不规则钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能
贺治杰
【摘 要】混凝土异形柱框架结构是建筑工程中常见的结构类型，本文详细分析了混凝土异形柱框架结构的受力特点以及具体的结构构造措施，希望对此有更加深入的认识。
【关键词】混凝土异形柱框架结构；受力特点；结构构造
混凝土异性柱框架结构在住宅设计中的使用越来越多，以下就针对混凝土的受力特点，根据异形柱受力破坏原理，探讨其在结构计算、结构布置、沟槽方面的问题，探讨提高异形柱框架结构可靠性的有效方法与对策。
1 混凝土异形柱框架结构特点
混凝土异形柱的截面形状主要有以下几种：L形、T形、十字形等，异形柱是指柱体截面各肢的肢高和肢厚的比例不大于四。混凝土异形柱框架结构指的是框架柱用异形柱来代替，刚性连接梁，组成的能够承受横向、纵向和水平作用的结构。其特点主要表现在以下几个方面：
1.1 异形柱截面特征和受力特性与矩形柱有所不同
大量的理论分析和进一步的实验表明：异形柱的双向偏压正截面的承载力跟荷载方向有很大的关系，荷载力方向不同，所产生的差异也很大。T形、L形和十字形这三种异形柱进行比较，L形柱的差异是最大的。当把等肢异形柱和不等肢异形柱混合使用时，这种差异的复杂性会加大，所以必须要重视异形柱结构地震作用计算。为了计算质量，需要对异形柱结构使用三维空间分析方法，目前常用TAT，SATwE等软件来进行抗震结构分析。
1.2 异形柱粘结破坏程度严重
异形柱的粘结破坏程度在单调荷载，特别是低调反复荷载作用下要比矩形柱进一步加深。柱的剪跨比如果小于1.5，就会出现极短柱，在地震作用下导致脆性粘结破坏的发生率增大，危险系数进一步加大。为了便于设计，把反弯点限制在层高范围内，柱的高度和柱肢截面的高低比要大于或等于4，抗震设计不能小于3。一般情况下，异形柱框架梁柱节点的位置是其核心，和截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点相比，其受剪承载力要低很多，所以这是整个异形柱框架的薄弱部位，需要高度重视。为了提升结构的安全性与稳定性，对于各个节点的核心区域，必须要对其剪承载力进行详细的计算，采取科学的设计方式。
1.3 异形柱两肢居多
异形柱大部分是两肢，三肢和四肢的也有，但不常见。在平面尺寸之外的剪切中心受力时，各肢交点处核心混凝土的协调变形和内力分布主导其受力。经过进一步研究弹性分析发现，变形协调能够促使各柱肢的翘曲正应力和剪应力的产生，剪应力存在就会导致柱肢混凝土很容易出现裂缝，还能促使各肢相交处出现核心混凝土单元应力，这种应力呈三维剪压状态分布，最终会造成异形柱的变形能力较差，脆性破坏更容易发生。
通过进一步的理论分析和实验研究证实，对框架柱和剪力墙肢破坏形态的影响因素主要有：轴压比、剪跨比、配筋率以及构造处理。异形柱是处于普通框架柱和剪力墙肢之间的一种“过渡性”构件。异形柱作为压剪构件，常会受到弯折、小偏压、粘结、高压剪、以及剪压破坏等等，在了解到造成其破坏的相关因素之后，就需要采取必要的构造措施防止这些破坏的进一步加大。异形柱框架节点处的薄弱位置造成梁柱节点核心区域的受剪承载力较低。为了保证安全，对于在抗震设计中，各级抗震和非抗震的梁柱节点核心区域，其受剪承受力都要进行详细计算。进行设计时，为了改善梁柱节点核心区的受剪性能，要采取各种有效的措施，以提高其受剪能力。处于纵横向框架共同交汇的节点位置，要根据方向的不同，对其核心受剪力分别进行计算。此外，混凝土异形柱框架结构的设置需要严格遵循《混凝土异性柱结构技术规程》（JGJ 14902006）的相关标准，在抗震设计上，要满足抗震概念需求，尽可能采用统一的结构设计方案。平面节点处为了防止主次梁的搭接，要尽量的设置梁柱；在多层住宅中，异形柱最好是布置在房间中的墙角的位置，其他部位的布置，考虑到受力的合理性和施工的方便性最好布置成矩形柱。
2 混凝土异形柱框架结构措施
为了进一步优化混凝土异形柱的框架结构，必须使用高强度的优质混凝土减少轴压比，使其结构的延性得到优化。
异形柱结构上的显著特点是截面和配筋的不对称性，导致了异形柱在强度和延性方面都不对称。为了进一步减少其产生的影响，腹板端部配筋的使用要尽量增多，但是一定要保证其在合理范围内使用，同时也可以使用三级高强度钢筋降低其影响。例如可以采用HRB400和RRB400钢筋，这种型号的钢筋在外力作用相同的情况下，钢筋的用量较少，更利于方便施工，保证混凝土浇质量。
异形柱柱端箍筋加密区箍筋的计算，根据其受剪承载力，而且要能够同时满足体积配箍率条件和构造要求。异形柱的宽厚比在实际施工时，一般情况下都大于2.5：当异形柱的截面肢厚度小于200毫米时，混凝土的粘结强度较小，梁柱节点处钢筋的设置上增加了很大的难度，为了保证施工和外墙保温隔热的需求，异形柱的肢厚也要限制在200毫米。为了达到稳定性，柱肢厚度不能小于楼层高度的二十分之一。底层异形柱要根据二极抗震要求进行设计，要使其侧向刚度和稳定性较强，柱肢的厚度要大于或者等于楼层高度的十六分之一。
异形柱柱端箍筋要同时满足体积配箍率条件和构造，根据此来计算受剪承载力。对箍筋进行合理配置，体积配箍率一样时，采用较小的箍筋直径；在箍筋间距当受压纵筋支撑达到一定长度后，要不断加大体积配箍率，逐渐提高其延性。
异形柱柱肢截面的厚度较小，如果中间柱的两侧柱梁高度相等，节点核心区内柱梁的下部钢筋被切断后会导致节点区的下部钢筋的密集度增加，严重加大施工的难度，并且对节点核心区的受力性能产生很大的影响，因此，在中间节点要把梁的上部和下部纵向钢筋都要贯穿起来。
3 结语
随着经济的快速发展，混凝土异形柱框架结构的应用范围也越来越广，我们要在设计中对异形柱的受力特点及其破坏因素进行分析，采取合理的措施，正确的进行计算，这样其结构的安全可靠性才会得到强化。
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[责任编辑：田吉捷]
