异形钢管混凝土柱

2024-05-21

异形钢管混凝土柱（精选9篇）

异形钢管混凝土柱篇1

1、引言

随着国内高层建筑如雨后春笋般拔地而起, 异形柱由于其在建筑功能方面的优越性而被广泛采用。异形柱结构体系提高了房屋的实用性和美观性, 室内分隔灵活多样, 避免了普通矩形框架结构存在柱角外露的缺陷, 便于家具布置, 改善室内观瞻。随着经济的发展, 人们生活水平的改善, 具有广阔的发展前景。

然而, 钢筋混凝土异形柱在研究、推广以及实际工程应用中暴露出一些问题:对水平荷载的方向性非常敏感, 荷载作用方向不同, 构件及体系的承载力存在较大差异, 设计时需取最不利的荷载作用方向;为保证柱子延性要求, 需较多的配置箍筋并严格限制轴压比;异形柱现场浇筑复杂, 梁柱节点配筋较多, 混凝土浇筑质量难以保证;节点截面较小, 抗剪承载力有时难以满足要求, 在高层建筑及高烈度地震区的应用受限, 存在很大的局限性[1]。 (《混凝土异形柱结构技术规程JGJ149-2006》对异形柱结构房屋使用最大高度给出了严格的限制, (见表1) 明显小于方、矩形柱的适用高度 (见表2) , 比如7度 (0.15g) 情况下, 异形柱框架结构适用的房屋高度为18m, 框架剪力墙结构为35m, 而方、矩形柱框架结构的适用高度为50m, 框架剪力墙结构为120m, 远远大于异形柱结构的房屋适用高度) 因此要使异形柱结构得到更为广泛的应用, 在层数更多的建筑以及抗震烈度更高的地区得到推广, 必须研究如何在不显著增大柱截面的情况下提高柱子承载力、刚度及抗震性能[2]。

由于钢管混凝土柱抗震性能优越, 于是异形钢管混凝土柱便应运而生。异形钢管混凝土柱 (截面形式如图1所示) 就是将混凝土灌入由钢板焊接而成的异形钢管中, 使钢管与核心混凝土共同承受荷载, 同时钢管对混凝土的套箍作用约束核心混凝土的横向变形, 提高了混凝土的抗压强度, 改善了混凝土的延性性能, 进而使得异形钢管混凝土柱的抗震性能远远优于普通异形钢筋混凝土柱的抗震性能。本文基于国内外专家学者对异形钢管混凝土柱的前期研究工作, 对其进行分析汇总, 多方面介绍了有关异形钢管混凝土柱的力学性能和抗震性能及工程应用现状, 总结了异形钢管混凝土柱今后的研究方向和发展趋势。

2、异形钢管混凝土柱研究现状及分析

在我国, 圆形、方形和矩形钢管混凝土规程已出台, 但对异形钢管混凝土研究较少。主要局限于哈尔滨工业大学、同济大学、华南理工大学、西安建筑科技大学、天津大学等一些高校的专家学者关于异形钢管混凝土柱的轴压性能、偏压性能、抗震性能、延性性能、滞回性能、节点的力学性能等方面的试验研究以及相当的理论分析, 已经有了一定的研究成果, 但目前的研究成果还不够系统和成熟。

华南理工大学对带约束拉杆的T形、L形钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究, 对构件的受力过程进行有限元分析, 分析带约束拉杆异形钢管混凝土柱的受力机理, 提出带约束拉杆异形柱的轴心受压承载力和偏心受压承载力的计算方法[3,4,5]。得出以下几点比较有意义的结论:没有约束拉杆的异形钢管混凝土柱, 钢管对核心混凝土尽管有约束作用, 但并不十分明显, 在达到承载能力极限状态时钢管已经发生外部鼓曲, 钢管的强度在未能充分发挥之前, 试件即发生破坏, 所以柱子的强度提高并不显著;约束拉杆对钢管有明显的约束作用, 延缓钢管局部屈曲, 改善内部混凝土的受力状态, 提高混凝土的承载力, 延性也得到很大提高, 且约束拉杆布置的越紧密, 对异形钢管混凝土柱的有利作用越明显。异形钢管混凝土柱受力不均匀, 因而刚度要小于普通方、矩形截面柱。

除此之外, 同济大学的沈祖炎等, 同济大学的吕西林, 王丹及哈尔滨工业大学的杨远龙等, 分别就异形钢管混凝土柱的轴压承载力和构件与节点的抗震性能进行了研究。他们在异形钢管混凝土柱方面的研究, 为我们进一步了解和研究异形钢管混凝土柱提供了宝贵的资料。

3、异形钢管混凝土柱应用现状

关于异形钢管混凝土柱在我国的应用, 这里必须提及一种高层建筑施工的方法—逆作法, 它是高层建筑施工中比较先进的施工技术, 可以明显缩短施工工期。其施工工序如下:首先开挖基坑, 以地下建筑物轴线或其他支撑墙体为基础, 设置支护结构, 然后打桩并浇筑承压柱, 完成地面一层楼板面的施工之后, 以地面一层楼板面作为支撑地下和地面以上同时开始施工。地下施工是从楼板面两侧向下开挖土方, 并逐层浇筑混凝土, 直至封底。与此同时, 地上部分也逐层向上施工, 直至工程结束。正是因为这样地下地上同时反方向施工, 所以大大缩短了施工工期, 有利于提高工程的综合经济效益[6]。

1998年, 广州新中国大厦首次采用了异形钢管混凝土柱 (图2) 。该工程地下室占地7340m2, 地下5层, 地上51层。为做到全方位逆作法施工, 地下室的核心筒剪力墙先不施工浇筑, 设计中利用布置在核心筒剪力墙相交和转角等位置处的带约束拉杆异形 (矩形、L形及T形) 钢管混凝土柱作为临时支撑, 地下室施工时再补上所缺的墙段就成为完整的筒体。由于设有横向约束拉杆, 显著提高了异形钢管混凝土柱的延性和承载力, 解决了其钢管壁侧向变形大的问题, 同时增加了建筑的使用面积;带约束拉杆异形钢管混凝土柱与梁的节点连接进行了改进, 使之构造更简单、受力更明确、施工更方便并且造价相对较低[7,8,9,10]。

此外, 异形钢管混凝土柱也在江门中旅大厦、广州名汇商城、广州百货大厦新楼和广州名励大厦等高层建筑的建设过程中得到了成功应用。在我国5.12大地震灾后的重建工程中, 方钢管混凝土异形柱结构作为一种新型结构在映秀镇渔子溪村的建设中得到了应用。方钢管混凝土异形柱是通过缀条或缀板连接单根钢管混凝土柱构成的, 其截面形式如图3所示[11]。

4、异形截面钢管混凝土柱静力性能的研究

目前对异形截面钢管混凝土柱静力性能的研究尚不充分, 主要集中在以下几个方面:轴压偏压承载力研究, 稳定性研究等。同济大学的吕西林, 王丹[12]对T形和L形钢管混凝土柱进行了低周反复荷载下的拟静力试验。试验中考虑了轴压比、钢管壁厚、混凝土强度等级对T形、L形钢管混凝土柱延性和极限承载力的影响。得出以下结论:L形、T形柱由于腹板受压造成钢板外鼓明显以致开裂, 钢板屈曲部位出现混凝土压碎现象, 造成钢管混凝土异形柱承载力下降;T形钢管混凝土柱随轴压比增加, 极限荷载提高的幅度减小;L形柱极限承载力随轴压比增加而下降;钢管壁厚增加导致构件极限荷载和延性性能随之提高;两柱的延性都与轴压比负相关, 即轴压比越大, 构件的延性越差;混凝土强度等级提高对极限荷载增加很明显, 而内部混凝土强度等级的变化对延性的作用效果不是十分显著。

同济大学的陈之毅、沈祖炎进行了轴压承载力L形钢管混凝土短柱的试验研究, 分别制作了1根L形空钢管短柱作为对比试件, 对6根L形钢管混凝土柱进行了轴压试验。影响试件的参数因素主要是宽厚比、肢长和有无加劲肋;最后分析和计算了钢管混凝土柱L形截面极限承载力, 主要得出如下结论:短肢L形钢管混凝土柱属于压皱破坏, 破坏时在柱高中部形成多个峰波;而长肢L形钢管混凝土柱破坏多发生在端部, 变形发展不充分;加劲肋可提高短肢柱的延性, 对长肢柱轴压承载力和延性无明显作用;L形截面钢管混凝土柱继承了钢管混凝土柱的特性, 提高了试件的承载力和稳定性;钢管对提高短肢L形钢管混凝土柱的承载力作用显著, 但对长肢柱没有明显影响。

武汉大学的杜国锋[14]等在考虑肢宽、肢厚、腹板宽度和管壁厚度等参数的基础上, 对组合T形钢管混凝土柱轴心受压性能进行研究, 通过轴心受压试验, 考察试件的破坏形态, 测得试件的荷载―变形曲线, 分析各参数对钢管混凝土T形短柱轴心受压力学性能的影响。界定了长柱和短柱的长细比范围, 得到短柱和长柱的破坏形态, 探讨了钢管壁厚、钢材和混凝土的强度对柱的极限承载力影响。参考国内外有关矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和计算方法, 在分析试验数据的基础上, 建立了钢管混凝土T形短柱轴心抗压极限承载力计算公式, 公式可供实际工程设计参考。

武汉大学的徐礼华[15]等对T形钢管混凝土组合柱的抗剪和抗弯性能进行了研究, 考虑剪跨比、轴压比、套箍指标等参数对试件性能的影响, 对试件进行静力加载试验, 试验结果表明:试件的抗弯承载能力极限随钢筋强度的提高和钢管壁厚的增大而增大, 混凝土强度等级和剪跨比对其影响并不显著, 以结构塑性极限理论和经典力学为基础, 建立T形钢管混凝土组合柱纯弯极限承载力的计算公式, 试件的抗剪承载力随轴压比和套箍指标的提高而增大, 随剪跨比的提高而减小, 建立了组合T形钢管混凝土试件抗剪承载力的计算公式。

厦门理工学院的陈惠满[16]等基于平截面假定和钢筋与混凝土的本构关系, 利用截面内力平衡, 推导出包含任意截面形状的异形钢管混凝土柱刚度矩阵简便表达式。柱截面刚度为钢管和混凝土两部分刚度的叠加, 该表达式清晰、简便, 适用于任意材料本构关系。他们将文中公式分析结果与其它文献实验结果进行了比较, 公式分析结果与实验结果正好吻合。由他们推导出的计算方法可用于异形钢管混凝土柱正截面承载力分析。

内蒙古工业大学的曹玉生[17]采用逐级增加曲率的方法, 使用C++程序设计语言编制计算程序, 对异形钢管混凝土柱进行非线性全过程分析。研究表明, 影响异形钢管混凝土截面延性的因素有:荷载角, 轴压比, 含钢率, 钢管等级, 混凝土强度和截面大小。分析所得数据得:随着钢管强度等级的增加, 截面的承载能力、曲率和延性均有所提高;随混凝土强度等级的增加, 截面的承载能力增强, 但是曲率延性降低。同时, 对于异形柱截面, 随着截面尺寸的增加, 截面的曲率延性降低, 承载力提高。在所有的截面曲率影响因素中, 轴压比的影响最大。在同等情况下, 十字形柱截面的延性最好, T形柱截面次之, L形柱截面延性最差。

哈尔滨工业大学的赵毅[18]对T形和十字形钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行了研究, 分析了设置钢筋加劲肋对普通钢管混凝柱力学性能的影响;利用有限元分析软件ABAQUS模拟分析异形钢管混凝土轴压短柱的力学性能, 并通过试验验证了理论分析结果的正确性, 得出结论:钢筋加劲肋使钢板的力学性能得以改善;改变钢筋加劲肋焊点间距可以提高钢板的屈曲承载力;T形钢管混凝土中钢板对核心混凝土约束效果不显著, 钢管在破坏时呈现明显的多波屈曲;钢筋加劲肋可有效延缓钢板屈曲的发生, 改善柱子的延性;混凝土浇注质量对异形钢管混凝土柱比较重要;钢板屈服强度越高、截面含钢率越大、混凝土强度越低, 异形钢管混凝土柱的延性越好 (图4) 。

哈尔滨工业大学的杨远龙[19]对T形截面钢管混凝土柱的抗震性能展开试验研究, 试件为一根不加劲混凝土柱, 一根加劲钢管混凝土柱和一根钢筋混凝土柱对比试件 (如图5所示) , 对它们进行压弯滞回性能试验, 探讨试件的破坏模式和滞回性能, 分析了钢筋加劲肋的作用机理及钢管的约束作用。得出结论:钢管混凝土T形柱相比钢筋混凝土T形柱破坏程度小, 初始刚度、屈服荷载大, 耗能性能好, 但延性相比钢筋混凝土弱;带加劲肋的钢管混凝土T形柱相比无加劲肋的力学性能有所改善, 屈服荷载和极限承载力提高显著, 延性改善不大;加劲肋的设置可能导致钢管过早发生变形, 但不会对后期力学性能产生不利影响。

目前, 对异形截面钢管混凝土柱的静力性能的研究以单一荷载作用为主, 而弯剪扭复合受力方面的研究比较少, 可以作为以后研究的重点。

5、异形截面钢管混凝土柱节点研究

异形截面钢筋混凝土具有受力截面小, 抗剪承载力低, 是制约异形柱结构推广和应用的关键因素。有关异形截面钢管混凝土柱的节点可以借鉴方钢管混凝土柱的节点形式。目前, 方钢管混凝土柱的节点形式主要有内加强板式节点、外加强板式节点、贯穿加强板式节点、内隔板式节点、外隔板式节点。针对目前异形截面钢管混凝土柱的实际情况, 采用内隔板式节点比较好。 (如图5) 此为T形钢管混凝土柱与H形钢梁节点, 主要由内锚固板、钢筋加劲肋通过焊接而成。其传力机理是:梁的翼缘传递弯矩, 剪力由梁的腹板传递到柱, 其中内锚固板主要是在钢梁受弯时, 限制阴角的变化, 防止钢管外部鼓曲。钢筋加劲肋主要增大腹板的抗剪能力, 防止腹板受压区的屈曲, 解决局部有较大压力的腹板稳定问题[20]。

西安建筑科技大学的葛广全[21]对异形截面钢管混凝土柱-钢梁节点进行了试验研究, 节点为贯通式, 主要进行低周反复加载试验, 分析比较肢高肢厚比不同的情况下节点的滞回性能、强度及延性、破坏特征, 得出结论:T形钢管混凝土柱-钢梁框架节点和普通钢结构节点一样, 具有较好的延性和相同的破坏特征, 滞回环饱满, 耗能性能良好, 具有较好的抗震性能;对于T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点, 在肢高肢厚比不大于3的情况下, 节点的承载能力与肢高肢厚比是正相关的关系看, 即随着肢高肢厚比的增加, 节点的承载能力也会相应提高;焊缝质量是影响T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点抗震性能的关键。焊接不均匀产生的应力重分布会严重影响节点的稳定性。

北京工业大学的陈静、张玉敏[22]主要进行的研究工作是低周反复水平荷载试验和节点冲切试验, 试件分为2组10个模型相似比为1/2的异形钢管混凝土柱-板, 试验内容主要包括节点的冲切受力特性、极限荷载、受力过程、开裂荷载、破坏荷载以及破坏形态等, 利用试验中得到的数据画出试件的滞回环曲线、托板应变曲线、骨架曲线以及钢筋应变曲线。结果表明:我国《混凝土结构设计规范GB50010-2002》中公式7.7.1-1可用于异形板柱节点抗冲切设计, 异形钢管混凝土柱-板铰接节点冲切承载力只比普通混凝土板柱节点高一点, 不是十分明显;滞回曲线狭长, 构件的延性比较好, 铰接性能好, 抗侧移能力强, 符合《建筑抗震设计规范GB50011-2001》的要求, 保证结构在大震中的安全。节点处托板应变可以近似看做弹性阶段, 变形能力较好, 节点承受的局部弯矩小, 可有结构自身的内力与之平衡。异形钢管混凝土柱-板节点的性能与矩形钢管混凝土柱-板节点在滞回曲线、冲切承载力以及抗侧移等性能上相差不大, 可用于大空间钢管混凝土柱板高层节能住宅结构体系。

西安建筑科技大学的侯文龙[23]等利用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土异形柱框架节点进行了非线性有限元分析, 并且着重对影响节点受力性能的因素诸如肢高肢厚比, 轴压比, 钢管壁厚等进行了定性分析, 通过计算得到了钢管混凝土异形柱框架节点的应力云图。将计算所得的结果与试验结果进行了比较, 两者结果吻合。结果表明:异形柱框架节点受力明确, 传力途径清晰, 肢高肢厚比和轴压比对节点受力性能的影响较大。试验结果还表明, 方钢管混凝土异形柱破坏时方钢管与混凝土均已达到极限强度, 其整体变形和单肢变形都不明显, 各肢变形相对比较协调。

异形截面钢管混凝土结构的推广和应用过程中, 首先需要解决的是框架的节点问题。没有框架节点就不能形成完整的框架结构, 节点的稳定性十分重要, 在承受突加荷载、永久荷载及水平风荷载的组合作用下能使剪力和弯矩得到有效的传递, 在施工中会更容易设置节点。所以, 当前我们需要对梁-柱节点形式、力学性能、抗震性能等进行深入研究, 这是钢管混凝土结构未来发展和应用的重中之重[24,25]。

梁与钢管混凝土异形柱节点在承受地震荷载作用时, 柱和框架梁传来的剪力、弯矩和轴力作用于节点部位, 因为钢管的套箍作用使内部混凝土处于三向受力状态, 大大增加了混凝土的抗压强度和承载能力, 此时节点的受力情况不是单一荷载作用, 而是更多处于剪力和弯矩的作用下。1980年以来, 国内高校关于普通截面钢管混凝土柱和梁柱节点的抗震性能做了很多试验研究, 积累了不少宝贵经验。国内外专家在新型节点研究工作中, 一般都要考虑柱轴压比等对节点力学性能的影响, 更合理地研究异形柱与梁之间节点的各种性能, 他们利用静力、拟静力和振动台试验在节点模型的基础上得到节点的σ-ω曲线、承载能力标准值、设计值等数据然后比较节点在控制轴压比变化的情况下滞回性能、延性、耗能性能、破坏机理及破坏特征是如何变化的, 以此作为评价节点力学性能的标准。

6、结语和展望

(1) 异形截面钢管混凝土柱较之传统钢筋混凝土柱具有极限承载力高、延性好、抗震性能好、施工简便、经济效益好等优点, 适用于抗震设防烈度更高的区域, 在满足承载力和刚度要求, 又不显著增大柱截面面积的基础上, 可以做到内墙不外凸, 增大了室内使用面积, 较好地满足了建筑使用功能, 是现代工程应用重要的结构体系, 其应用前景十分广泛。

(2) 对异形截面钢管混凝土柱的研究才刚刚起步, 研究手段、试验方法很多还不是很成熟, 没有形成系统的异形柱设计规范, 有关异形柱承载力的计算方法较少, 只是借助于试验数据的分析, 得出承载力计算公式。

(3) 对异形截面钢管混凝土柱在动力荷载作用下的动力性能研究较少, 可以作为以后研究的重要方向。关于异形截面钢管混凝土柱节点尚不够成熟, 节点的计算模型尚不明确, 还没有一套完整的计算理论和设计方法, 因此以后有关节点的研究工作可紧密围绕在这些方面, 出台系统的全面的异形钢管混凝土柱的设计规程。

异形钢管混凝土柱篇2

一、异型柱的概念

异形柱是指根据建筑平立面设计、布置、使用功能的需要，在满足结构强度、刚度和稳定性等前提条件下，采取不同几何形状截面而成的柱，诸如T、L、十字（不含Z字形）形状截面的柱。在构造上，异形柱截面一般要求各肢厚度不宜大于300mm，肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。

二、异型柱的受力性能与基本构造

异形柱各肢肢长可以相等，也可以不相等，但提倡采用等肢异形柱。异形柱由于多肢的存在，其受力中心与截面形心往往不重合。在受力状态下，各肢会产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力会使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，增加异形柱的脆性，从而降低异形柱的变形能力。为了尽可能达到异型柱本身的受力均衡性，提高结构的抗震性和破坏延性，结构设计人员可以在抗震设计时采用等肢异形柱；在整体梁柱结构布置时，尽可能采用对称布置，使结构和各构件受力更均衡。

异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构的不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。因此，结构设计人员应按照空间体系来考虑异形柱结构，优先采用具有异形柱单元的计算程序来分析内力。因异形柱和剪力墙受力不同，所以不能按剪力墙的建模来计算异形柱。作为异形柱延性的保证措施，结构设计人员必须在计算过程中严格控制轴压比，同时避免剪跨比小于2（短柱）或柱净高与柱肢截面高度之比小于4，并且剪跨比在抗震设计时不应小于1.5。针对剪跨比小于2的异形柱，轴压比限值应比大于2的异形柱相应数值减少0.05；二三级抗震等级柱的箍筋体积配箍率不应小于1.2%；当三四级抗震等级异形柱的剪跨比小于2时，箍筋间距不应大于100mm，箍筋直径不应小于8mm，且全高加密。因此，采用异形截面柱的建筑在设计中应尽量避免出现短柱，并在构造上采取加强措施。

控制柱截面轴压比的目的在于要求柱应具有足够大的截面尺寸与抵抗强度，以提高柱的变形能力和破坏延性，满足抗震要求。根据异形柱的形状、自身的受力性能和外部受力状况，其轴压比也会有所不同。在相同的抗震等级条件下，L形轴压比限值最小，T形轴压比较大，十字形轴压比最大。

当然，异形柱也和其他结构构件具有相同或相似的构造要求，如异形柱、梁的纵向受力钢筋的接头可采用焊接、机械连接或绑扎搭接，接头位置宜设在构件受力较小处。在层高范围内，异形柱的每根纵向受力钢筋接头数不应超过1个，它的纵向受力钢筋在同一连接区段的接头面积不应大于50%，连接区段的长度应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定来确定。

三、异型柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的区别

建筑界所讲的“异形柱”特点，是指截面肢薄，由此引起构件的受力、变形、构造做法、受力性能与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的一系列差异，其形式与短肢墙相似，但不能按短肢墙建模来计算。按照规定，异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙在定义上的区别主要表现在截面高宽比的不同，即矩形柱高宽比应小于或等于3，且柱截面不宜小于250mm；异形柱截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高与肢厚比小于4，肢厚小于300mm，但不应小于200mm，肢高不小于500mm；短肢剪力墙是指墙肢高与墙肢的厚度比不小于4且不大于8的剪力墙结构，常用的有T字形、L形、十字形、Z字形、折线形，它与普通剪力墙的区别在于普通剪力墙肢高与墙肢的厚度之比大于8。

异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的区别主要表现在受力变形、破坏形式不同。

（1）异形柱受力形式接近矩形框架柱，即剪切变形、双向偏压，计算时应该按柱输入。一字形柱截面（通常称扁柱）两主轴方向抗弯能力相差甚大。不论是在风荷载、梁板荷载的作用下，还是在地震的作用下，结构中的柱一般都要受到两个方向的弯矩同时作用。由于截面厚度太单薄，它在双向剪力作用下的性能也存在缺陷。由GB50011柱双向受剪承载力计算公式可见，柱截面相邻两边长相差越多，其斜向受剪承载力越低。因此，框架柱在截面最小宽度方面有限制，即不宜小于250mm，而异形柱与短肢墙、普通剪力墙均不宜采用一字形，特别是抗震结构中。因此，结构设计人员应尽量少用和慎用柱截面宽度只能是200mm的一字形柱、截面高宽比不大于5的矩形柱，特别是抗震结构中。如果必须采用这类异形柱，也只能使用局部小跨度、低层结构高度低和受力状况不复杂的结构，而且还要采取更加严格的构造措施，如加大配箍率、加密箍筋、加大箍筋截面、降低结构柱限制轴压比等。

（2）普通剪力墙受力变形是剪弯变形，计算时按墙输入。短肢剪力墙变形接近于普通剪力墙。

（3）异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的延性也不相同，普通剪力墙最大，其次是短肢剪力墙，异形柱最小。所以，它们的适用范围不同，构造也不相同。

四、总结

异形柱其实是介于柱与剪力墙之间的一种构件，它的产生和许多新生事物一样，具有很强的生命力和竞争力，并且受到了大力的推广和广泛的应用。随着国家行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》的颁布，砼异形柱结构将建筑美观、使用功能的灵活性与建筑结构合理的受力性能有机地结合起来，为用户提供了理想的居住环境，受到了房地产开发商和广大用户的欢迎。由于它符合室内布置的要求，且与墙体（指填充墙）连接效果良好，在我国许多省市的住宅建筑中广泛应用。但对异形结构的应用尚处于初始阶段，还没有形成系统的理论研究，国家现行规范没有对一些具体与异形柱混用的结构作出明确的规定。如国家现行规范中规定异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式，但在实际应用中，异形柱结构的最顶层是可以采用砌体墙承重的混合结构形式，但该砌体墙承重的混合结构层应按抗震要求设置构造柱与圈梁，并且这种设计最顶层异形柱框架结构受力与完全采用异形柱框架结构受力形式是一样的。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱可以全部采用异形柱，也可以部分采用普通的框架柱。当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可以通过框架底部抽柱，并设置转换梁，形成底部抽柱带转换层的异形柱结构。

总之，异形柱框架结构、异形柱框架—剪力墙结构有着较大的市场需求。设计人员应根据其受力特点，提高异形柱结构设计的理论水平，选择合理的结构形式。并且只有正确掌握了计算机的分析方法，在确保其结构合理与经济适用的前提条件下，保证其结构的安全、可靠。运用计算机进行正确的结构分析与截面配筋，规范与归纳已成体系的异形柱设计理论和实践经验，并深入研究与推广应用，贯彻执行国家技术经济政策，为混凝土异形柱结构在设计及施工中做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量保驾护航。

异形钢管混凝土柱篇3

异形柱应用于高层住宅建筑能使结构避免肥梁胖柱, 避免房间出现棱角, 适合建筑布局, 提高使用面积;节约大量钢支撑, 大大缩短了工期, 提高了工程质量。近年来钢管混凝土异形柱已经成功地运用在实际工程中, 如:广州名励大厦、江门中旅大厦等大型建筑工程中。钢管混凝土异形柱结构作为一种新型的结构形式在理论、试验研究以及实际工程中都缺乏可靠的设计施工依据, 目前对钢管混凝土异形柱的理论和应用研究还比较少, 主要有同济大学进行了T形、L形钢管混凝土柱抗震性能研究, 华南理工大学提出了带约束拉杆的T形、L形钢管混凝土柱。本文对T形钢管混凝土异性柱与钢梁节点进行了低周反复荷载试验及分析, 其结果, 可以为该类型节点的设计提供参考。

1 T形钢管混凝土异性柱与钢梁节点传力机理

钢管混凝土节点在地震作用下, 承受柱和框架梁传来的轴向力、弯矩和剪力[4]。但钢管使核心混凝土三向受压, 其节点内力比较复杂。大多数抗弯节点同时承受剪力和抵抗弯矩, 对于刚性节点[5], 弯矩是以翼缘上受拉和受压的形式由梁传给柱[12,7], 在T形钢管混凝土异形柱与钢梁节点中, 压力是由混凝土和钢管共同承担, 而拉力是由内设的水平加劲板和钢管腹板来共同承担。水平加劲板是用熔透焊在与钢梁上下翼缘相同位置高度处在钢管内部与柱翼缘相连接的, 由于钢梁翼缘中的拉力主要通过水平加劲肋传递[8], 试验设计中作如下假定: (1) 节点弯矩等于梁塑性弯矩; (2) 弯矩是通过梁翼缘以一对力的形式传递, 钢梁中的剪力通过焊缝传递给腹板[10]。试件设计破坏形式重要有以下几种: (1) 水平加劲板受拉破坏; (2) 柱腹板拉裂破坏; (3) 钢梁翼缘受拉破坏[5]。

2 T形钢管混凝土异性柱与钢梁节点试验设计

2.1 试件尺寸、参数设计及材料性能实验

试验试件采用1/2缩尺进行制作, 如图1, 混凝土与试件钢材参数如表1、表2所示[13], 钢管由钢板拼焊而成, 采用角焊缝。工字型钢梁由三块钢板全熔透焊接而成, 钢梁上下翼缘与柱壁采用设有垫板的对接焊缝, 混凝土使用商品豆石混凝土直接进行浇灌。

2.2 试验装置及加载制度

本次试验是梁柱节点试验, 以节点域为主要研究对象, 为了更好地反映实际情况, 故采用柱端加载的方法, 加载点设置在柱上端。

(1) 试验设备主要有:加载设备, 反力墙, 试验台座, 荷载架, 支撑架, 其中加载设备采用电液伺服加载系统, 如图2。

(2) 预测数据有:荷载大小, 支座反力, 支座位移, 荷载-变形曲线, 梁塑性铰区曲率和截面转角等。

(3) 加载制度:按照《建筑抗震试验方法规程》 (JGJ101-96) [3]的规定采用力-位移控制混合加载制度, 如图3所示。

(4) 加载:首先, 将柱顶荷载加到设计值N如表3所示, 并且保证在整个试验过程中, 变化幅度在其值的5%内。然后在柱端分级加载屈服水平地震力P如表3所示。

3 试验现象与试件破坏形态

对于T2试件当柱端荷载小于80k N时, 节点核心区的应变片均未达到屈服应变, 整个节点域处于完全弹性工作状态。当柱端推力超过80k N时, 经过三圈循环节点核心区有个别测点达到屈服应变, 继续加载当推力达到190k N时, 节点核心区大部分测点达到屈服应变, 此时可以确定屈服荷载大概为190k N, 屈服位移为24mm, 随后开始位移控制加载, 每级增加10mm, 当推至37mm第二圈时, 节点核心区柱翼缘上部与节点域腹板连接处竖向焊缝开裂如图4 (a) , 承载力开始下降, 当推至51mm左右时, 节点核心区柱翼缘上部与节点域腹板连接处竖向焊缝开裂延伸贯穿整个节点域如图4 (b) , 钢管柱T形面出现凹陷如图4 (c) , 承载力急速下降, 试件破坏。

T3试件与T2试件试验现象过程基本相似, 屈服荷载大概为280k N, 屈服位移为34mm, 此时可以听到柱内有明显的响声, 可以推断钢管柱内混凝土开始破坏, 当推至55mm左右时, 节点核心区柱翼缘下部与节点域腹板连接处竖向焊缝开裂, 承载力达到最大, 随后开始下降, 当推至70mm左右时, 节点核心区柱翼缘下部与节点域腹板连接处竖向焊缝开裂延伸贯穿整个节点域, 钢梁下翼缘焊缝拉断如图4 (d) , 承载力急速下降, 试件破坏。

4 试验结果与分析

试件滞回曲线如图5所示, 从滞回曲线上可以观察到:

(1) T2试件在荷载小于190k N, T3试件在荷载小于280k N时, 力和位移基本呈线性关系, 滞回曲线直线上升, 刚度无明显退化, 残余变形也很小, 试件处于弹性状态, 随荷载增大, 滞回曲线都比较饱满, 试件具有良好的强度和延性特征, 而且彼此大体形状相似, 表明此种节点具有较好的抗震性能, 即较强的耗能能力。

(2) 所有试件在正向或者反向加载达到极限荷载时, 节点核心区柱翼缘与节点域腹板的焊缝突然开裂, 承载力急剧下降, 焊缝开裂后所有试件随着柱端力的增加, 柱翼缘在工字梁翼缘的拉力作用下, 裂缝逐步加宽, 承载力也随之逐步下降, 图中滞回曲线下降段呈阶梯状。

(3) 根据我国《建筑抗震设计规范》[11]中对钢结构弹塑性层间位移角限值为1/50的规定, 以本试验的结果来看, 在设计规范所允许的层间位移角范围内, T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点能够保证结构承载力不退化。

从滞回曲线可得到节点试件的骨架曲线, 如图6所示, 从图中可以看出:

(1) 所有试件在达到极限荷载后, 均能表现出良好的延性和后期变形能力。具有较高的承载力和弹性刚度。

(2) T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点试件的骨架曲线有着较长下降段, 在大位移阶段具有良好的延性。

(3) 从骨架曲线可以看出T3试件比T2试件具有更高的承载能力, 这主要是因为T3试件的肢高肢厚比为3, T2试件为2, 从而T3试件节点域核心区面积也就相应较大。

5 结语

(1) T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点和其他常规钢结构节点一样, 具有较好的延性和相同的破坏特征, 且有较好的抗震性能。

(2) 对于T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点, 在肢高肢厚比不大于3的情况下, 随着肢高肢厚比的增加, 节点的承载能力会有所提高。

(3) 焊缝质量是保证T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点抗震性能的一个重要因素。

摘要：本文通过低周反复加载试验对2个T形带加劲肋柱贯通式钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点进行了试验研究, 研究了不同肢高肢厚比情况下节点的滞回性能、强度及延性、破坏特征等特性。试验结果表明, 钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点滞回环饱满、耗能能力较好, 强度和延性较高, 抗震性能较好。试验结果能够为这种新型结构形式在实际工程中的应用提供指导意见。

异形钢管混凝土柱篇4

摘要：通过对8个钢管混凝土柱钢梁单边螺栓连接节点进行轴拉及弯剪加载试验，考察了约束拉杆构造措施对节点核心区整体性的影响规律，同时对单边螺栓的工作性能进行了分析研究.试验结果表明：单边螺栓具有良好的力学性能，工作性能安全可靠；方钢管混凝土柱设置约束拉杆能有效限制管壁变形，显著提高节点核心区整体性，减少破坏区域；圆钢管因为管壁稳定性较好，设置约束拉杆对改善节点力学性能效果不明显；穿芯螺栓节点核心区整体性最好；在弯剪加载条件下，单边螺栓节点表现出良好的转动能力.试验结果可供同类研究参考与比较.

关键词：钢管混凝土；钢梁；端板连接；单边螺栓；静力加载

中图分类号：TU398 文献标识码：A

以往，梁柱半刚性节点多采用高强度螺栓连接，该类节点具有抗震性能优良、施工速度快、连接质量容易控制等优点，因而得到了广泛的工程应用[1-2].目前国内外学者针对H型钢梁H型钢柱半刚性连接已进行了较系统的研究，但由于钢管柱为封闭截面，普通螺栓难以应用，因此相应半刚性连接研究较少.单边螺栓（Blind bolt）作为一种新型紧固件，具有单边拧紧、受力性能可靠、施工方便等优点[3-4]，可解决普通高强螺栓难以应用于闭合截面构件的问题.目前工程应用较多的单边螺栓主要有：英国Lindapter公司生产的HolloBolt和澳大利亚Ajax公司生产的OnesideBolt等.国内外一些学者对钢管混凝土柱钢梁单边螺栓连接节点进行了试验和理论研究.Uy等[5]进行了单边螺栓连接组合节点静力加载试验.王静峰等＼[3＼]对钢管混凝土柱钢梁单边螺栓连接节点进行了单调加载及往复加载试验.

因为该类螺栓是单边锁紧，在钢管宽厚比或径厚比正常使用范围内，管壁的过早屈服及过大变形常常成为节点破坏的控制因素，为了提高节点强度及刚度，常常使用宽厚比或径厚比较小的钢管，导致经济性不佳.一些学者提出增加单边螺栓端部锚固长度以及螺栓端部设置弯钩等措施[6-8]，上述构造措施有利于改善节点力学性能.本文拟研究在钢管内焊接约束拉杆，从而对管壁提供附加约束，延缓或避免钢管过早发生局部屈曲，以达到改善节点力学性能的目的.试验共设计了8个节点，其中6个节点进行轴拉加载，变化参数为拉杆数量以及螺栓种类，以考察约束拉杆构造措施以及螺栓类型对节点核心区整体性的影响规律；另2个节点进行弯剪加载，分析节点弯剪力学性能.

1试验概况

1.1试件的设计和制作

节点形式为钢管混凝土柱钢梁齐平端板连接，试件数量为8个，试件具体情况见表1.

方钢管采用冷弯型钢钢管，截面尺寸为200 mm×200 mm×5 mm，圆钢管采用直缝焊接管，截面尺寸为200 mm×3.6 mm，方钢管及圆钢管长度均为1 400 mm.钢梁选用热轧H型钢，截面尺寸为250 mm×125 mm×6 mm×9 mm，钢梁与端板采用双面角焊缝连接，端板厚度为14 mm.单边螺栓选用Lindapter公司生产的8.8级M20 HolloBolt，穿芯长螺栓采用8.8级M20规格高强螺栓，约束拉杆选用直径16 mm光圆钢筋.节点核心区详图如图1所示.

4个单边螺栓+4根约束拉杆

根据HolloBolt产品说明书[9]，采用扭矩扳手对单边螺栓施加300 N·m扭矩；对于穿芯螺栓节点，安装时将长螺栓穿过钢管混凝土柱预留孔洞，根据《钢结构设计规范》[10]，对8.8级M20穿芯螺栓施加了125 kN预拉力，预拉力数值通过在螺杆开槽粘贴应变片进行量测.在端板连接一侧，约束拉杆与钢管采用穿孔塞焊，无端板连接一侧，管壁处设置了垫板与钢管焊接.典型试件管内情况如图2所示.

1.2材料性能

管内核心混凝土采用普通混凝土，每立方米混凝土各材料的用量为：水泥447 kg，碎石1 183 kg，中砂610 kg，水210 kg.试验加载时混凝土立方体抗压强度为66.7 MPa，弹性模量为32 485 MPa.根据《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002）[11]对钢材力学性能指标进行测试，具体数值见表2.

1.3加载装置与加载制度

钢管混凝土柱两端采用压梁固定在刚性基础上，MTS作动器通过螺杆与钢梁端部加载板相连接，施加轴拉或横向荷载.为防止弯剪加载节点的钢梁发生失稳，设置了侧向支撑，试验装置如图3所示.试验时采用MTS作动器对梁端施加单调荷载，加载模式采用位移控制.

2试验现象及破坏模态

试验过程中详细观察了节点的破坏情况，发现主要破坏模态包括：1）钢管管壁角部撕裂；2）拉杆塞焊缝破坏；3）单边螺栓受拉拔出；4）端板显著变形.

JDS1， JDS2及JDS3变化参数为约束拉杆数量.JDS1与JDS2均发生了冷弯钢管角部撕裂破坏，如图4所示.相比较于未设置约束拉杆的JDS1，JDS2由于设置了4根拉杆，钢管角部裂纹未贯通，管壁变形明显减小，而设置了8根约束拉杆的JDS3钢管管壁未发现破坏现象，管壁平面外变形很小，可知拉杆构造措施增加了管壁的稳定性，明显提高了节点核心区整体性，有利于各组件协同受力，防止管壁成为节点薄弱区域、发生过早破坏.JDS2及JDS3加载后期拉杆与管壁塞焊缝均发生撕裂破坏，主要原因是拉杆与管壁垂直点状焊接，在荷载作用下焊缝处应力集中显著.

（a）轴拉加载

（b）弯剪加载

采用圆钢管混凝土的JDC6核心区设置了4根约束拉杆，其破坏模态与未设置约束拉杆的JDC5相似，单边螺栓受拉拔出是其主要的破坏模态，加载后期端板和管壁之间出现较大缝隙，如图5所示.

如图7所示，在弯剪荷载作用下，节点JDS7冷弯钢管受拉区角部撕裂，受拉区拉杆塞焊缝下陷断裂；JDC8加载后期螺栓孔附近管壁撕裂，单边螺栓受拉拔出，弧形端板与钢管之间出现明显间隙.总体而言，方形及圆形节点在弯剪荷载作用下表现出良好的变形能力.所有节点在加载过程中，单边螺栓均未发生断裂破坏，工作安全可靠，力学性能良好.

通过比较轴拉节点荷载位移曲线可知，对于方钢管混凝土，核心区焊接4根约束拉杆的JDS2抗拉承载力比无加强措施的JDS1提高32.2%；核心区焊接8根约束拉杆的JDS3抗拉承载力比JDS1提高42.9%；JDS4采用穿芯螺栓连接，抗拉承载力在6个轴拉节点里面最大，为JDS1的2.55倍.对于圆钢管混凝土，核心区焊接4根约束拉杆的JDC6抗拉承载力比无加强措施的JDC5提高1.5%.由此可知，方钢管内焊接约束拉杆能有效限制管壁变形，显著提高节点核心区整体性；圆钢管因为管壁稳定性较好，设置约束拉杆对改善节点力学性能效果不明显；穿芯螺栓节点因为长螺栓贯通整个钢管混凝土柱，核心区整体性最好.

JDS1， JDS2及JDS3初始抗拉刚度差别微小，主要原因是加载初期，荷载主要由单边螺栓在混凝土中的锚固黏结力所承担，约束拉杆还未在约束管壁变形中发挥明显作用.

通过比较弯剪节点荷载位移曲线可知，该类半刚性节点具有良好的转动能力，方钢管节点与圆钢管节点弯矩超过抗弯承载力后，均有较明显的平台段，曲线下降不明显，说明此类节点延性较好，有利于满足抗震设计要求.圆形截面节点管壁厚度小于方形截面节点，但弯剪承载力高于方钢管混凝土节点.

3.2应变数据分析

图9为方钢管跨中侧面纵向应变片布置示意图，图10为方钢管应变发展曲线.从钢管跨中侧面纵向应变片发展曲线可知，钢管混凝土柱作为承受横向荷载构件，上部受拉，下部受压，中和轴偏向于受压区.由图10还可发现，随着管壁约束的增强，其峰值应变明显提高，原因是约束拉杆可增强钢管混凝土柱的整体性，使其能充分发挥结构强度，并承担更大的荷载.JDS4核心区整体性最好，钢管纵向峰值应变最大.

图11为圆钢管典型部位应变片布置，圆形节点应变片沿钢管环形布置，其中1， 2， 3为纵向应变片，4， 5， 6为横向应变片，图12为轴拉节点圆钢管应变发展曲线.钢管纵向应变上部受拉，下部受压；钢管横向应变底部受拉，其他部位为压应变，6个应变数据均未超过圆钢管屈服应变.2个节点应变发展规律相似，表明约束拉杆构造措施未明显改善钢管混凝土柱的受力性能.JDS7及JDC8钢管应变片测点数据基本处于弹性状态，不赘述.

典型试件的约束拉杆应变发展如图13所示，应变片粘贴位置为约束拉杆中部.从拉杆应变发展曲线可知，方形节点及圆形节点中约束拉杆基本处于弹性阶段.相对于圆钢管混凝土节点，方钢管混凝土节点中约束拉杆应变发展更充分，较好地发挥了约束效果，主要原因是圆形节点管壁稳定性较好，拉杆受力较小，因此加强作用不明显.

4结论

通过对钢管混凝土柱钢梁单边螺栓连接节点进行轴拉及弯剪加载试验，可得出以下结论：

1）单边螺栓作为一种连接闭合管截面的新型紧固件，具有良好的力学性能，工作性能安全可靠.该类单边螺栓连接节点安装方便、施工快速、连接质量容易得到保证，具有良好的工程应用前景.

2）在常用宽厚比范围内，单边螺栓连接方钢管节点核心区整体性较差，通过在方钢管内焊接约束拉杆，能显著提高节点核心区的整体性，有利于各组件协同工作，改善节点力学性能，并且随着约束拉杆数量的增加，核心区整体性也相应提高.圆钢管节点因为管壁稳定性较好，设置约束拉杆对提高节点力学性能效果不明显.穿芯螺栓节点核心区整体性最好，节点抗拉承载力为无加强措施的单边螺栓连接方钢管节点的2.55倍.

3）弯剪加载条件下，带约束拉杆单边螺栓连接节点表现出良好的转动能力，有利于满足抗震设计要求.

4）带约束拉杆方形节点在轴拉及弯剪加载条件下，约束拉杆塞焊缝发生断裂破坏，主要原因是拉杆与管壁垂直点状焊接，在荷载作用下焊缝处应力集中显著所造成的.

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型钢混凝土异形柱结构的研究进展篇5

异形柱与传统矩形柱不一样, 它是指截面形状为T形、L形、十形的结构柱[1], 由于设计时异形柱的肢厚一般与墙体厚度等同, 在结构布置上无柱边突出墙面, 为使用功能带来方便, 使房间面积使用率增大。在国内, 混凝土异形柱结构的研究始于二十世纪九十年代[2], 取得丰硕的成果, 并在2006年颁布我国第一版《混凝土异形柱结构技术规程》, 使得设计人员对混凝土异形柱结构设计有了依据。但在研究的过程中发现由于混凝土异形柱结构的承载力偏低, 轴压比限值严格, 耗能及延性等抗震性能不理想使得混凝土异形柱的应用得到限制。针对以上问题, 学者提出了型钢混凝土异形柱结构, 较好的弥补了混凝土异形柱结构的不足。

2 型钢混凝土异形柱研究

型钢混凝土异形柱指在混凝土异形柱里内插型钢的一种新型结构柱。现对型钢混凝土异形柱在柱截面、柱节点、框架模型、抗火方面的主要成果分别介绍。

2.1 型钢混凝土异形柱截面[3]

2004年开始, 广西大学的陈宗平等人较早地开始对型钢混凝土异形柱 (T型、L型、十型) 正截面及斜截面进行研究, 研究表明:相比传统的混凝土异形柱结构, 型钢的加入很好的提高其承载力, 延性及抗震性能。随后西安建筑科技大学赵鸿铁等人与广西大学合作对型钢混凝土异形柱结构进行系统全面研究, 成果显著, 提出型钢混凝土异形柱结构的正截面及斜截面承载力计算方法, 轴压比限值及型钢与混凝土粘结滑移本构关系。

2005年, 西安理工大学阙良刚等人开始对空腹式配钢的异形柱结构 (T型、L型) 进行了研究, 提出了型钢混凝土异形短柱的轴压比限值及抗剪承载力计算公式。

2010年, 沈阳建筑大学徐亚丰等人对实腹式配钢的异形柱结构 (T型、L型、十型) 在不同偏心受压的状态下研究其正截面承载力性能, 表明型钢的加入的确明显提高混凝土异形柱结构的承载力及延性。

2015年, 同济大学张波、方林等人对型钢混凝土十字形异形柱进行低周反复荷载试验, 研究其抗震性能, 指出相比传统的异形柱, 承载力高, 抗震性能好, 为型钢混凝土异形柱应用于高层提供试验依据。

2.2 型钢混凝土异形柱节点[4]

梁柱节点是结构传力枢纽, 对节点的研究也就至关重要。目前对型钢混凝土异形柱节点较全面的研究是广西大学和西安建筑科技大学。

2006年广西大学对空腹式T形柱与梁连接的平面边节点及空间边节点进了低周反复加载试验, 表明该节点变形能力好、抗剪承载力高、耗能能力强。随后2009年, 西安建筑科技大学对17个型钢异形柱框架节点 (9个边节点、4个角节点、4个中节点) 进行研究, 发现边节点延性最好, 角节点次之, 中节点最差;实腹式配钢节点延性优于空腹式配钢节点, 紧接着提出了实腹式和空腹式配钢节点的抗剪承载力计算公式, 在2011年提出了在剪扭复合状态下, 实腹式和空腹式配钢节点的承载力计算公式。

2015年广西大学陈宗平, 徐金俊, 薛建阳通过改变配钢形式、加载角度及轴压比来研究型钢混凝土异形柱-钢梁空间节点的抗震性能, 得出实腹式配钢试件承载力最好, 刚度退化小;45度的节点抗剪承载力最大;节点的受剪承载力和耗能能力随着轴压比的增大而变大。

2.3 型钢混凝土异形柱框架结构[5]

为了得到型钢混凝土异形柱在实际使用中的整体性能, 需要对型钢混凝土异形柱框架进行研究, 目前该方面的研究还处于初始阶段, 只有广西大学和西安建筑科技大学对其进行了初步研究。

2007年广西大学杨涛等人对1榀1/2比例的实腹式配钢T形柱与钢筋混凝土梁组成的单跨两层框架进行了拟动力试验和低周反复加载试验, 得出型钢混凝土异形柱框架刚度大, 耗能能力强, 抗震性能好等优点;2011年西安建筑科技大学依次对尺寸相同, 几何相似比都为1/2.5的型钢混凝土异形柱与钢筋混凝土梁组成两跨3层框架 (空腹式配钢中框架、实腹式配钢边框架、实腹式配钢中框架) 进行研究, 表明型钢混凝土异形柱框架属于典型的“强柱弱梁, 强节点弱构件”的结构, 具有良好的抗震、抗倒塌性能, 且实腹式配钢的耗能性能比空腹式配钢更优越。

2.4 型钢混凝土异形柱抗火[6]

型钢混凝土异形柱作为主要的承重构件, 它的耐火性对整个结构的火灾安全有着举足轻重的作用。

国内对型钢混凝土异形柱抗火的研究鲜有报告, 2011年青岛理工大学对型钢混凝土异形柱 (L型、T型、十型) 在ISO-834标准升温曲线下的抗火性能进行了研究, 得到了火灾下柱的竖向和侧向变形位移及表面裂缝分布规律, 获得了火灾后的柱的初始损伤状态, 并提出了适用于高温下型钢混凝土异形柱的正截面承载力计算的折算截面法。2012年苏州科技学院对十截面型钢混凝土异形柱抗火性能进行研究, 实验表明:耐火极限随着荷载比、偏心率的增大而变短;随着截面尺寸的变大而越长;含钢率及配筋率对耐火极限的影响较小。

3 展望

型钢混凝土异形柱的研究在短短的十几年内已经取得了一定的成果, 但仍有一些问题需要进一步研究:

(1) 型钢混凝土异形柱框架模型在振动台上的动力响应及抗震性能研究;

(2) 型钢混凝土异形柱节点的抗扭性能的研究及计算方法;

(3) 型钢混凝土异形柱抗火性能方面研究补充。

参考文献

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[2]薛建阳, 刘祖强, 赵鸿铁等型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状[J].工业建筑, 2014, 44 (3) :134-146.

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[5]杨涛T形截面钢骨混凝土异形柱框架抗震性能试验研究[D].南宁:广西大学2007.

浅析钢筋混凝土异形柱延性性能篇6

异形柱是指有别于通常使用的矩形、圆形截面而言的L、T和十字形等异形截面柱。其截面各肢长与肢厚之比不大于4, 柱肢一般与填充墙等厚。采用异形柱的结构可以避免普通框架柱在室内凸出、占用建筑空间的问题, 为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。随着异形柱结构在工程中的广泛应用, 异型柱结构的抗震性能一直为研究者所关注。为了满足建筑抗震设计中“小震不坏、中震可修、大震不倒”的基本准则, 要求异形柱结构必须具有较好的延性。所谓延性是指材料、构件或结构在荷载作用或其它间接作用下, 进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。在建筑抗震设计中, 延性设计和承载力设计具有同等重要的地位, 延性的好坏通常能够衡量一个结构在地震作用下的耐变形的能力和消耗地震能量的能力。在钢筋混凝土异形柱延性性能的研究上天津大学建筑工程学院的赵艳静、陈云霞、王玲勇等进行了系统的实验和大量的理论研究, 并根据钢筋混凝土双向压弯柱的工作原理, 提出了用非线性全过程分析方法来研究异形柱双向压弯柱截面延性的方法。

2 非线性分析基本方法

2.1 基本假定

根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、相关文献和已有的试验, 在进行钢筋混凝土异形柱非线性全过程分析时有如下基本假定:

(1) 平截面假定, 即在构件从加载至破坏的整个受力过程中, 每一截面的平均应变符合平截面变化规律;

(2) 不考虑受拉区混凝土的受拉强度;受压区混凝土的应力-应变关系采用Kent-Park模型;考虑混凝土受到箍筋的约束作用;

(3) 纵向钢筋的应力-应变关系取为理想弹塑性模型;

(4) 将柱截面划分为若干混凝土矩形小单元, 近似认为各单元上混凝土应力分布均匀, 其合力位于形心。将每根钢筋也作为一个单元, 钢筋处的合力位于其形心;

(5) 忽略混凝土收缩、徐变及温湿度变化引起混凝土的内应力和变形;假设钢筋与混凝土粘结良好, 变形一致。

2.2 数值计算方法

在已知竖向轴力N和荷载角α的情况下采用逐级增加曲率的方法计算钢筋混凝土异型截面柱弯矩曲率关系, 从而求得界面的曲率延性比。下面介绍其具体步骤:

(1) 对异形柱截面进行单元划分, 确定各混凝土单元形心坐标和各钢筋单元的形心坐标;

(2) 初步选定中和轴距坐标原点的距离R以及中和轴法线角度θ, 按下式求得截面上各钢筋以及混凝土单元形心至中和轴的距离:γi=R- (xicosθ-yicosθ) ;

(3) 给定初始截面曲率ψ0, 并根据平截面假定确定各混凝土单元和钢筋单元形心的应变:ɛi=ψ0γi;

(4) 根据基本假定中钢筋和混凝土的应力-应变关系可求得各混凝土单元和钢筋单元的应力;

(5) 在已知竖向轴力N和荷载角α的情况下, 利用平衡关系可以得到截面的内力, 其公式如下:

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其中, nc和ns分别为截面划分的混凝土单元数和钢筋单元数, Aci和Cci分别为第个混凝土单元的面积和应力, Asj和Csj分别为第j个钢筋单元的面积和应力, M'x和M'y分别是截面关于x、y轴的弯矩, M'为截面弯矩;

(6) 比较荷载抵抗角β (β=acrtan (M'x/M'y) ) 与外荷载角α以及所求轴力N'与给定轴力N是否满足误差要求。如果不满足则分别改变中和轴到原点的距离R和中和轴法线角度θ重新进行计算, 直到满足容许误差条件为止。此时的M'即为双向压弯柱在轴力N作用下截面曲率为ψ0时的弯矩值M;

(7) 以一个很小的步长Δψ逐级增加曲率, 利用迭代求得在一定的轴力N作用下各个曲率ψ所对应的弯矩, 并根据公式uφ=ψu/ψy计算截面的曲率延性比, 其确定截面的屈服曲率ψy和极限曲率ψu参考了文献[6]。

3 影响钢筋混凝土异形柱延性的因素

3.1 荷载角的影响

在异形柱结构中, 各柱肢通常采用L形、T形、十字形等非规则几何形状, 由于截面形状的特殊性, 决定了其在不同的荷载角作用下, 截面延性有较大的差异。荷载角影响延性的原因是其直接影响柱截面界限破坏时的钢筋和混凝土内应力和应变分布情况, 从而导致中和轴不同和受压区高度不同。大量试验研究表明:通常情况下, 对于常用L形、T形、十字形三种截面异形柱, 在最不利荷载角作用下, 十字形的截面延性最好, 和普通矩形柱相差不大, T形次之, L形最差。

3.2 轴压比的影响

轴压比对于钢筋混凝土的抗震性能影响很大, 是影响异形柱截面延性的最主要因素。试验研究和工程震害的事例已经表明:随轴压比的增加, 构件的延性都逐渐降低。当构件轴压比较小时, 受拉钢筋距离中和轴较远, 很容易屈服, 受压钢筋距离中和轴较近, 从而导致截面屈服曲率较小, 极限曲率较大, 使压弯构件的延性接近于受弯构件, 构件有较好的延性。随着轴压比的增大, 受压区边缘混凝土就会先压碎, 截面承载力下降较快, 从而导致极限曲率变小, 截面延性变差, 并且减弱了箍筋对构件延性的影响。因此, 为了确保结构和构件在地震作用下具有一定的延性, 2006年8月1日颁布的中华人民共和国行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149-2006 (以下简称《规程》) 规定了不同抗震等级条件下的轴压比限值。

3.3 约束箍筋的影响

箍筋不但提高了柱的抗剪能力以防止柱的剪切破坏, 还可以对受压混凝土起约束作用, 在箍筋的约束作用下, 受压混凝土处于三向受压应力状态, 受压强度较单向受压时有所提高, 同时也阻碍了混凝土斜裂缝的发展, 延缓了混凝土的破坏, 从而提高了柱的截面延性。大量试验研究表明:在低轴比作用情况下, 配箍率对延性的影响比高轴压比大。单纯增加箍筋直径、减少箍筋间距都能提高异形截面柱的截面曲率延性。其中箍筋间距的影响远大于箍筋直径对它的影响, 加密箍筋间距可以显著提高截面延性。因此在实际工程中, 异型柱一般采用复合箍筋, 宜选用Φ8、Φ10钢筋, 箍筋间距应比普通柱箍筋间距小些, 其体积配箍率ρv不宜大于2%。

3.4 剪跨比的影响

剪跨比是决定异形截面柱截面特性的主要因素, 根据剪跨比λ (λ=M/Vhc0) 的大小, 可将异形柱分为长柱 (λ>2) 、短柱 (1.5<λ≤2) 和极短柱 (λ≤1.5) 。一般情况下, 长柱常发生正截面破坏, 而短柱特别是极短柱则多出现斜截面受剪破坏。大量试验研究表明:异形柱为长柱时, 在单调荷载特别在低周反复荷载作用下一般发生延性较好弯曲破坏, 而若为短柱特别是极短柱一般发生延性较差的斜截面受剪破坏时, 脆性破坏较矩形柱显著。因此为避免异形柱出现斜截面受剪破坏, 《规程》中规定异形柱的剪跨比宜大于2, 同时为避免出线极短柱, 减少地震作用下发生脆性破坏的危险性, 还规定不应小于1.5。

3.5 混凝土强度的影响

混凝土强度等级对异形柱截面延性的影响主要反映在轴压比的变化之中。当外轴力一定时, 提高混凝土强度, 则降低了柱界面的轴压比, 无疑可以提高异形柱的截面延性。当轴压比相同时, 提高混凝土强度等级的同时提高了轴压力, 致使截面中和轴距受拉区边缘的距离变小, 在钢筋先屈服时屈服曲率会增大, 从而导致截面延性会略有减小, 但此时混凝土强度对截面延性的影响很小。

4 改善异形柱延性性能的措施

结构延性在结构的抗震中起着非常重要的作用, 通过对异形柱延性性能影响因素的分析, 给出在异形柱结构设计中改善异形柱延性性能的一些措施:

(1) 加厚异形柱肢。加厚柱肢来解决异形柱延性问题的方法在实际工程中已有应用。将异形柱肢厚由200mm加厚为 250mm, 异形柱截面积增加, 可以有效地降低柱子的轴压比。在不能提高混凝土强度的情况下, 加厚柱肢的方法有效的提高了异形柱延性。虽然, 由于柱肢及填充墙加厚至250mm, 丧失了因采用异形柱而提高建筑使用面积的优越性, 但只要肢厚不超过 250mm, 就仍然保留了柱棱不外露的优点。梁宽、柱肢厚达到 250mm, 既方便设计人员配筋, 又降低了施工难度, 对确保结构的安全非常有益。

(2) 设置暗柱。在轴向力和弯矩共同作用下, 异形柱柱肢部分是最脆弱的, 容易造成小偏心破坏, 肢端受压区边缘混凝土应变超过极限压应变值, 异形柱的截面曲率延性变差。在异形柱的各肢端部及各肢交汇处设置暗柱, 不但可以提高腹板端部配筋, 缩小拉压筋的比例, 而且可以提高端部混凝土的极限压应变和承载力, 可以显著地提高异形柱的延性及截面承载力, 并提高异形柱的轴压比限值。国内目前对带暗柱的异形柱的研究较少, 还需要今后进一步的理论试验研究。

(3) 采用高强混凝土。对于高强混凝土, 工程应用人员普遍认为它有两大缺点:技术难度大和延性差。但是, 随着新技术的应用以及对混凝土材料的深人研究, 高强混凝土长期以来被低估的性能已展现出来。高强混凝土在异形柱中的应用具有以下优点:可以减小柱内轴压比, 有利于提高柱的延性。此外其可减小异形柱截面肢长, 不易造成短柱。可以提高轴压强度, 使柱的剪跨比增大, 剪压比减小, 从而提高了柱的剪切抗力, 避免出现剪切型破坏, 提高结构的抗震性能。

(4) 应用钢纤维泥凝土。钢纤维混凝土是20世纪80年代开发出来的新型建筑材料, 它是在普通混凝土中掺入少量乱向短钢纤维形成的一种复合材料。钢纤维混凝土具有较高的抗拉、抗裂和抗剪强度, 良好的抗冲击韧性和抗地震延性。鉴于钢纤维混凝土具有的优良性能, 如能在异形柱结构的底层或底部几层应用钢纤维混凝土, 将会很好地增强异形柱的受力性能和改善异形柱延性。目前关于应用钢纤维泥凝土的异形柱研究还很少, 对延性提高的程度还需要今后进一步的研究。

改善异形柱延性性能的方法较多, 各种方法可以单独使用, 也可以混合使用来解决具体问题。除此之外还应尽快推广与应用建筑行业新技术、新工艺、新材料, 同时还希望针对在改善异形柱延性方面存在的某些具体问题 (如暗柱、钢纤维混凝土等) 进行更多的研究。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.混凝土异形柱结构技术规程 (JG J149-2006) [S].中国建筑工业出版社, 2006.

[2]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范 (GB50010-2002) [S].中国建筑工业出版社, 2002.

[3]田温苓, 周明杰, 陈向上.混凝土异形柱结构设计[M].中国建材工业出版社, 2007.

[4]王依群.混凝土异形柱结构理论及应用:全国混凝土异形柱结构学术研讨会论文集[M].知识产权出版社, 2006.

[5]张新培.钢筋混凝土抗震结构非线性分析[M].科学出版社, 2003.

[6]赵艳静, 陈云霞, 王玲勇.钢筋混凝土异形截面双向压弯柱延性性能的理论研究[J].建筑结构, 1999, (1) .

异形钢管混凝土柱篇7

1 试验概况

就目前异形柱的分类来看, 大致可分为三种类型, 即十形柱、L形柱和T形柱。为了确保试验结果的针对性和全面性, 本次试验共选12根异形柱作为试验对象, 每种类型的异形柱各四根, 相应的轴压比分别为0.182、0.456和0.730。每个模型柱均严格按照我国现行的抗震规范加密箍筋, 各个试件的混凝土强度等级均为C30, 并采用细石混凝土浇筑, 纵筋用直径分别为10、8、5的I级钢筋, 箍筋用8# 铁丝制作。

2 试验结果及分析

2.1刚度、承载力和延性实测结果及分析表1给出的是各个试件的初始弹性侧移刚度数值与计算数值的对比, 从表中我们能够看出, 在轴压比不断增加的情况下, 侧移刚度也会在一定程度上增加。同时, 通过对各个试件屈服荷载与极限荷载的试验我们可以得出, 随着轴压比的不断增加, 各个试件的屈服刚度也会有所提高, 然而相应的延性系数却会随之变小。带暗柱异形柱与普通异形柱相比, 在其他条件均相同的情况下, 其承载力及延性明显提高。通过对表1给出的各项数值的计算我们能够得出, 在接受试验的12根异形柱中, 十形柱ZXD-4的承载力和延性系数与ZXD-3相比, 分别提高了25.8%和41.1%。L形柱ZLD-4的正向承载力、负向承载力、正向延性系数和负向延性系数与ZLD-3相比, 分别提高了19.2%、12.5%、11.5%和10.3%。T形柱ZTD-4的正常承载力、负向承载力、正向延性系数和负向延性系数与ZTD-3相比, 分别提高了16.3%、28.9%、35.1%和16.5%。

2.2滞回曲线及恢复力模型从本次试验我们能够得出, 相对于普通异形柱来说, 带暗柱异形柱无论是承载力还是耗能能力, 都相对较高, 尤其是带暗柱十形柱与普通十形柱之间的差距, 更是非常明显。鉴于此, 为了更好的确保工程的抗震性能, 对于规则的异形柱框架结构, 如果采用层模型对其进行分析, 应该确保L形柱和T形柱成对布置, 以此来确保滞回曲线的对称性。然而, 对恢复力模型的选择, 则可以以Clough模型为主, Clough模型是表达刚度退化效应的一种双线模型, 如果对开裂点进行充分考虑, 那么则可以选择刚度退化三线型模型。利用这种模型, 异形柱的弹性刚度和屈服时的割线刚度都可以通过计算获得。本次实验结果可供参考, 但需要指出的是, 实际取用Clough模型中的相关数值, 应该根据工程所采取的异形柱的实际情况, 按照耗能等效的原则或其他方法进行合理确定。

2.3破坏形态分析从本次试验我们能够得出, 虽然试验对象为三种不同类型的异形柱, 然而三者却有以下共同特征:首先, 都属于弯曲型破坏, 无论是十形柱、L形柱, 还是T形柱, 其斜裂缝的范围相对于剪跨比较大的同类异形柱来说, 要大一些, 且裂缝相对较宽。从柱根部向上其裂缝逐步由水平裂缝变化为斜裂缝, 这是弯矩与剪力比值变化的结果。其次, 随着轴压比的不断增大, 与之相应的塑性铰域也会随之增大。再次, 相对于普通异形柱来说, 带暗柱异形柱的塑性铰域要发展的更加充分, 塑性铰域越大, 说明其耗能能力越强。最后, 翼缘对腹板裂缝的开展有较强的限制作用。其中带暗柱L形柱、T形柱与其相同轴压比的普通L形柱和T形柱相比, 其破坏形态要表现的更加明显。

3 结语

综上所述, 异形柱的抗震能力直接关系着工程整体结构的抗震能力, 因此, 为了确保钢筋混凝土异形柱工程建设满足需求, 在开展施工作业之前, 必须做好相应的抗震性能试验与分析工作, 以此来为工程的合理建设提供一定的参考依据, 促进工程质量的进一步提升。

参考文献

[1]曹万林, 胡国振, 崔立长, 周明杰.钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析[J].建筑结构学报, 2002 (01) .

[2]王焕友.填充墙及暗柱对异形柱结构抗震性能影响研究[D].山东建筑大学, 2011.

异形钢管混凝土柱篇8

1 异形柱建筑的基本类型

异形柱建筑就其结构体系而言, 可分为异形柱框架结构和异形柱框架一剪力墙结构体系 (根据建筑和受力的需要, 异形柱结构中的框架柱, 可全部采用异形柱, 也可部分采用一般框架柱) 。当根据建筑功能需要设置底部大空间时, 可通过框架底部抽柱并设置转换梁, 形成底部抽柱带转换层的异形柱结构。异形柱结构的梁、柱、剪力墙均应采用现浇混凝土, 多层结构的楼盖、屋盖也可采用预制板;抗震设计时, 楼盖、屋盖应采用现浇板或叠合板。异形柱建筑的地下室不得采用异形柱。其外围护墙和隔墙应优先采用轻质材料, 减轻自重, 不得采用普通烧结黏土砖, 可根据具体条件采用加气混凝土砌块、混凝土小砌块、空心率大于40%的空心砖、粉煤灰砌块、各类非承苇砌体或各类轻质墙板, 墙体要综合考虑保温、节能、隔热、隔声、防火、防潮、防水等要求。墙体厚度应与异形柱结构的肢厚协调。

2 异形柱建筑的施工

2.1 异形柱结构主体施工

异形柱结构的施工, 除应按照现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204执行外, 还应与设计单位密切配合, 针对异形柱结构的特点制订专门的施工技术方案, 结合施工技术装备和施工工艺, 严格按图施工, 以保证异形柱结构特别是节点核心区的施工质量, 确保安全。

(1) 材料要求。

(1) 混凝土强度等级不应低于C25, 且不应高于C50。 (2) 纵向受力钢筋宜选用HRB400、HRB335级钢筋, 箍筋宜采用HRB335、HRB400、HRB235级钢筋。异形柱结构的纵向受力钢筋, 应符合国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010——2002第4.2.2条的要求, 对二级抗震等级设计的框架结构, 其检验所得的强度实测值, 尚应符合下列要求: (1) 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。 (2) 钢筋的屈服强度实测值与标准值的比值不应大于1.3。 (3) 当钢筋的品种、级别或规格需作变更时, 应办理设计变更文件。

(2) 主体主要部位的施工。

(1) 基础施工与其他结构体系相同。 (2) 异形柱施工:异形柱结构的模板及其支架应根据工程结构的形式、荷载大小、地基土类别、施工设备和材料供应等条件进行专门设计。模板及其支架应具有足够的承载力、刚度和稳定性, 应能可靠地承受浇注混凝土的重量、侧压力和施工荷载。 (3) 柱节点施工:框架节点处钢筋焊接部位、焊缝长度、厚度必须达到质量要求, 经检验合格后再浇注混凝土。模板制作要保证几何尺寸消除施工通病, 保证混凝土质量。节点部位钢筋较多, 采用专用震捣工具以保证混凝土密实。 (4) 梁和楼板施工:现浇梁和现浇楼板同一般框架结构体系施工做法。

2.2 异形柱建筑墙体施工

异形柱建筑的填充墙可以有多种墙体材料供选择。本章主要介绍由蒸压轻质砂加气混凝土砌块做外墙、轻质砂加气混凝土砌块或板材作为内隔墙, 用胶粘剂砌筑的干法施工方法。

(1) 材料要求。

(1) 加气混凝土砌块:加气混凝土砌块质量除应符合国家标准《蒸压加气混凝土砌块》GB 11968的要求外, 还应注意产品龄期应超过28d。 (2) 连接及密封材料, 应符合相关的产品标准。 (3) 专用界面剂:砌块墙面做水泥砂浆抹面前涂刷的专用界面剂, 其产品质量应符合《混凝土界面处理剂) ) JC/T 907中对Ⅱ型产品的要求。 (5) 耐碱玻璃纤维网格布应符合《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统HG 149标准中对玻纤网布的要求。

(2) 墙体干法施工。

1) 一般规定: (1) 砌块应按不同规格、等级分类, 码放场地应平整、干燥, 且应有防雨措施, 施工时含水率应不大于15%。码放高度不宜超过2.6m。 (2) 砌块运输、装卸过程中, 严禁摔、掷和倾倒, 防止损坏楞角边。 (3) 砌筑前。应认真熟悉图纸, 核实门窗洞口位置及洞口尺寸, 明确预埋、预留位置, 熟悉相关构造及材料要求。 (4) 在砌块墙体上钻孔、镂槽或切锯等, 均应采用专用工具。不得任意剔凿。 (5) 砌块墙体不得冒雨施工。

2) 质量控制: (1) 材料进场应有产品合格证等质量保证资料, 并应按相关标准进行验收。 (2) 砌块填充墙上不得留设脚手眼。 (3) 砌块填充墙砌体的胶粘剂水平胶缝饱满度应大于90%;垂直胶缝饱满度应大于80%。 (4) 填充墙砌至接近梁底、板底时, 应留一定的空隙, 并至少间隔24h后再与上部结构紧密结合。 (5) 冬季施工时, 应采用抗冻型专用胶粘剂。

3) 砌体施工: (1) 施工机具:主要有手提式电钻、毛刷、齿抹、橡皮锤、电动切割机、手工镂槽器、磨砂板、钢齿磨板、射钉枪、夹具、手锯、小撬棍、小木锤、线锤、皮数杆等。 (2) 结构经验收合格后, 把砌筑基层楼地面的浮浆残渣清理干净并弹线, 填充墙的边线、门窗洞口位置线应准确。 (3) 不同干密度和强度等级的加气块不应混砌。砌筑时应预先试排块。需断开砌块时, 锯裁砌块的长度不应小于砌块总长度的1/3。长度小于150mm的砌块不得用于排块。 (4) 砌块施工时, 上下皮垂直胶缝应错开搭砌, 搭砌长度不应小于砌块总长的1/3。 (5) 砌块墙的转角及T型交接处, 应纵横搭砌。砌块墙与承重墙或柱交接处, 应在承重墙或柱的水平灰缝内预埋拉结钢筋, 钢筋沿墙和柱角高lm左右设一道, 每道为2根Φ6mm的钢筋 (带弯钩) 伸出墙或柱面长度不小于700mm (地震区应为通长钢筋) , 在砌筑砌块时将钢筋伸出部分埋置于水平缝中。砌体转角和交接部位应同时砌筑。对不能砌筑而又必须留设的临时间断处, 应砌成斜槎。接槎时, 先清理槎口, 然后批抹胶粘剂接砌。

2.3 异形柱建筑装饰工程施工

异形柱建筑装饰工程一般指内外墙面、地面、顶棚等装饰工程。除了异形柱建筑装饰工程与其他混凝十框架结构工程相同做法以外, 对于其墙体采用轻质砂加气混凝土砌块及板材的装饰工程, 这里专门介绍两种方法, 一种是干法施工中专用聚合物水泥基材料抹灰饰面做法;另一种是用于内墙及外墙内侧墙体的粉刷石膏抹灰饰面做法。

3 结语

混凝土异形柱建筑施工, 在2 0多年以前就已经实践过, 积累了很多经验, 也碰到不少问题。随着异形柱结构研究的深入, 新的材料的涌现, 新技术的发展, 异形柱建筑施工技术也在不断完善。本文将近几年来异形柱建筑施工技术的新发展结合技术规范的颁布, 做些简单介绍, 不足之处请批评指正。

参考文献

异形钢管混凝土柱篇9

在中国传统建筑中, 矩形和圆形截面的框架柱由于设计和施工简单而被广泛应用。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高, 人们对建筑美学提出了更高的要求。异形柱结构体系由于其室内不露梁、柱, 具有较好的建筑美学效果而在现代建筑中显示出一定的优势。作为一种新型的截面形式, 异形柱结构体系的动力反应较矩形和圆形截面柱的结构体系有其独特的方面。本文针对不规则异形柱框架结构的受力性能作出较细致的研究, 从而分析不规则钢筋混凝土异形柱框架结构在多遇地震作用下的反应及抗震性能。

1 分析模型的建立

为了使建立的模型具有代表性, 本文选用了一个7层的框架结构, 下面5层是3跨×2跨, 上面3层3跨×1跨。长边和短边的跨度均为6 000 mm, 每层高度是3.3 m, 如图1所示。

本文选择了异形柱肢宽均为200 mm, 肢宽厚比为3∶1的L形柱, T形柱和十形柱 (Z1, Z2, Z3) 和肢宽厚比为2∶1的L形柱, T形柱 (Z4, Z5) 。

框架梁截面尺寸均为200 mm×500 mm, 板厚为80 mm。考虑抗震的要求, 结构的梁、柱板均采用现浇, 混凝土强度等级采用C30。由于该结构的模型是以办公楼为依据的, 根据荷载规范, 荷载选为:楼面的面荷载为:恒载4.0 kN/m2, 活载3.0 kN/m2;考虑为上人屋面, 在屋面处恒载4.5 kN/m2, 活载3.0 kN/m2。按照JGJ 149-2006混凝土异形柱结构设计规程[1], 梁、柱中纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335, 箍筋采用热轧钢筋HPB235。结构异形柱中纵向钢筋选为ϕ16, L柱, T柱中箍筋沿柱高全长加密布置为ϕ8@100, 柱KZ3中箍筋沿柱高全长加密布置为ϕ10@100。由于定义的框架柱的边长为200 mm, 所以墙体采用混凝土空心砌块, 同时可以减轻结构自重。

2 模型分析

本文采用大型通用有限元计算软件SAP2000对结构进行了弹性水平位移的计算。分析方法采用的是时程分析的方法, 选用的地震波是El-Centro, Kobe, Taft和Loma Prieta 4条地震波。在不改变地震波整体形状的条件下对所选用的地震加速度记录峰值按照适当的比例进行调整, 使调整后的加速度峰值等于结构动力反应分析所采用的地震水准下的加速度峰值。由于本文研究的是多遇地震 (7度) 条件下的结构反应, 所以选择时程曲线的最大值是350 mm/s2。而El-Centro, Kobe, Taft和Loma Prieta的最大值分别是3 070 mm/s2, 2 940 mm/s2 , 392 mm/s2和1 920 mm/s2, 所以调幅系数分别是0.11, 0.12, 0.89和0.18。

根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范[2], 输入地震加速度时程曲线的持续时间, 不论是实际的强震记录还是人工模拟波, 一般为结构基本周期的5倍～10倍。在SAP2000中对建立的结构进行MODEL计算得到结构基本周期为0.96 s, 因此输入地震加速度记录的持时取为20 s。在计算机上进行地震模拟时, 将所选择的地震波从X向输入 (地震波的峰值加速度按小震水准确定) , 通过SAP2000对结构进行了振型分解反应谱分析和弹性动力时程分析。

3 分析结果

在4条地震波输入下, 结构各层左右两端的层间位移角、层间扭转角如图2所示。7度区结构的最大侧移及最大层间扭转角见表1;结构左右两端的最大层间位移角及最大层间扭转角见表2。

从分析的结果可以看到:

1) 结构各层左右两端的层间位移不同, 结构左端明显要比右端大, 并且不同的地震波对结构的影响差别很大。2) 结构各层左右两端最大层间位移与最大层间位移平均值之比一般以第4层最大, 在4条波的输入下最大比值为1.23。3) 各条地震波作用下结构各层的最大层间位移角以第2层最大。

4结语

1) 在4条地震波输入下结构各层端点的变形不一样, 说明地震对同一结构的影响是不一样的。

2) 结构各层左右两端最大层间位移平均值之比最大比值为1.23, 表明结构的扭转比较严重, 因此设计中应该考虑扭转因素。

摘要：以某框架结构为研究对象, 针对不规则异形柱框架结构的受力性能作出较细致的研究, 分析了不规则钢筋混凝土异形柱框架结构在多遇地震作用下的反应及抗震性能, 得出在结构设计中应考虑扭转因素的结论。

关键词：异形柱,框架结构,抗震性能,地震反应分析

参考文献

[1]JGJ 149-2006, 混凝土异形柱结构设计规程[S].

[2]GB 50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].