30%左右，對節點核心的通裂荷載影響不大。常規節點通裂后節點核心還有較大的能力承擔繼續增加的節點剪力，而異形柱節點則不同。

2 異形柱設計中的建議

在進行設計時，需要我們注意的是異形柱縱筋和箍筋、節點核心區抗剪承載力、軸壓比限值等問題的設計。

1.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。

異形柱在選用箍筋時應該選用復合箍筋，并且在非抗震設計時，異形柱的箍筋直徑必須大于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）；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：⑴剪跨比小二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小于四的柱箍筋沒有全長加密。⑵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，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84mm和98mm了。然而應該關注的是，對當下的規程而言，還沒有把“縱向鋼筋”的定義明確化。在本題述的“縱向鋼筋”應為“縱向受力鋼筋”。可是，由于此界定在實際設計審查中，還需要和當地審查單位核實溝通好，以免引起不必要的麻煩。

2.節點核心區抗剪承載力超限問題

根據《混凝土異形柱結構技術規程》5。3。1規定：異形柱框架應進行梁柱節點核心區受剪承載力計算。在實際設計中，我們通過計算軟件分析后通常出現如下提示：

“**節點域抗剪超限

N-C=3（29）Vjy=343.>FFC=0.23*FC*H*B=279. ”

這就是梁柱節點核心區受剪承載力不足所引起的。要避免梁柱節點核心區受剪承載力不足的況，根據《混凝土異形柱結構技術規程》5。3。5框架梁柱節點核心區組合的剪力設計值的計算公式，我們需從以下幾個方面著手：⑴減小柱的計算高度。⑵增加梁柱節點處梁的截面有效高度、截面高度。⑶減小節點左、右兩側梁端彎矩設計值。

另外，我們在利用PKPM等設計軟件對結構建模分析的時候，往往為了減小截面類型或者方便操作，通常在柱布置的時候進行了柱子的轉角，這時候Vj所顯示的超限方向就要根據原截面定義時的X、Y方向對應復核，而不是根據生成的圖形去判斷X、Y方向。當然，我們不能單一的為了某個節點不出現超限而只針對該節點作設計，我們應該要做的首先是在結構布、梁柱截面選取等方面去宏觀控制結構整體剛度的均勻分布，避免剛度突變等情況，從根本上去避免上述問題的出現。

3.軸壓比限值問題

異形柱在單調荷載，特別在低周反復荷載作用下，粘結破壞較矩形柱嚴重，延性比普通矩形柱差，因此，異形柱的軸壓比限值比矩形柱嚴格得多。《規程》6。2。2條根據結構體系、截面形式、剪跨比、箍筋間距與縱筋直徑比s/d、箍筋直徑d和抗震等級確定，在0.45-0.85之間波動，比矩形柱結構的柱軸壓比限值低。所以，在程序試算后，應按上述條件初步確定出各柱的軸壓比具體限值，并在配筋簡圖中仔細查看各層柱的計算軸壓比是否有超限的。因為此時異形柱的實配縱筋和箍筋還是未知的，PKPM程序無法判斷每個柱的軸壓比具體限值，只有在軸壓比超過矩形柱結構的軸壓比限值時，程序才會報告軸壓比超限。因此，異形柱的軸壓比超限，必須逐一手工核算。

4.異形柱框架抗震能力差的問題

現狀分析過程中，由于異形柱框架抗震能力差，要求當事人在實施時注意以下幾點：⑴異形柱框架結構不對稱時，扭轉對其受力的影響；⑵異形柱框架結構在地震作用下的彈塑性分析；⑶若條件允許，盡量合理適量設置抗震墻；⑷異形柱框架結構在截面設計方面的軟件的開發。

3 結論

通過以上分析研究得知：地震區節點受剪承載力計算公式不只是承載能力極限狀態的受剪際載力問題，更應該注意的是節點設計在強震作用下吸收和耗散地震能量的過程中節點受剪破壞的發生率。由此證明，一方面需要考慮“承載力”方面的問題，另一方面則需要注意節點連接的構件能否到達結構吸收和耗散地震能量的延性標準。

參考文獻

[1]袁雄.異形柱在建筑結構設計中的分析應用探討[J].廣東建材，2007，(12)

[2]徐少為.探討異形柱在建筑結構設計的應用[J].建材與裝飾(中旬刊)，2007，(12)