混凝土異形柱框架結構的受力特點分析

賀治杰

【摘 要】混凝土異形柱框架結構是建筑工程中常見的結構類型，本文詳細分析了混凝土異形柱框架結構的受力特點以及具體的結構構造措施，希望對此有更加深入的認識。

【關鍵詞】混凝土異形柱框架結構；受力特點；結構構造

混凝土異性柱框架結構在住宅設計中的使用越來越多，以下就針對混凝土的受力特點，根據異形柱受力破壞原理，探討其在結構計算、結構布置、溝槽方面的問題，探討提高異形柱框架結構可靠性的有效方法與對策。

1 混凝土異形柱框架結構特點

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。混凝土異形柱框架結構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構。其特點主要表現在以下幾個方面：

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一步的實驗表明：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系，荷載力方向不同，所產生的差異也很大。T形、L形和十字形這三種異形柱進行比較，L形柱的差異是最大的。當把等肢異形柱和不等肢異形柱混合使用時，這種差異的復雜性會加大，所以必須要重視異形柱結構地震作用計算。為了計算質量，需要對異形柱結構使用三維空間分析方法，目前常用TAT，SATwE等軟件來進行抗震結構分析。

1.2 異形柱粘結破壞程度嚴重

異形柱的粘結破壞程度在單調荷載，特別是低調反復荷載作用下要比矩形柱進一步加深。柱的剪跨比如果小于1.5，就會出現極短柱，在地震作用下導致脆性粘結破壞的發生率增大，危險系數進一步加大。為了便于設計，把反彎點限制在層高范圍內，柱的高度和柱肢截面的高低比要大于或等于4，抗震設計不能小于3。一般情況下，異形柱框架梁柱節點的位置是其核心，和截面面積相同的矩形柱框架梁柱節點相比，其受剪承載力要低很多，所以這是整個異形柱框架的薄弱部位，需要高度重視。為了提升結構的安全性與穩定性，對于各個節點的核心區域，必須要對其剪承載力進行詳細的計算，采取科學的設計方式。

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，各肢交點處核心混凝土的協調變形和內力分布主導其受力。經過進一步研究彈性分析發現，變形協調能夠促使各柱肢的翹曲正應力和剪應力的產生，剪應力存在就會導致柱肢混凝土很容易出現裂縫，還能促使各肢相交處出現核心混凝土單元應力，這種應力呈三維剪壓狀態分布，最終會造成異形柱的變形能力較差，脆性破壞更容易發生。

通過進一步的理論分析和實驗研究證實，對框架柱和剪力墻肢破壞形態的影響因素主要有：軸壓比、剪跨比、配筋率以及構造處理。異形柱是處于普通框架柱和剪力墻肢之間的一種“過渡性”構件。異形柱作為壓剪構件，常會受到彎折、小偏壓、粘結、高壓剪、以及剪壓破壞等等，在了解到造成其破壞的相關因素之后，就需要采取必要的構造措施防止這些破壞的進一步加大。異形柱框架節點處的薄弱位置造成梁柱節點核心區域的受剪承載力較低。為了保證安全，對于在抗震設計中，各級抗震和非抗震的梁柱節點核心區域，其受剪承受力都要進行詳細計算。進行設計時，為了改善梁柱節點核心區的受剪性能，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點位置，要根據方向的不同，對其核心受剪力分別進行計算。此外，混凝土異形柱框架結構的設置需要嚴格遵循《混凝土異性柱結構技術規程》（JGJ 14902006）的相關標準，在抗震設計上，要滿足抗震概念需求，盡可能采用統一的結構設計方案。平面節點處為了防止主次梁的搭接，要盡量的設置梁柱；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構措施

為了進一步優化混凝土異形柱的框架結構，必須使用高強度的優質混凝土減少軸壓比，使其結構的延性得到優化。

異形柱結構上的顯著特點是截面和配筋的不對稱性，導致了異形柱在強度和延性方面都不對稱。為了進一步減少其產生的影響，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使用，同時也可以使用三級高強度鋼筋降低其影響。例如可以采用HRB400和RRB400鋼筋，這種型號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，保證混凝土澆質量。

異形柱柱端箍筋加密區箍筋的計算，根據其受剪承載力，而且要能夠同時滿足體積配箍率條件和構造要求。異形柱的寬厚比在實際施工時，一般情況下都大于2.5：當異形柱的截面肢厚度小于200毫米時，混凝土的粘結強度較小，梁柱節點處鋼筋的設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。為了達到穩定性，柱肢厚度不能小于樓層高度的二十分之一。底層異形柱要根據二極抗震要求進行設計，要使其側向剛度和穩定性較強，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滿足體積配箍率條件和構造，根據此來計算受剪承載力。對箍筋進行合理配置，體積配箍率一樣時，采用較小的箍筋直徑；在箍筋間距當受壓縱筋支撐達到一定長度后，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，如果中間柱的兩側柱梁高度相等，節點核心區內柱梁的下部鋼筋被切斷后會導致節點區的下部鋼筋的密集度增加，嚴重加大施工的難度，并且對節點核心區的受力性能產生很大的影響，因此，在中間節點要把梁的上部和下部縱向鋼筋都要貫穿起來。

3 結語

隨著經濟的快速發展，混凝土異形柱框架結構的應用范圍也越來越廣，我們要在設計中對異形柱的受力特點及其破壞因素進行分析，采取合理的措施，正確的進行計算，這樣其結構的安全可靠性才會得到強化。

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[責任編輯：田吉捷]