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1、第18卷第1期广西工学院学报Vol118No112007年03月JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMar12007文章编号100426410(2007)0120060204混凝土异形柱结构特点及其应用分析张喜德,杨涛,许伟军,李东超(广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004)摘要:通过对异形柱结构设计计算原理、异形柱结构的刚度和延性以及抗震性能等方面的研究,并结合带暗柱异形柱结构和型钢异形柱结构新体系的研究现状,指出异形柱结构具有良好的工作性能和应用前景。随着研究的深入,异形柱结构在工业及
2、民用建筑中的应用将得到进一步推广。关键词:混凝土;异形柱;钢骨异形柱中图分类号:TU312文献标识码:A采用截面为T形、+形、L形、Z形等形状的异形柱结构,可避免室内出现梁柱的棱角,增加建筑空间,并提高其使用功能及室内布置的灵活性;但采用异形截面柱后,结构的受力性能有了明显改变,对计算理论、设计方法、施工技术等都提出了新的课题。为此,国内外广大学者对钢筋混凝土异形柱的结构体系的设计计算方法及理论、抗震性能等各方面开展了广泛的试验与理论研究,取得了许多新的研究成果。1普通异形柱结构的计算理论与性能研究111异形柱结构截面承载力计算异形柱结
3、构研究中的首要问题是异形柱的截面承载力,包括异形柱的正截面承载力和斜截面承载力。[1]异形柱正截面承载力计算有多种方法,较常用的方法为纤维条带法;经过试验及理论对比,证明条带法在计算正截面承载力时是可以满足工程精度要求的。异形柱正截面承载力计算还可以采用有限单元法,但单元划分较复杂,运算量相对较大。影响异形柱斜截面抗剪承载力的因素有剪跨比、轴压比、配箍率以及荷载的反复作用。在剪跨比和轴压比大、配箍率相对较低时以及荷载反复作用下,异形柱的抗剪强度都会降低。112异形柱结构的延性及刚度[2]经过合理设计,异形柱框架结构同样可以具有较好的延性
4、,但与普通混凝土柱相比较异形柱截面延性相对较差。根据试验研究,异形柱的延性主要与轴压比、箍筋的直径与间距、荷载角等因素有关。我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中对框架柱轴压比的限值规定,主要基于受压破坏时变形性能较好的大偏心受压破坏理论。由于在相同轴压比的情况下矩形截面柱受力较异形柱有利,故可将普通框架柱轴压比限值适当调低,以此作为异形柱轴压比设计的依据。在确定异形柱轴压比时,也可直接将异形柱的延性[3]与轴压比挂钩,根据抗震等级、箍筋直径等因素来确定合理的轴压比。影响异形柱延性的其他主要因素还[4]有荷载角及配
5、箍特征值等。不同截面的异形柱都有相应的最不利荷载角,在荷载沿最不利荷载角作用于结构的情况下,柱的延性最差,因此应根据柱的受力特点选择截面形式。同时,箍筋的配置对异形柱的延性也有较大影响,高配箍特征值可较大的改善柱的延性。异形柱的轴压比限值与箍筋构造还可通过电算获[5]得,并可以作为改善结构延性性能的参考指标。异形柱结构的刚度主要指其抗侧力刚度,一般由柱的刚度、填充构件和支撑构件的刚度组成。异形柱由收稿日期:2006-09-12作者简介:张喜德(1963-),男,广西防城港人,广西大学土木工程学院副教授。第1期张喜德等:混凝土异形柱结构特
6、点及其应用分析61于其形状不规则,在承受沿结构轴向水平荷载作用时,与荷载作用方向垂直的翼缘板提供的抗侧刚度有限。[6]在进行抗侧刚度分析时,应考虑柱截面剪切变形和梁柱节点处刚域对其内力和侧移的影响。通过对三个七层结构的中框架底部三层的1P3缩尺模型的试验分析,说明填充墙对异形柱结构刚度也有较大的影响,在[7][8]分析计算时应分情况考虑。由震害及相关分析可以看出在设置填充构件时,应避免由于填充构件的约束效应、刚度效应改变原有结构的受力性能,例如由于填充构件布置不当可能将长柱变为短柱,框架梁变为短梁,从而造成结构的脆性破坏。113异形柱结
7、构抗震性能的研究异形柱的抗震研究主要采用梁柱节点试验、整体结构缩尺模型试验或实体模型试验。经过试验分析发现,一般异形柱结构在地震作用下有明显的薄弱层和薄弱部位,只要通过对这些部位进行加强设计,也可以实现“强柱弱梁,强节点弱构件”的设计意图,从而提高抗震性能。根据研究证明,异形柱结构能够满足7度区结构的抗震要求,一般适用高度为框架结构20m左右,框架-剪力墙结构40m左右,我国《混凝土异形柱结构技术规程》对此做出了明确规定。文献[9]对8度区建筑的抗震性能进行了研究,指出在高度相同时,异形柱框架-剪力墙体系相对异形柱框架的抗震性能好。与普
8、通柱结构体系类似,在地震作用下角柱受的影响最大,边柱次之,同时轴压比、配箍特征值等对异形柱弹塑性[10]变形能力影响较大。结合对异形柱结构抗震性能的振动台研究,可以确定异形柱结构在8度烈度区应用的可行性,但