異形柱結(jié)構(gòu)抗震研究綜述

嚴(yán)建基

摘要：本文主要綜述了異形柱結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的研究歷程及階段。介紹了異形柱和地震的特點(diǎn)，總結(jié)了結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的方法， 分析了異形柱結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題，最后對(duì)文章進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：異形柱結(jié)構(gòu)；地震；鋼筋混凝土

中圖分類(lèi)號(hào)：TU973.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）19-0085-01

異形柱結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

異形柱結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展研究和實(shí)際運(yùn)用經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)的

發(fā)展過(guò)程如下。

（1）1986 年，天津大學(xué)對(duì) T 形和 L 形截面雙向偏心受壓構(gòu)件

的承載力進(jìn)行了大量的研究工作，在90 年代，天津?qū)? 根L 形、14 根 T 形、8 根十字形和方形截面鋼筋混凝土柱進(jìn)行了雙向偏心受壓 和在下的正截面承載力及延性試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值分析方 法編制了正截面承載力計(jì)算程序，并用此程序計(jì)算了若干根異形柱 的正截面承載力，試圖給出一下子的統(tǒng)一計(jì)算方法，同時(shí)給出異形 柱偏心矩增大系數(shù)的統(tǒng)一計(jì)算公式。

（2）1993 年，大連理工大學(xué)對(duì) 10 根 L 形、4 根 T 形和十字形 鋼筋混凝土雙向偏心受壓柱進(jìn)行了試驗(yàn)，提出的結(jié)論是異形柱雙向 偏心受壓柱正截面的工作機(jī)理與單向偏心受壓柱的工作機(jī)理相似。 構(gòu)件從開(kāi)始加載到破壞，截面應(yīng)變基本上保持平面，構(gòu)件呈現(xiàn)大小 偏心受壓的破壞形態(tài)，但截面形心軸與彎矩作用平面不重合，各處 鋼筋應(yīng)力不等，彎矩作用方向角縱向受力鋼筋應(yīng)力最大。

（3）1995 年，廣東房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院和華南理工大學(xué)對(duì)11 根 等 L 形截面鋼筋混凝土雙偏壓進(jìn)行了試驗(yàn)，證實(shí)了構(gòu)件從開(kāi)始加載 到破壞的全過(guò)程中，截面變形基本保持為平面，提出了 L 形截面雙 向偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算方法與公式，對(duì)異形柱XY 雙向偏 心受壓柱的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。

（4）2000 年至今，有許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)異形柱的承載力進(jìn)行了 各個(gè)方面的探討和研究，提出了很多異形柱結(jié)構(gòu)的新的發(fā)展方向和 見(jiàn)解。異形柱在國(guó)外也有較多的研究和著作。

異形柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）山于截而的特殊性，使得墻肢平而內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)比

相差較大，導(dǎo)致各向剛度小一致，其各向承載能力也有較大差異； （2）對(duì)于長(zhǎng)柱可以小考慮剪切變形的影響，當(dāng)控制軸壓比較小

時(shí)，受力明確，抗變形能力較好。而對(duì)短柱，剪切變形占有相當(dāng)比例， 構(gòu)件抗變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍使用，且屬薄壁構(gòu)件， 即使發(fā)生延性的彎曲形破壞，也因其截而曲率較小，使彎曲變形性 能有限，延性較差；

（3）異形柱山于是多肢的，其剪切中心和和在平而范圍之外， 受力時(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心混凝土協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力，這種變形協(xié) 調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，而該剪應(yīng)力的存在， 使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，也使得各肢的核心混凝土處于三向剪力狀態(tài)， 它使得異形柱較普通截而柱變形能力低，脆性破壞明顯；

（4）山于異形柱小同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的 情況，其延性更差。

結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法

3.1 力理論與計(jì)算方法

靜力法是最早的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，產(chǎn)生于20 世紀(jì)初期。由意 大利都靈大學(xué)的教授提出把地震作用視為加在建筑物上的一個(gè)水平 作用力，該水平力在一開(kāi)始被訂立為一層建筑取上部總重量的1/10，

多層建筑取上部總重量的1/1223?？诒緦W(xué)者隨后提出將水平地震作 用定量化的思想并取地震系數(shù)為 0.1，之后這一思路也影響了其它 各國(guó)初期的地震計(jì)算理論方法。

3.2 應(yīng)譜理論計(jì)算方法

結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的反應(yīng)譜法是將結(jié)構(gòu)所受的最大地震作用通過(guò)反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換成作用于結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向荷載，然后根據(jù)這一荷載用 靜力分析方法求得結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力和變形。按照我國(guó)最新的抗震規(guī) 范的要求，把反應(yīng)譜理論作為作為確定地震作用的主要手段。

3.3 程分析計(jì)算方法

結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法即結(jié)構(gòu)直接動(dòng)力分析法，與振型分解反應(yīng)譜法

一樣，是經(jīng)典的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方法之一。我們知道，地震作用是一個(gè) 幾秒至幾十秒的時(shí)間作用過(guò)程，結(jié)構(gòu)在這地震過(guò)程中會(huì)隨著時(shí)間的 推進(jìn)而發(fā)生相應(yīng)變化。而反應(yīng)譜法由于其局限性，不能真實(shí)客觀地 模擬這一變化狀態(tài)，同時(shí)目前應(yīng)用的加速度反應(yīng)譜屬于彈性分析范 疇，當(dāng)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下進(jìn)入塑性階段時(shí)，用反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算將 不能得到真正的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，也判斷不出結(jié)構(gòu)真正的薄弱部位， 這樣就使我們?cè)谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法抓住重點(diǎn)部位進(jìn)行重點(diǎn)分析。

4. 形柱結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題

異形柱結(jié)構(gòu)易忽視的抗震構(gòu)造要求

（1）多層住宅的車(chē)庫(kù)層往往形成的短柱

（2）三級(jí)框架的角柱箍筋應(yīng)全高加密

（3）異形柱縱向受力鋼筋的最小配筋率較矩形柱高

5. 結(jié)論

隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，深受住戶(hù)歡迎的異型柱結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越

廣泛，異型柱截面形式特殊，受力形式復(fù)雜，易出現(xiàn)受力薄弱部位。本 文就對(duì)這種結(jié)構(gòu)柱的基本力學(xué)性能及抗震性能作了理論上的探討。

（1）當(dāng)?shù)卣鹱饔幂^小時(shí)，整體結(jié)構(gòu)處于彈性階段，此時(shí)異型柱框 架可以發(fā)揮其抗側(cè)剛度交大的優(yōu)勢(shì)，地震反應(yīng)較小。

（2）隨著地震作用的進(jìn)一步增大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)斜裂縫，截面突 變處的剪應(yīng)力集中導(dǎo)致裂縫不向翼緣發(fā)展，而沿翼緣腹板的交面撕 裂，異型柱截面發(fā)生脆性剪切或粘結(jié)破壞，使構(gòu)件失去承載能力。

（3）在反復(fù)荷載作用下，構(gòu)件的承載力和延性都有明顯的降低， 因而引起較嚴(yán)重的震害。

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