國內對于異形柱力學性能的研究成果綜述

羅海艷 趙 丹 司德凱

（1.宿遷學院，江蘇 宿遷 223800；2.江蘇正宏城建設計研究院有限公司，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

隨著我國國民經濟的發展以及人民生活水平的提高，住宅建筑的規模不斷擴大，使用標準逐步提高。人們對住宅建筑的舒適度、環境、實用性等提出了更高的要求。傳統的框架結構或框架剪力墻結構通常采用矩形截面柱，這種外形的柱子當寬度大于墻體厚度時，房間的柱角將凸出墻面，不但占去房間使用面積，同時給室內裝修和家具布置帶來不便，也影響到房屋有效面積的合理利用，建筑的“得房率”低，直接影響到建筑的銷售以及開發商的經濟效益。在房間邊角露出楞角的做法，既影響美觀又不利于使用。為了解決這一問題，工程界開始引入異形柱，異形柱是指截面幾何形狀分別為T、L、十、Z字形等的柱。國內對于異形柱的試驗研究比較多，天津大學、大連理工大學、華南理工大學、中國建筑科學院和西安建筑科技大學分別對異形柱做了大量研究工作。

1 異形柱正截面承載力的研究

異形柱在豎向荷載及雙向地震作用下，處于雙向壓彎受力狀態。天津大學[1]分別于1993年和1994年對6根L形、14根T形、8根十字形及6根方形截面柱進行了雙向偏壓作用下正截面承載力的試驗研究，在此基礎上，根據平截面假定、混凝土和鋼筋的本構模型、力的平衡條件，采用數值方法編制出異形截面柱正截面承載力計算程序，并用它對1024根L形、T形異形柱和288根十字形進行系統的正截面承載力計算，由此提出了L形、T形、十字形截面雙向壓彎柱的計算方法。

華南理工大學[2]也對11根等肢L形截面柱進行了雙向偏心荷載作用下的試驗研究，初步證實了L形截面柱在雙向偏心荷載作用下，自開始加載到截面破壞的整個過程中，截面的平均應變仍然符合平截面假定規律，并根據試驗研究結果，提出了L形截面雙向偏心受壓柱正截面承載力的計算公式及方法。

西安建筑科技大學[3]通過對9根鋼筋砼不等肢L形截面構件在雙向彎矩作用下的試驗研究，揭示了鋼筋砼不等肢L形截面構件在雙向彎矩作用下的破壞形態，驗證了平均應變的平截面假定，得出了鋼筋砼不等肢L形截面構件破壞的一般規律。在試驗研究的基礎上，根據鋼筋砼雙向偏心受壓構件的工作機理，編制了一套不等肢L形截面正截面分析的數值迭代法計算機程序，最后提出了確定鋼筋砼不等肢L形截面構件正截面承載能力及配筋的實用設計方法。

大連理工大學的王丹等[4]對10根L形、4根T形和4根十形截面鋼筋混凝土雙向偏壓構件進行了試驗研究，在此基礎上，編制了異形柱極限承載力電算程序進行理論計算，電算結果與試驗結果符合較好。同時提出了無量綱形式的承載力相關曲線，是對目前有量綱相關曲線的一個改進，并介紹了用此曲線進行截面設計和承載力驗算的步驟和算例。根據曹萬林教授等的研究，軸壓比與加載角對于異形柱的承載力有較大影響，應采用最不利荷載角方向的承載力作為控制因素，配置暗柱可以顯著提高異形柱的正截面承載力。

2 異形柱斜截面承載力的研究

天津大學[5]對11根T形、12根L形、4根矩形截面柱進行單調荷載和低周反復荷載作用下 (21根單調荷載、6根低周反復荷載作用)的試驗研究。試驗結果表明：T形、L形截面柱的受剪承載力隨荷載作用方向而變化，但由于翼緣的作用，其抗地震作用受剪破壞的能力較矩形截面強。根據試驗研究結果，提出了實際設計時T形、L形、十形截面柱的受剪承載力計算公式。

大連理工大學的鄒積麟[6]通過28根異形柱(11根L形柱、11根T形柱、6根十形柱)縮尺試件的破壞試驗，對異形柱輕墻結構中異形柱的受剪承載力進行了研究，對試件的破壞狀態進行了分析，而且針對異形柱構件破壞的特點，以傳統的比擬桁架理論為基礎，分析了異形柱構件的剪力傳遞機理，引進了截面特征參數，對每種截面異形柱分別進行討論，分析截面特征參數對其受剪承載力的影響，并以截面特征參數為變量，用數理統計的方法回歸出各自受剪承載力計算公式。

華南理工大學的馮建平等[7]根據L形截面柱的受剪試驗情況，分析其破壞特點、剪跨比及軸壓比等因素對抗剪承載力的影響，根據試驗結果回歸出受剪承載力公式，并進一步推導出適合工程設計使用的受剪承載力公式。

同濟大學[8]對6根L形截面和6根Z形截面柱進行試驗研究，研究縱筋配筋率、配箍率、軸壓比、肢長肢厚比等因素對L形和Z形柱承載力、破壞形態及能量耗散能力的影響。并對試件的破壞過程進行描述，根據承載力結果和他人的試驗結果對數據進行回歸，擬合出承載力計算公式。

對于異形柱的雙向受剪問題，天津大學、華南理工大學等單位進行了相關的試驗研究，得到如下結論：T形、L形截面柱的受剪承載力隨水平荷載作用方向而變化，其相關曲線呈外凸的梅花瓣形，這主要是由于翼緣的有利作用。因此，異形柱在斜向水平荷載作用下，即在兩個主軸方向上同時作用水平剪力Vx、Vy時，設計中分別按Vx、Vy進行受剪承載力計算，滿足要求后，則柱的斜向受剪承載力同樣滿足。可見，與矩形柱相比，異形柱抵抗斜向受剪破壞的能力將更有保障。

3 結束語

目前，一些高校都進行了鋼骨混凝土異形柱的正截面承載力、斜截面承載力的試驗研究，并取得了一些成果。但是，對于鋼骨混凝土異形柱的研究還處于起步階段，試驗研究相對較少，理論也不夠成熟。

［1］王丹.鋼筋混凝土框架異形柱設計理論研究[D].大連：大連理工大學,2002.

［2］馮建平，等.L形和T形截面柱正截面承載力的研究[J].華南理工大學學報,1995,23(1)：54-61.

［3］周建中,陸春陽,蘇益聲,等.鋼筋混凝土不等肢L形異形柱承載力的理論研究[J].西安建筑科技大學學報,2001,33(2)：116-120.

［4］王丹,黃承逵,劉明等.異形柱雙偏壓構件正截面承載力試驗及設計方法研究[J].建筑結構學報,2001,22(5)：37-42.

［5］康谷貽,鞏長江.單調及低周反復荷載作用下異形截面框架柱的受剪性能[J].建筑結構學報,1997,18(5)：22-31.

［6］鄒積麟.鋼筋混凝土異形柱抗剪性能的試驗研究[D].大連：大連理工大學,1997.

［7］馮建平,陳謙,李志忠.混凝土L形截面柱抗剪承載力的試驗研究[J].華南理工大學學報,1995,23(1)：68-75.

［8］吳建營.異形截面柱在低周反復荷載作用下的抗剪性能試驗與理論研究[D].上海：同濟大學,2001.