异形柱框架节点受力性能分析

2018-10-21王玮琨

装饰装修天地 2018年13期

关键词：节点

王玮琨

摘要：异形柱框架结构是近年来在住宅设计中广泛应用的一种良好结构形式，本文简要介绍了异形柱框架节点的受力特点，讨论了节点抗剪承载力的计算以及分析了异形柱节点抗剪承载力的影响因素，为异形柱框架结构的设计带来一定的帮助。

关键词：异形柱框架；节点；受力性能

1 引言

异形柱框架是指由L形、T形及十字形柱与梁组成的结构，是框架结构中的竖向支撑构件，代替了原有的矩形柱形式。异形柱结构相比矩形柱其柱肢厚与墙体同宽，室内柱棱不会露出棱角，建筑更为美观，室内使用面积也有所增加。其缺点是节点核心区位置钢筋密集，受力情况也较为复杂，并且浇筑混凝土时不易振捣密实，因此异形柱框架节点抗震性能较为薄弱，本文对异形柱框架节点的受力性能进行了简要的分析。

2 异形柱框架节点的受力性能

异形柱框架节点，主要是指框架结构中梁与柱相交的核心区，主要作用是将上层和本层荷载及地震作用传到下层柱，其节点核心区的受力是来自与节点相连的柱端以及梁端的弯矩、剪力、轴力以及扭转等，受力特点较为复杂。按框架结构中节点所处的位置一般分为顶层中节点和边节点以及中间层中节点和边节点。近年来，国内外许多学者[1]-[4]对异形柱框架节点进行了试验研究，并分析了其节点的受力特点及性能。

2.1 异形柱节点受力特点

与矩形柱相比异形柱结构在内力计算、截面特性以及抗震性能上存在较大差异，异形柱结构的薄弱部位在于梁柱节点，因此异形柱结构设计中需要重点考虑的问题是梁柱节点核心区受剪承载力的计算。梁混凝土对矩形柱节点正交方向核心区具有约束作用，具有一定的抗剪能力，在抗震等级较低时，节点核心区不需要进行抗剪承载力计算。但是有由于异形柱截面的特殊性，梁截面与柱截面接触面积较小，对节点核心区的约束较小，，因此避免节点核心区混凝土首先被破坏，需要对异形柱框架节点进行抗剪剪承载力的计算。

2.2 异形柱节点抗剪承载力计算公式

节点核心区的破坏是异形柱结构的主要破坏形态，异形柱节点同样存在约束、斜压杆和桁架三种传力机构，但是梁端在正反向加载下受力具有不对称性，三种传力机构所承担的剪力不断变化，因此异形柱节点的抗剪承载力主要按核心区混凝土和箍筋的抗剪能力计算，由此可得如下公式。

3 异形柱框架节点抗剪能力影响因素

3.1 混凝土

是影响节点抗剪承载力的一个重要因素是混凝土的强度，节点的抗剪能力随混凝土强度的提高而提高。文献表明[5]-[6]，混凝土强度的变化可以使节点的破坏形态发生变化，节点核心区混凝土在强度较低时已发生剪压破坏。

3.2 轴压比

异形柱节点的抗剪承载力随轴压比的增大而增大，其原因在于参与斜压杆机构的混凝土面积增大，从而使得节点核心区混凝土开裂剪力减小。轴压比大于0.5h，节点抗剪承载力随轴压比的增大而降低。对于受剪压破坏的节点，当轴压比小于0.3h，轴压比的增大也可以使抗剪承载力提高，其原因在于轴压比增大，增加了剪压面积，从而约束了节点斜裂缝的开展。

3.3 节点核心区箍筋

节点核心区的箍筋主要是抵抗节点水平剪力以及约束节点核心区混凝土的作用。在节点核心区开裂的初期，箍筋应力很小并未屈服，但随着裂缝的形成，箍筋应力大幅增长，箍筋开始抵抗剪力，直至破坏时才屈服。

加载时节点核心区每层箍筋的应力不等，应变分布不均，两端箍筋应变较小，中间偏大，并非同时屈服。從破坏时的箍筋受力情况来看，异形柱截面柱翼缘并未完全发挥应有的作用，十字形较T形、L形在节点核心区发挥的作用较好，节点核心区剪力分布较为均匀。

3.4 纵向钢筋及楼板

试验表明[7]，柱子纵向钢筋对于节点抗剪能力的提高作用不大，而楼板对于节点核心区的抗剪能力的有提高的作用，其原因在于楼板增强了节点的约束能力，并且提高了梁的抗弯能力，从而提高了节点核心区的刚度以及抗剪能力。

4 节点变形

通过矩形柱节点核心区的变形可知，节点核心区主要是剪切变形，因此通过加强核心区的必要约束以及梁的锚固作用，来降低节点核心区的剪切变形。节点核心区要求较大的刚度和强度，对于延性的要求并不大。

5 结束语

异形柱框架结构越来越受国家的重视和建筑商的欢迎，因此在设计中应该充分了解其受力特点及破坏机理，对于节点核心区的抗剪承载力还有待进一步研究，使异形柱结构安全可靠。

参考文献：

[1] 薛江阳，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（5）：41+48.

[2] 胡秀杰，型钢混凝土异形柱框架角节点抗震性能试验研究[D].西安：西安建筑科技大学，2009（3）.