钢筋混凝土异形柱抗震性能研究现状

李文硕

【摘 要】与一般钢筋混凝土框架结构房屋相比，异形柱框架结构房屋室内不露柱角，使用功能好，有利于增加房屋使用面积。但其抗震性能是目前需要迫切解决的问题。本文列举了国内各高校对钢筋混凝土异形柱进行的结构试验，并对试验结论做出了分析和总结，最后对提高异形柱的抗震性能提出了建议。

【关键词】异形柱；延性；耗能；抗震性能

前言

由于异形柱截面宽度减小，柱截面面积变小，使得在设计荷载与地震作用下，柱轴压比与剪压比增加，结构延性变小，影响抵抗地震作用的性能。随着异形柱结构体系开始在地震区的推广应用，其抗震问题成了目前国内学术界和工程界比较关心的问题。在我国现行的《混凝土异形柱结构技术规程JGJ149-2006》中，对异形柱结构的适用范围规定了较普通混凝土框架结构更为严格的限制，例如规程中规定，只能在6、7、8（0.2g）度设防区采用，而且最大建筑高度均为普通混凝土框架结构的40%以下，对在水平地震作用下的轴压比、层间位移限制等也规定了严格的限制，因此限制了异形柱结构的应用。若能有效地解决异形柱结构的抗震性能问题，则其应用的范围会得到大幅的增加，发挥其巨大的效益。

一、异形柱的截面形式和在框架中的平面布置

异形柱的截面形式主要有十字形、L形、T形，有的建筑结构中还包括Z形异形柱。异形柱结构平面布置如图1所示，

二、异形柱的研究现状

异形柱的研究又可分为钢筋混凝土异形柱和SRC异形柱，以往对此两种异形柱的抗震性能试验具体可体现在以下几个方面。（1）不同的荷载性质的试验，包括静力荷载、往复荷载、不同的加载角度、火灾荷载作用等。（2）不同轴压比下的往复加载试验。（3）不同配筋率下的静力试验和动力试验。（4）不同配钢形式（实腹式、空腹式）下的低周反复荷载试验等。

（一）异形柱的轴压性能研究

天津大学赵艳静系统地研究了钢筋混凝土异形柱的轴压比限值要求，通过理论与数值分析，给出了对应4个抗震等级时异形柱的轴压比限值及相应的构造要求；并得出轴压比的大小是决定异形柱破坏特征的很重要的指标。由于异形柱形状的不规则性我国现行的规范中都严格的限制了异形柱的轴压比取值。

（二） 异形柱的延性性能研究

天津大学孙林柱，根据异形柱配箍特征值的适用范围设计了30个试件，通过轴心受压试验，分别得到钢筋混凝土十字形柱、T形柱和L形柱的试验结果，研究表明：（1）钢筋混凝土异形柱的破坏特征可分为纵向压碎破坏和压剪破坏；（2）构件配箍特征值越大，其极限承载力和变形越大，箍筋对混凝土的约束作用越强。（3）根据对试验数据进行了分析，建立了L形、十形、T形和方形柱约束混凝土峰值强度相对增大值和峰值应变相对增大值与配箍特征值的关系表达式[2]。

由以上的实验研究可知，配箍率增加时，构件的延性有明显的增加，因此增加配箍率就是增加了对混凝土的约束，改善了混凝土的延性，可以通过增加配箍率改善异形柱的抗震性能。

（三） 钢筋混凝土异形柱的抗震性能研究

曹万林等分别对15个T形、15个L形、10个十字形和4个矩形柱进行拟静力受剪性能研究，分别就不同加载角度异形柱的承载力、刚度、延性和恢复力模型等进行研究，其研究结果表明，在周期反复荷载作用下结构的底层十字形柱破坏比较严重[3-5]。

（四）型钢混凝土（SRC）异形柱的抗震性能研究

方林等分别对4个不同轴压比、配钢率、加载方向试件的低周反复荷载试验，并且对不同设计参数试件的耗能能力、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形能力等进行了分析，试验结果表明 轴压比、配钢率、加载方向对试件的抗震性能有不同程度的影响，随着轴压比的增大，峰值荷载增大，延性降低；随着配钢率的增大，峰值荷载增大，延性有所增强[6]。

陈宗平等对17个SRC异形柱试件采用“建研式”加载装置进行了低周反复荷载试验，分析了SRC异形柱的破坏特点和力学性能。试验研究结果表明：SRC异形柱有两种破坏形态分别是是剪切斜压破坏和弯曲型破坏，其中剪跨比是影响破坏形态的主要因素，剪跨比小的试件容易发生剪切变形为主的破坏[7]。

薛建阳等分析了9个T形、4个L形和4个十字形SRC异形柱进行了低周反复荷载试验，试验结果表明，SRC异形柱框架节点典型的破坏形态为节点区剪切斜压破坏，而且配实腹式钢板的SRC异形柱的延性要高于配空腹式SRC异形柱的延性[8]。

三、结束语

钢筋混凝土异形柱作为一种建筑结构形式，具有很多优点如：改善建筑及使用功能，提高房屋实际使用面积，美观适用，降低结构自重提高结构抗震性能等。尽管如此，异形柱结构自身仍存在抗震性能不足的问题。至此作者结合本文内容对钢筋混凝土异形柱的设计提出以下几点建议：（1）对于钢筋混凝土异形柱的设计要按照规范严格的限制其轴压比；（2）增加配箍率有利于提高钢筋混凝土异形柱的延性进而提高其抗震性能；（3）采用实腹式SRC异形柱形式的结构其抗震性能能够得到很大的提高。

参考文献：

[1]赵艳静，钢筋混凝土异形柱结构体系理论与试验研究[D].天津；天津大学，2004.

[2]孙林柱，钢筋混凝土异形柱轴心受压性能的试验研究[D].天津；天津大学，2006.

[3]曹万林，王光远，欧进萍，魏文湘，吴建有.周期反复荷载作用下钢筋混凝土十字形柱的性能[J].地震工程和工程振动，1994，14（3）：60-67.

[4]曹万林，王光远，吴建有，魏文湘.不同方向周期反复荷载作用下L形柱的性能[J].地震工程和工程振动，1995，15（1）：67-72.

[5]曹万林，王光远.不同方向周期反复荷载作用下T形柱的性能[J].地震工程和工程振动，1995，15（4）：76-84.

[6]方林，张波，金国芳，李凯文，王志亮.型钢混凝土十字形异形柱抗震性能试验及有限元分析[J].中南大学学报（自然科学版），2015，46（3）：1028-1033.

[7]陈宗平，薛建阳，赵鸿铁，邵永健，赵永宏，门进杰.型钢混凝土异形柱抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2007，28（3）：53-61.

[8]薛建阳，刘 义，赵鸿铁，陈宗平.型钢混凝土异形柱框架节点承载力试验研究[J].土木工程学报，2011，44（5）：42-48.