鋼筋混凝土異形柱抗震性能研究現狀

李文碩/華北理工大學 建筑工程學院

鋼筋混凝土異形柱抗震性能研究現狀

李文碩/華北理工大學 建筑工程學院

與一般鋼筋混凝土框架結構房屋相比，異形柱框架結構房屋室內不露柱角，使用功能好，有利于增加房屋使用面積。但其抗震性能是目前需要迫切解決的問題。本文列舉了國內各高校對鋼筋混凝土異形柱進行的結構試驗，并對試驗結論做出了分析和總結，最后對提高異形柱的抗震性能提出了建議。

異形柱；延性；耗能；抗震性能

前言

由于異形柱截面寬度減小，柱截面面積變小，使得在設計荷載與地震作用下，柱軸壓比與剪壓比增加，結構延性變小，影響抵抗地震作用的性能。隨著異形柱結構體系開始在地震區的推廣應用，其抗震問題成了目前國內學術界和工程界比較關心的問題。在我國現行的《混凝土異形柱結構技術規程JGJ149-2006》中，對異形柱結構的適用范圍規定了較普通混凝土框架結構更為嚴格的限制，例如規程中規定，只能在6、7、8（0.2g）度設防區采用，而且最大建筑高度均為普通混凝土框架結構的40％以下，對在水平地震作用下的軸壓比、層間位移限制等也規定了嚴格的限制，因此限制了異形柱結構的應用。若能有效地解決異形柱結構的抗震性能問題，則其應用的范圍會得到大幅的增加，發揮其巨大的效益。

一、異形柱的截面形式和在框架中的平面布置

異形柱的截面形式主要有十字形、L形、T形，有的建筑結構中還包括Z形異形柱。異形柱結構平面布置如圖1所示，

圖1　預制鋼管混凝土組合異形柱平面示意圖

二、異形柱的研究現狀

異形柱的研究又可分為鋼筋混凝土異形柱和SRC異形柱，以往對此兩種異形柱的抗震性能試驗具體可體現在以下幾個方面。（1）不同的荷載性質的試驗，包括靜力荷載、往復荷載、不同的加載角度、火災荷載作用等。（2）不同軸壓比下的往復加載試驗。（3）不同配筋率下的靜力試驗和動力試驗。（4）不同配鋼形式（實腹式、空腹式）下的低周反復荷載試驗等。

（一）異形柱的軸壓性能研究

天津大學趙艷靜系統地研究了鋼筋混凝土異形柱的軸壓比限值要求，通過理論與數值分析，給出了對應4個抗震等級時異形柱的軸壓比限值及相應的構造要求；并得出軸壓比的大小是決定異形柱破壞特征的很重要的指標。由于異形柱形狀的不規則性我國現行的規范中都嚴格的限制了異形柱的軸壓比取值。

（二） 異形柱的延性性能研究

天津大學孫林柱，根據異形柱配箍特征值的適用范圍設計了30個試件，通過軸心受壓試驗，分別得到鋼筋混凝土十字形柱、T形柱和L形柱的試驗結果，研究表明：（1）鋼筋混凝土異形柱的破壞特征可分為縱向壓碎破壞和壓剪破壞；（2）構件配箍特征值越大，其極限承載力和變形越大，箍筋對混凝土的約束作用越強。（3）根據對試驗數據進行了分析，建立了L形、十形、T形和方形柱約束混凝土峰值強度相對增大值和峰值應變相對增大值與配箍特征值的關系表達式［2］。

由以上的實驗研究可知，配箍率增加時，構件的延性有明顯的增加，因此增加配箍率就是增加了對混凝土的約束，改善了混凝土的延性，可以通過增加配箍率改善異形柱的抗震性能。

（三） 鋼筋混凝土異形柱的抗震性能研究

曹萬林等分別對15個T形、15個L形、10個十字形和4個矩形柱進行擬靜力受剪性能研究，分別就不同加載角度異形柱的承載力、剛度、延性和恢復力模型等進行研究，其研究結果表明，在周期反復荷載作用下結構的底層十字形柱破壞比較嚴重［3-5］。

（四）型鋼混凝土（SRC）異形柱的抗震性能研究

方林等分別對4個不同軸壓比、配鋼率、加載方向試件的低周反復荷載試驗，并且對不同設計參數試件的耗能能力、破壞形態、滯回性能、骨架曲線、變形能力等進行了分析，試驗結果表明 軸壓比、配鋼率、加載方向對試件的抗震性能有不同程度的影響，隨著軸壓比的增大，峰值荷載增大，延性降低；隨著配鋼率的增大，峰值荷載增大，延性有所增強［6］。

陳宗平等對17個SRC異形柱試件采用“建研式”加載裝置進行了低周反復荷載試驗，分析了SRC異形柱的破壞特點和力學性能。試驗研究結果表明：SRC異形柱有兩種破壞形態分別是是剪切斜壓破壞和彎曲型破壞，其中剪跨比是影響破壞形態的主要因素，剪跨比小的試件容易發生剪切變形為主的破壞［7］。

薛建陽等分析了9個T形、4個L形和4個十字形SRC異形柱進行了低周反復荷載試驗，試驗結果表明，SRC異形柱框架節點典型的破壞形態為節點區剪切斜壓破壞，而且配實腹式鋼板的SRC異形柱的延性要高于配空腹式SRC異形柱的延性［8］。

三、結束語

鋼筋混凝土異形柱作為一種建筑結構形式，具有很多優點如：改善建筑及使用功能，提高房屋實際使用面積，美觀適用，降低結構自重提高結構抗震性能等。盡管如此，異形柱結構自身仍存在抗震性能不足的問題。至此作者結合本文內容對鋼筋混凝土異形柱的設計提出以下幾點建議：（1）對于鋼筋混凝土異形柱的設計要按照規范嚴格的限制其軸壓比；（2）增加配箍率有利于提高鋼筋混凝土異形柱的延性進而提高其抗震性能；（3）采用實腹式SRC異形柱形式的結構其抗震性能能夠得到很大的提高。

［1］趙艷靜，鋼筋混凝土異形柱結構體系理論與試驗研究［D］.天津；天津大學，2004.

［2］孫林柱，鋼筋混凝土異形柱軸心受壓性能的試驗研究［D］.天津；天津大學，2006.

［3］曹萬林，王光遠，歐進萍，魏文湘，吳建有.周期反復荷載作用下鋼筋混凝土十字形柱的性能［J］.地震工程和工程振動，1994，14（3）：60-67.

［4］曹萬林，王光遠，吳建有，魏文湘.不同方向周期反復荷載作用下L形柱的性能［J］.地震工程和工程振動，1995，15（1）：67-72.

［5］曹萬林，王光遠.不同方向周期反復荷載作用下T形柱的性能［J］.地震工程和工程振動，1995，15（4）：76-84.

［6］方林，張波，金國芳，李凱文，王志亮.型鋼混凝土十字形異形柱抗震性能試驗及有限元分析［J］.中南大學學報（自然科學版），2015，46（3）：1028-1033.

［7］陳宗平，薛建陽，趙鴻鐵，邵永健，趙永宏，門進杰.型鋼混凝土異形柱抗震性能試驗研究［J］.建筑結構學報，2007，28（3）：53-61.

［8］薛建陽，劉 義，趙鴻鐵，陳宗平.型鋼混凝土異形柱框架節點承載力試驗研究［J］.土木工程學報，2011，44（5）：42-48.