異形柱結構抗震研究綜述

嚴建基

摘要：本文主要綜述了異形柱結構在國內外的研究歷程及階段。介紹了異形柱和地震的特點，總結了結構抗震計算的方法， 分析了異形柱結構抗震設計中常見的問題，最后對文章進行總結。

關鍵詞：異形柱結構；地震；鋼筋混凝土

中圖分類號：TU973.31 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）19-0085-01

異形柱結構在國內的研究現狀

異形柱結構在國內外的發展研究和實際運用經歷了一個較長的

發展過程如下。

（1）1986 年，天津大學對 T 形和 L 形截面雙向偏心受壓構件

的承載力進行了大量的研究工作，在90 年代，天津對6 根L 形、14 根 T 形、8 根十字形和方形截面鋼筋混凝土柱進行了雙向偏心受壓 和在下的正截面承載力及延性試驗。在此基礎上，采用數值分析方 法編制了正截面承載力計算程序，并用此程序計算了若干根異形柱 的正截面承載力，試圖給出一下子的統一計算方法，同時給出異形 柱偏心矩增大系數的統一計算公式。

（2）1993 年，大連理工大學對 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行了試驗，提出的結論是異形柱雙向 偏心受壓柱正截面的工作機理與單向偏心受壓柱的工作機理相似。 構件從開始加載到破壞，截面應變基本上保持平面，構件呈現大小 偏心受壓的破壞形態，但截面形心軸與彎矩作用平面不重合，各處 鋼筋應力不等，彎矩作用方向角縱向受力鋼筋應力最大。

（3）1995 年，廣東房地產開發設計院和華南理工大學對11 根 等 L 形截面鋼筋混凝土雙偏壓進行了試驗，證實了構件從開始加載 到破壞的全過程中，截面變形基本保持為平面，提出了 L 形截面雙 向偏心受壓構件正截面承載力計算方法與公式，對異形柱XY 雙向偏 心受壓柱的計算機輔助設計進行了討論。

（4）2000 年至今，有許多專家學者對異形柱的承載力進行了 各個方面的探討和研究，提出了很多異形柱結構的新的發展方向和 見解。異形柱在國外也有較多的研究和著作。

異形柱結構的特點

（1）山于截而的特殊性，使得墻肢平而內外兩個方向剛度對比

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

時，受力明確，抗變形能力較好。而對短柱，剪切變形占有相當比例， 構件抗變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍使用，且屬薄壁構件， 即使發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， 受力時要靠各柱肢交點處核心混凝土協調變形和內力，這種變形協 調使各柱肢內存在相當大的翹曲應力和剪應力，而該剪應力的存在， 使柱肢易先出現裂縫，也使得各肢的核心混凝土處于三向剪力狀態， 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。

結構抗震計算方法

3.1 力理論與計算方法

靜力法是最早的結構抗震設計方法，產生于20 世紀初期。由意 大利都靈大學的教授提出把地震作用視為加在建筑物上的一個水平 作用力，該水平力在一開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。口本學者隨后提出將水平地震作 用定量化的思想并取地震系數為 0.1，之后這一思路也影響了其它 各國初期的地震計算理論方法。

3.2 應譜理論計算方法

結構地震反應分析的反應譜法是將結構所受的最大地震作用通過反應譜轉換成作用于結構的等效側向荷載，然后根據這一荷載用 靜力分析方法求得結構的地震內力和變形。按照我國最新的抗震規 范的要求，把反應譜理論作為作為確定地震作用的主要手段。

3.3 程分析計算方法

結構時程分析法即結構直接動力分析法，與振型分解反應譜法

一樣，是經典的結構動力學方法之一。我們知道，地震作用是一個 幾秒至幾十秒的時間作用過程，結構在這地震過程中會隨著時間的 推進而發生相應變化。而反應譜法由于其局限性，不能真實客觀地 模擬這一變化狀態，同時目前應用的加速度反應譜屬于彈性分析范 疇，當結構在強烈地震下進入塑性階段時，用反應譜法進行計算將 不能得到真正的結構地震反應，也判斷不出結構真正的薄弱部位， 這樣就使我們在進行結構設計時無法抓住重點部位進行重點分析。

4. 形柱結構抗震設計中常見問題

異形柱結構易忽視的抗震構造要求

（1）多層住宅的車庫層往往形成的短柱

（2）三級框架的角柱箍筋應全高加密

（3）異形柱縱向受力鋼筋的最小配筋率較矩形柱高

5. 結論

隨著房地產業的發展，深受住戶歡迎的異型柱結構應用越來越

廣泛，異型柱截面形式特殊，受力形式復雜，易出現受力薄弱部位。本 文就對這種結構柱的基本力學性能及抗震性能作了理論上的探討。

（1）當地震作用較小時，整體結構處于彈性階段，此時異型柱框 架可以發揮其抗側剛度交大的優勢，地震反應較小。

（2）隨著地震作用的進一步增大，結構構件出現斜裂縫，截面突 變處的剪應力集中導致裂縫不向翼緣發展，而沿翼緣腹板的交面撕 裂，異型柱截面發生脆性剪切或粘結破壞，使構件失去承載能力。

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

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