建筑结构设计中的异形柱节点受力特点分析
探讨高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计

探讨高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计【摘要】:目前,中国建筑业迅速发展,建筑工程规模相应增大,人们对建筑物的使用要求也相应的增加,结构功能变得复杂、多样。
本文简述了短肢剪力墙与异形柱这两种结构的受力特点,并介绍了各自的结构计算及注意事项等问题。
【关键词】:高层建筑;短肢剪力墙;异形柱;结构设计中图分类号:[tu208.3] 文献标识码:a 文章编号:引言随着物质水平的提高,人们对住宅的要求也越来越高,特别是人们对高层住宅有较高的户型、格局、空间以及环境要求。
传统住宅室内出现露梁等一些情况,已经不能满足现代化居住的要求。
结构设计师在吸收框架结构优点的同时结合剪力墙设计基础,发展形成一种较新的高层住宅结构形式,即“短肢剪力墙结构”和“异形柱结构”。
这两种结构能较好地满足现代住宅建筑的要求,克服传统结构的不足,受到人们的肯定与欢迎,逐渐在高层建筑中得到应用并加以推广。
但是,由于我国现行国家规范中没有关于短肢剪力墙与异形柱结构设计的相关条款,设计人员在进行相关设计时经常遇到一些现行规范没有提到的问题,因此,需要结构设计人员结合已经有的经验,进行正确的设计。
本人结合自己的经验,在此对这两种结构提出个人看法。
一、短肢剪力墙结构我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定:短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面长度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。
常用结构形式多种多样,有“t”字型、“一”字型、“l”型、“十”字型等。
1、结构特点。
第一,比较容易满足强度以及刚度的要求,可以根据建筑平面的抗侧刚度,利用中心剪力墙形成抗侧力构件;第二,结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件;第三,肢长可长可短,墙的数量可多可少,但是主要依据抗侧力的需要来确定;第四,布置较灵活,有许多可以选择的方案,楼盖方案简单;第五,连接各墙的梁可隐蔽。
2、结构设计计算。
因短肢剪力墙是剪力墙大开口形成的,因此在结构分析上基本与普通剪力墙相同,可采用空间杆-墙组元分析方法或者三维杆-系簿壁柱空间分析方法,前者如tbssap、tus、satwe、ssw等,后者如tbsa、tat、广厦cad的ss模块等。
异形柱结构力学特性和设计要点剖析

异形柱结构力学特性和设计要点剖析发布时间:2021-01-22T07:52:52.172Z 来源:《防护工程》2020年29期作者:韩珲[导读] 宜按墙的要求进行设计。
但对于肢高肢厚比在4~5范围内的结构,无法找到相应的规范作为参考。
泛华建设集团有限公司南京设计分公司江苏南京 210000摘要:异形柱结构在实际应用时,优点与缺点并存,设计时具有一定的难度。
异形柱结构由于自身的特殊性能,与其他结构有很大的区别,各种规范也对其做了大量的约束。
在首次进行异形柱结构设计时,有一些问题容易被忽略。
因此笔者结合自己的异形柱结构设计经验,对异形柱结构设计时应重点关注的问题作出了总结,并针对各个问题阐述了处理的建议,以供参考。
关键词:异形柱结构;力学特性;节点核心区;抗震设防Analysis of mechanical characteristics and design key points of special-shaped column structureHan HuiFanhua Construction Group Co.,Ltd. Nanjing Design Branch,Nanjing,Jiangsu 210000Abstract:In practical applications,special-shaped column structures have advantages and disadvantages coexisting,and it is difficult to design. The special-shaped column structure is very different from other structures due to its own special performance,and various specifications also place a lot of constraints on it. When the special-shaped column structure was designed for the first time,some problems were easily overlooked. Therefore,the author combines my own special-shaped column structure design experience,summarizes the problems that should be paid attention to when designing the special-shaped column structure,and elaborates the handling suggestions for each problem for reference.Keywords:heterogeneous column structure;mechanical properties;node core area;seismic fortification1.引言尽管异形柱结构是从剪力墙结构演化形成,但其力学特性与剪力墙还是存在较大的区别,主要还是因为截面形式不同而引起的。
建筑结构设计中异形柱框架结构分析论文

建筑结构设计中异形柱框架结构分析摘要: 随着人们对住宅使用功能、空间划分上的要求不断的提高,传统的砖混结构的住宅已经不能满足人们的需要了。
于是框架结构和异形框架逐渐被运用于住宅建筑中。
本文将结合异形柱框架结构形式、受力性能、计算分析、结构构造等方面进行分析探讨。
关键词: 异形柱, 受力性能,框架柱,结构设计,中图分类号:s611 文献标识码:a 文章编号:异形柱结构是采用t 形、l 形、十字形等截面的异形柱代替一般框架柱作为竖向支承构件而构成的结构, 在工程设计中可根据建筑设计对建筑功能及建筑布置的要求, 在结构的不同部位,采取不同形状截面的异形柱。
异形柱的柱肢厚度及梁宽度与框架填充墙协调一致, 避免了框架柱及梁在屋内凸出, 从建筑学角度也可称其为“隐式框架”[ 1] 。
近年来, 随着我国住宅产业的迅速发展以及人们对住宅建筑使用要求的不断提高, 普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。
如何合理地利用建筑物的有效面积, 这对住宅结构设计提出了一项新的要求。
异形柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求, 兼备了框架及剪力墙结构体系的优点, 它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。
1 异形柱的受力性能(1) 承载能力。
异形柱不同于矩形柱, 它由多肢组成, 柱肢截面高度与柱肢宽度的比值一般在2.5~4, 墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大, 导致各向刚度不一致, 其各向承载能力也有较大差异。
(2)变形特征。
一般住宅的层高在2.8 m~ 3.1 m, 异形柱肢厚在200 mm 左右, 异形柱为了获得足够的承载力, 肢长一般不会太小, 这就容易造成柱剪跨比过小, 形成短柱( 柱净高h / 柱肢长h 4, 由于异形柱属薄壁构件, 也会因截面曲率m / ei 或ecu / x ( ecu 为混凝土的极限压应变, x 为截面受压区高度) 较小, 使弯曲变形性能有限, 延性较差。
2 异形柱的计算分析2.1 计算方法在低烈度区, 且水平力作用在截面对称轴内时( 如异形柱为十字形) , 弹性分析计算其翘曲应力很小, 此时如同承受水平力的偏压构件, 仍可按平截面假定分析, 按混凝土设计规范计算。
钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能分析

钢管混凝土异形柱将混凝土填充在钢管内,通过竖向钢板完成多个钢管混凝土柱之间的连接,并按照一定间隔用横向加劲肋板进行加固形成的[1],其截面形状为不规则状态,例如T 型、L 型以及Z 型和混合型等。
钢管混凝土异形柱在建筑中应用性较好[2],采用该异形柱作为建筑框架结构,施工后美观性较好,同时具有良好的承载性能[3],可极大程度减轻结构自身重力;并且该类框架结构在施工和安装时,节能环保、施工效率较高[4],能提升土地的使用效率,同时抗震性能和耐火性良好。
因此,钢管混凝土异形柱框架结构已在当下住宅建筑中广泛应用,例如工业厂房、多高层建筑以及超高层建筑等。
因为钢管混凝土异形柱框架结构是多个部分焊接、连接形成,在应用过程中,受到外力作用后,其力学变化情况较为复杂[5];并且异形柱界面具有不规则的特殊性,用于建筑框架后的抗震性能尤为关键;该性能决定该类框架结构施工后,能否保证建筑在地震条件下的安全性[6]。
本文主要针对钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能展开相关分析,为该类框架结构的应用提供相关依据。
1钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能1.1钢管混凝土异形柱框架结构试件制备本文为分析钢管混凝土异形柱框架结构的抗震性能,设计3个钢管混凝土异形柱框架结构试件,该试件形状为H 型钢梁框架-人字形中心支撑结构,三个试件分别用S1、S2、S3表示,试件设计参数如表1所示。
表1设计参数详情支撑形式跨度/mm双人形2475按照表1的设计参数完成试件制备,制备时混凝土等级为C30,制备的框架中两主节点为外肋环板节点,异形柱中钢管的截面边长为78mm ,竖向连接板和异形柱高度一致,横向肋板尺寸为78mm×35mm×5mm 。
三种试件结构立面图相同,如图1所示。
制备的3种试件在轴心压力作用下,异型柱截面的受压承载力用N u 表示,其计算公式为:N u =m (f y A s +f c A c )(1)式中m 表示钢管混凝土异形柱中单肢柱的数量;f y 和f c 分别表示钢管屈服应力和混凝土抗压强度;A s 和A c 均表示截面面积,前者对应单肢柱钢管,后者对应混凝土。
建筑框架结构异形柱设计论析

建筑框架结构异形柱设计论析一、框架结构中的异形柱概述异形柱的全称,是异形截面柱,“异形”指的是柱体截面的几何形状而非常见的矩形,大多是较为复杂的几何图形。
异形柱框架结构是介于短肢剪力墙与矩形框架之间的一种结构体系。
其肢高与肢厚之比愈小愈接近框架结构的受力特征。
普通钢筋混凝土框架柱的截面通常是方形、矩形或者圆形,而异形柱截面通常是L形、T形、+形。
异形柱的设计需要满足建筑整体结构刚度和承载力的要求,然后根据建筑的功能和设计方案,决定采取何种几何形状的异形截面柱。
二、异形柱框架体系的特点(一)布置灵活由于异形柱建筑的墙壁往往只起到一个围护的作用,不承受重量,可以采用轻质的墙壁,受到的建筑整体的限制非常少,这样产生的结果就是让房间的布置非常灵活,可以在很大程度上满足业主对于大空间的房屋建筑的要求。
(二)质量轻刚度高异形柱框架体系和矩形框架进行对比,可以发现异形柱框架体系的抗震性明显高,因为异形柱框架体系的质量相对较轻,而刚度很高,这是其抗震性高的主要原因,受到人们的亲睐。
目前人們对于房屋安全性的要求越来越高,异形柱框架体系结构的建筑由于其较高的安全性,成了吸引人们目光一个关键因素。
(三)性价比高异形柱虽然增加了一定程度的施工难度,但是也有其自身的优势,扩大了使用面积、减少了基础费用、性价比是比较高的,总体经济效益也很可观。
异形柱框架结构体系通过长久的应用和改进,现在已经非常成熟,可以满足人们的众多需求,包括安全性、美感等,室内可以不凸出梁柱,使用起来方便而且美观,而且可以增加房间的使用面积。
有相关数据显示,异形柱结构体系的建筑结构比砖混结构可以增加约8%到10%的使用面积,且兼有砖混结构的优点,有效解决了砖混房屋超高的技术问题。
与消耗耕地的黏土砖混结构体系相比,异形柱框架结构体系优势明显。
这也是人们选择异形柱框架体系的一个重要原因。
所以异形柱框架结构建筑在实际的建筑中使用是非常普遍的,我国的异形柱框架结构建筑更是遍地都是,这方面的建筑理论知识也已经非常成熟,相关的设计人才和施工人员也非常充足,能够满足大面积和大规模建筑的需要。
异形柱结构设计特点及应用分析

异形柱结构设计特点及应用分析摘要:随着城市建设的不断发展,出现了很多新的建筑结构形式,异形柱框架结构正是这些新型结构的一个代表。
异形柱结构因其具有住宅室内空间灵活布置的特点,决定了其是营造高品质住宅的首选结构,并得到广大房地产开发商和用户的欢迎,但再好的结构难免有缺陷,本文根据作者多年的工作经验,结合工程案例,探讨异形柱的选择以及设计的的体会。
关键词:异形柱结构;变形能力;平面布置随着我国建筑事业的迅速发展以及人们物质文化水平的不断提高,人们对住宅的要求越来越高,这就给建筑工程师们提出一个难题:如何科学进行住宅房间的布局,如何达到更好地室内装饰以及家具布置的效果。
总之,如何充分利用建筑物的有效空间,在城市住房问题越来越紧张的今天已成为住宅结构设计中一个必须考虑的问题。
异形柱框架作为一个新的结构体系在这一背景下出现了。
异形柱结构是指采用异形柱的框架结构和框架-剪力墙结构。
异形柱结构是一种新兴结构,虽然在结构受力和抗震性能上存在一定的缺陷,但因其有室内净使用空间大、室内空间布置灵活、室内观感好、结构自重轻等优点,所以有其存在的市场价值,在工程实践中也的确经常被采用。
故此我们应该掌握其受力特性和结构特点,在了解其结构破坏机理的基础上采用合理的结构布置形式,达到最好的设计效果。
1异形柱结构特点1.1异形柱结构相对于砖混结构的优点采用有异形截面柱的框架结构、框—剪结构,其整体变形特征与普通矩形截面柱相接近。
与相同截面积的矩形柱比较,异形截面柱的自身刚度大,因而在框架结构和框—剪结构中采用异形截面柱后,结构的整体刚度增大,结构侧移减少;虽然结构的自振周期变短,水平地震作用加大,但结构的整体刚性好,抗震性能不会减低。
1.2异形柱结构的受力及抗震特点异形柱结构的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同,其主要体现在异形柱本身及梁柱节点上。
据有关研究显示,异形柱的延性不如普通矩形柱。
由于多肢导致了异形柱剪力中心与截面形心不能重合在一起,在受力的情况下,各肢产生翘曲正应力和剪应力。
对异形柱框架结构设计的综合分析
中经 常会混合采用墙肢相对较 长的剪 力墙 ( 一般剪力墙 或部分短
肢剪 力墙 )形 成异 形柱框 架一 剪力 墙结构 。在 这类结构 的计算 , 模 型输入 时 , 的设计 人员 常会把 异形柱 按短 肢剪力 墙输入 , 有 有 1承载能力 。异形 柱不 同于矩 形柱 , 由多肢 组成 , 肢截 ) 它 柱 的甚 至将异形 柱框 架结 构的全部 异形柱按 短肢剪力墙输入 , 这样 面高度与柱肢宽度 的比值一般在 25 , .~4墙肢平面 内外两个方 向
对 异 形 柱 框 架 结 构 设 计 的 综 合 分 析
黄擒 虎
摘 剪承载 力分析进行 了探讨 , 对建筑结构设计具有指 导意义。
王佩 斌
要: 从异形柱 结构体系 的优点 出发 , 对异形柱 结构 形式、 受力性能 、 计算分析、 轴压 比控制 、 结构构 造及 节点核 心 区受
关键词 : 异形柱 , 架结构 , 框 受力性能 , 轴压 比, 结构构造
架填充墙协调一致 , 避免 了框架 柱及 梁在屋 内 凸出 , 建筑 学角 定 内力和配筋位 置及大小。在进 行 内力计算 和配筋计算 时 , 从 应选 度也可称其为“ 隐式框架 -1。近年来 , [ J 随着 我国住宅产业 的迅速 用带有异形柱计算 功能的软件 , 中国建筑 科学研究 院 的 、 如 , 发展 以及 人们对住宅建 筑使用要求 的不 断提高 , 普通 的矩 形框架 S T A WE程 序及 天津大学的钢筋混 凝土异形 柱结构 配筋计 算程序 柱会给室内装饰和家具布置带来极大 的不便 。如何合理地利用建 C S R C等 。
【 ] 陈清 山. 灾后 砌体 结 构 受损诊 断 与处理 【 ] 山 西建 筑, 4 火 J.
2 0 ,4 1 )8 —2 0 8 3 (8 :18 .
短肢剪力墙与异形柱结构的受力特点分析
按不同的截面形式 (L , T 、十字型) 与不同
的抗及等级两项指标从严控制,对低烈度地 区的这类结构是能够满足其延性要求的。
计时, 除满足高规中对结构布置要求外, 还
应注意几个方面的问题: ( 1)异形框架的计算: 由于其截面的特殊 性 ,在柱截面对称轴内受水平力作用时,弹
成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构
产生大的变形,同时也形成两道抗展设防: (2)短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平
面外边缘的角部处的墙肢,当有扭转效应 时, 会加剧已有的翘曲变形。使其墙肢首先
开裂, 应加强其抗震构造措施,如减小轴压
(3)配筋构造在正确 的结构选型及计算后
截面内钢筋 的构造也是保证异形柱受力性能 的重要因素。由于异形柱截面的特点, 柱肢端
部会出现较大应力,加上梁作用于柱肢上应
力的不均匀, 一般越靠肢端应力越大, 对住肢
肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟,但这 种结构在结构设计中仍然有需要引 起重视的
性分析计算其翘曲 应力很小, 此时如同承受
水平力的偏压构件 ,仍可按平截面假定分
形成偏心压力, 进一步加大肢端压应力。 因而
在异形柱配筋时 , 应在肢端设暗柱, 暗柱的外 排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设2 中 14 的构造纵筋,箱筋同柱,这样可限制柱肢 的硷裂缝的开展,提高异形柱局部抗压抗剪 强度及变形能力。 柱上的箍筋不仅能抗剪, 也 可约束硷变形. 增大其延性。 异形往由干不易 形成多肢复合箱,因而其配筋率只能由加大 箱筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下, 艳筋直径大, 其延性指标好, 因而箍筋且用中
剧下降。 在高轴压比情况下, 增加箍筋用t 对 提高柱的延性作用已很小,因而轴压比大小
建筑结构设计中异形柱论文
浅谈建筑结构设计中的异形柱【摘要】我国住宅建设近些年进入高速发展的阶段,带动多方面不断进步,因而住宅建筑使用要求的不断提高,普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。
如何合理地利用建筑物的有效面积,这对住宅结构设计提出了一项新的要求。
这就使的异形柱在建筑结构设计中的作用越来越受到重视。
【关键字】建筑结构设计异形柱从结构的整体安全性考虑,从结构受力角度来说,异形柱博采框架加剪力墙体系之长,平立面布置近于框架结构,柱的截面形式又不拘泥于矩形,将截面积向工程轴外铺开成t形、十字形、l型等,用较少的混凝土材料,获得了较大的刚度;同时配合轻质填充墙的使用,结构重量比一般框架更轻。
适中的刚度和较轻的自重,对减小地震作用很有利,是一种经济合理的抗震住宅结构体系。
异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2~4,相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。
1 异形柱框架结构的特点异形柱:截面几何形状为l形、t形、和十字形,截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。
混凝土异形柱框架结构:是以异形柱代替一般框架柱,和梁刚性连接组成的承受竖向和水平作用的结构。
1.1 异形柱与矩形柱具有不同的截面特性及受力特性,实验研究及理论分析表明:异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载(作用)方向不同而有较大差异。
在l形、t形和十字形三种异形柱中,以l形柱的差异最为显著。
当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与不等肢异形柱时,则差异情况更为错综复杂,成为异形柱结构地震作用计算中不容忽视的问题。
所以对异形柱结构应采用三维空间分析的方法,目前能用于这种结构抗震分析的常用软件有tat,satwe 等。
1.2 异形柱在单调荷载特别在低周反复荷载作用下粘结破坏较矩形柱严重。
对柱的剪跨比不应小于1.5的要求,是为了避免出现极短柱,减小地震作用下发生脆性粘结破坏的危险性,为了设计方便,当反弯点位于层高范围内时.柱的净高与柱肢截面高度之比不宜小于4,抗震设计时不应小于3。
异形柱结构受力与设计分析
异形柱结构受力与设计分析0引言随着人们对住宅,特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高,原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。
于是在原有剪力墙的基础上,吸收了框架结构的优点,逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式,即“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”型式。
这两种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点,受到了建筑师的肯定,更得到了住户与房开商的欢迎,为此,本文对这两种新的高层住宅结构型式的受力特点、结构分析及构造要求进行阐述。
1短肢剪力墻结构特点1.1短肢剪力墙结构形式的特点1)结构建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本上不与建筑使用功能发生矛盾;2)墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置;3)能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单;4)连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽;5)根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心剪力墙,形成主要的抗侧力构件,易满足刚度和强度要求。
1.2短肢剪力墙结构设计注意事项对短肢剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成.所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆系—薄壁柱空间分析方法或空间杆一墙组元分析方法。
其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。
虽然三维杆系一薄壁柱空间分析程序使用较早、应用较广,但对墙肢较长的短肢剪力墙,应该用空间杆墙组元程序进行校核。
在进行以上分析后,按《高层建筑结构设计与施工规范》进行截面与构造设计,相对于异形柱结构,短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟,但这种结构在设计中仍然有需要引起重视的方面:1)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构,其抗侧刚度相对较小,设计时宜布置适当数量的长墙,或利用电梯、楼梯间形成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2012年5月(上)建筑科学科技创新与应用
建筑结构设计中的异形柱节点受力特点分析
黄明智
(广西崇左市建设工程有限公司,广西崇左532200)
在日常的结构设计尤其是精品住宅设计过程中,甲方对户内空间要求,特别是“墙不露角”等的要求越来越高,因此,异形柱的应用就逐步趋向广泛,对框架(剪)异形柱结构体系的研究与应用就变得尤为重要。
异形柱结构与普通柱不同,肢厚很小,钢筋较密受力情况较为复杂,给结构分析带来一定难度,特别是异形柱框架结构节点核心区受力特点极为复杂。
为此,本文对异形柱框架结构节点核心区受力特点、节点承载力及抗剪承载力等的影响因素进行初步的探讨。
1影响异形柱节点抗剪能力的因素
1.1轴压比
轴压力提高节点核心区抗初裂能力的原因在于其增加了柱的受压区面积,因而加大了斜压杆的宽度,使参与斜压杆机构的混凝土面积增大,同时梁筋传递给节点核心混凝土的边缘剪力中有更多的部分汇入斜压杆机构,造成节点核心混凝土开裂的边缘剪力减小。
另外,轴压力提高,增大了主斜裂缝与水平方向的角度。
轴压力对通裂与极限荷载影响不明显的原因是:在轴压力下进行循环反复加载,致使节点核心区的混凝土累积损伤效应较无轴力作用时大,尽管轴压力可以提高混凝土的抗剪强度,但加剧的累积损伤效应最终致使轴压力的有利作用有所降低,对节点的通裂和极限荷载提高不明显。
1.2节点核心配箍率
配箍率对初裂剪力影响不大,因为初裂时节点剪力Vj主要取决于混凝土的抗拉强度,一旦裂缝形成,箍筋受力将大幅度增长,甚至屈服,桁架机构产生作用,箍筋开始参与抵抗节点剪力;而且由于箍筋的约束使混凝土的抗剪能力也有所提高。
加载过程中箍筋沿节点核心高度方向应变分布不均匀,每层箍筋应力不等,并非全部同时屈服,根据箍筋应力的数据分析,在通裂状态下沿节点核心高度方向80%范围内箍筋屈服。
在节点核心中部(对异型中节点则是在小核心中部较偏下部位)应力最大。
这是因为在某一方向弯矩作用下,节点核心对角线两个端部的混凝土在另一方向弯矩作用下产生的裂缝将闭合,该区域此时要承受压力,对角线中部区域裂缝最宽,箍筋将承受原由混凝土承担的拉力,导致节点核心中部箍筋应力最大。
1.3柱截面高度变化
对异形柱中节点而言,节点核心上下柱截面、左右梁截面不同会造成节点核心更易开裂。
裂缝首先出现在节点“小核心”的位置,初裂荷载降低的幅度可达30%左右,对节点核心的通裂荷载影响不大。
常规节点通裂后节点核心还有较大的能力承担继续增加的节点剪力,而异形柱节点则不同。
2异形柱设计中的建议
在实际工程设计中,我们应更加重视异形柱纵筋和箍筋、节点核心区抗剪承载力、轴压比限值等问题的设计。
2.1纵向钢筋和箍筋
纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB335级钢筋;箍筋宜采用HRB335、HRB400、HPB235级钢筋。
在同一截面内,纵向受力钢筋宜采用相同直径,其直径不应小于14mm,且不应大于25mm异形柱内折角处应设置纵向受力钢筋纵向钢筋间距:二、三级抗震等级不宜大于200mm;四级不宜大于250mm;非抗震设计不宜大于300mm。
当纵向受力钢筋的间距不能满足上述要求时,应设置纵向构造钢筋,其直径不应小于12mm,并应设置拉筋,拉筋间距应与箍筋间距相同。
异形柱应采用复合箍筋,严禁采用有内折角的箍筋。
非抗震设计时,异形柱的箍筋直径不应小于0.25d(d为纵向受力钢筋的最大直径),且不应小于6mm;箍筋间距不应大于250mm,且不应大于柱肢厚度和15d(d为纵向受力钢筋的最小直径);当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3时,箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于200mm,且不应大于10d(d为纵向受力钢筋的最小直径);箍筋肢距不宜大于300mm对于异形柱加密区箍筋的设置问题,在实际设计中往往会忽略如下几个问题:①剪跨比不大于2的柱以及因设置填充墙等形成的柱净高与柱肢截面高度之比不大于4的柱箍筋没有全长加密。
②三、四级抗震设计时,箍筋加密区最大间距其中一个规定是应小于等于纵向钢筋直径的7倍这样,当纵向钢筋直径为12mm或者14mm时,箍筋在加密区最大间距就相应不超过84mm 和98mm了。
但值得注意的是,就目前的规程来说,尚未对“纵向钢筋”的定义作进一步的明确。
规程中跟“纵向钢筋”相关的提法有“纵向受力钢筋”和“纵向构造钢筋”,根据解析条文对“箍筋间距与纵筋直径之比sd”的理解,在本题述的“纵向钢筋”应为“纵向受力钢筋”。
但是,这个界定在实际设计审查中,尚应和当地审查单位作进一步沟通明确,避免引起不必要的误会。
2.2节点核心区抗剪承载力超限问题
根据《混凝土异形柱结构技术规程》5.3.1规定:异形柱框架应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算。
在实际设计中,我们通过计算软件分析后通常出现如下提示:
这就是梁柱节点核心区受剪承载力不足所引起的。
要避免梁柱节点核心区受剪承载力不足的情况,根据《混凝土异形柱结构技术规程》5.3.5框架梁柱节点核心区组合的剪力设计值的计算公式,我们需从以下几个方面着手:
①减小柱的计算高度。
②增加梁柱节点处梁的截面有效高度、截面高度。
③减小节点左、右两侧梁端弯矩设计值。
另外,我们在利用PKPM等设计软件对结构建模分析的时候,往往为了减小截面类型或者方便操作,通常在柱布置的时候进行了柱子的转角,这时候Vj所显示的超限方向就要根据原截面定义时的X、Y方向对应复核,而不是根据生成的图形去判断X、Y方向。
当然,我们不能单一的为了某个节点不出现超限而只针对该节点作设计,我们应该要做的首先是在结构布、梁柱截面选取等方面去宏观控制结构整体刚度的均匀分布,避免刚度突变等情况,从根本上去避免上述问题的出现。
3结论和展望
对地震区节点受剪承载力计算公式不能简单地理解为属于承载能力极限状态的受剪际载力问题,节点的设计要关注在强震作用下,梁端或柱端出现塑性铰产生较大非弹性变型-即在吸收和耗散地震能量的过程中节点是否发生受剪破坏,从而不仅要考虑“承载力”而且必需考虑节点所连接的构件能否满足或实现结构吸收和耗散地震能量的延性要求。
参考文献
[1]傅剑平,游渊,白绍良.钢筋混凝土框架节点传力机构分析[J].重庆建筑大学学报,1996,18(2):43-51.
[2]李建波.建筑结构设计中的异性柱节点受力特点分析[J].建筑设计,
2010.
摘要:本文作者主要就异形柱节点分类,受力性能及影响异形柱节点抗剪能力的因素进行了分析,同时对异形柱节点设计提出了几点建议。
关键词:异形柱;结构设计;节点;抗剪承载力
206
--。