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【摘 要】通过作者的观点进行了节点分类、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
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 异形柱节点分类
节点是指梁与柱的交汇区，它属于梁高范围的柱段。按节点所在位置分，有中间层中间节点和端节点以及顶层中间节点和端节点。节点的主要作用是将所属的本层和上层荷载和作用（例如地震）有效地传递到下层柱中去。因而节点核心区的作用力为与节点相连接的梁端和柱端的弯矩、轴力、剪力甚至扭矩等等，受力甚为复杂。按满足被连接构件的受力特性要求，节点可分为两类：类型1：结构承受重力荷载和一般风荷载，所连接的构件（梁、柱）主要按承载能力极限状态设计，要求节点满足所连接构件的承载力要求；类型2：结构承受地震作用情况，要求节点满足所连接的构件在反复变型下进入非弹性而又必须维持一定的承载力的要求。对于矩形截面柱框架，一般情况下，1类节点不要求对节点核心区进行受剪承载力验算，只须满足构造要求和配置一定数量的水平箍筋，2类节点，对一、二级抗震等级必须对节点核心区进行受剪承载力验算并应满足抗震构造措施要求，对三、四级抗震等级则只须满足抗震构造措施要求。
2 异形柱节点受力性能
近年来，天津大学、大连理工大学、沈阳建工学院、辽宁省建筑设计研究院、河北理工学院、南昌大学和重庆大学进行了总计为近50个异形柱框架梁柱节点的试验研究，其中首次对顶层边节点、中节点进行了旨在研究翼缘宽度影响的试验。
异形柱节点受力机理异形柱节点的破坏主要集中于“小核心”区,应以“小核心”为单元研究异形柱节点的抗剪能力。异形柱节点“小核心”区与常规节点一样同时存在斜压杆、桁架和约束机构3种传力机构。
它们在传递节点剪力中的作用此消彼长，但在梁端正反向加载下其受力特征具有不对称性，斜压杆、桁架和约束机构的作用大小不同于常规节点。鉴于3种传力机构所承担的剪力不断变化,难以定量计算，将异形柱节点的抗剪能力主要按“小核心”混凝土抗剪能力和箍筋抗剪能力两部分组成,最终得到可用于工程设计的异形柱节点抗剪承载力公式。
3 影响异形柱节点抗剪能力的因素
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。
4 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。
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另外，在实际设计中，不可避免的出现有柱截面高度与宽度的比值不大于4但是柱截面宽度为200mm如700mm X 200mm的一字形矩形柱，由于该截面类型柱延性更弱于传统的异形柱，这时候我们需结合短肢剪力墙和异形柱的相关规定，对其轴压比作出更严格的要求。当然，在实际设计中能避免该类型柱则尽量避免。
5 结论
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。
异形柱的设计中面临的另一问题，就是异形柱框架在地震作用下破坏严重，因此，在实际工程抗震分析时，需要注意以下几点：①异形柱框架结构不对称时，扭转对其受力的影响；②异形柱框架结构在地震作用下的弹塑性分析；③若条件允许，尽量合理适量设置抗震墙；④异形柱框架结构在截面设计方面的软件的开发。
参考文献:
[1]JGJ 3-2002,高層建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[2]JGJ 149-2006,混凝土异形柱结构技术规程.
[3]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.
【关键词】异形柱；结构设计；节点；抗剪承载力
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 异形柱节点分类
节点是指梁与柱的交汇区，它属于梁高范围的柱段。按节点所在位置分，有中间层中间节点和端节点以及顶层中间节点和端节点。节点的主要作用是将所属的本层和上层荷载和作用（例如地震）有效地传递到下层柱中去。因而节点核心区的作用力为与节点相连接的梁端和柱端的弯矩、轴力、剪力甚至扭矩等等，受力甚为复杂。按满足被连接构件的受力特性要求，节点可分为两类：类型1：结构承受重力荷载和一般风荷载，所连接的构件（梁、柱）主要按承载能力极限状态设计，要求节点满足所连接构件的承载力要求；类型2：结构承受地震作用情况，要求节点满足所连接的构件在反复变型下进入非弹性而又必须维持一定的承载力的要求。对于矩形截面柱框架，一般情况下，1类节点不要求对节点核心区进行受剪承载力验算，只须满足构造要求和配置一定数量的水平箍筋，2类节点，对一、二级抗震等级必须对节点核心区进行受剪承载力验算并应满足抗震构造措施要求，对三、四级抗震等级则只须满足抗震构造措施要求。
2 异形柱节点受力性能
近年来，天津大学、大连理工大学、沈阳建工学院、辽宁省建筑设计研究院、河北理工学院、南昌大学和重庆大学进行了总计为近50个异形柱框架梁柱节点的试验研究，其中首次对顶层边节点、中节点进行了旨在研究翼缘宽度影响的试验。
异形柱节点受力机理异形柱节点的破坏主要集中于“小核心”区,应以“小核心”为单元研究异形柱节点的抗剪能力。异形柱节点“小核心”区与常规节点一样同时存在斜压杆、桁架和约束机构3种传力机构。
它们在传递节点剪力中的作用此消彼长，但在梁端正反向加载下其受力特征具有不对称性，斜压杆、桁架和约束机构的作用大小不同于常规节点。鉴于3种传力机构所承担的剪力不断变化,难以定量计算，将异形柱节点的抗剪能力主要按“小核心”混凝土抗剪能力和箍筋抗剪能力两部分组成,最终得到可用于工程设计的异形柱节点抗剪承载力公式。
3 影响异形柱节点抗剪能力的因素
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。
4 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。
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另外，在实际设计中，不可避免的出现有柱截面高度与宽度的比值不大于4但是柱截面宽度为200mm如700mm X 200mm的一字形矩形柱，由于该截面类型柱延性更弱于传统的异形柱，这时候我们需结合短肢剪力墙和异形柱的相关规定，对其轴压比作出更严格的要求。当然，在实际设计中能避免该类型柱则尽量避免。
5 结论
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。
异形柱的设计中面临的另一问题，就是异形柱框架在地震作用下破坏严重，因此，在实际工程抗震分析时，需要注意以下几点：①异形柱框架结构不对称时，扭转对其受力的影响；②异形柱框架结构在地震作用下的弹塑性分析；③若条件允许，尽量合理适量设置抗震墙；④异形柱框架结构在截面设计方面的软件的开发。
参考文献:
[1]JGJ 3-2002,高層建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[2]JGJ 149-2006,混凝土异形柱结构技术规程.
[3]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.