异形柱框架结构达到极限承载力时,假定所有梁端钢筋均已屈服,则公式(4)中所有钢筋采用相应屈服值。此时可直接采用柱线刚度比值来分配层间剪力,经计算,异形柱框架二层边柱和中柱的截面惯性矩分别为1.372×10m和0.9464×10m,由于材料弹性模量和柱高均相同,因此边柱和中柱线刚度比为1.45:1,中柱线刚度占其层总线刚度的25.6%,即极限荷载时中柱上部柱底剪力为129000×0.256=33024N。计算得到异形柱框架一层中间节点核心区受剪承载力及水平剪力值如表1所示。
表1中间节点核心区受剪承载能力及水平剪力
节点水平截面控制条件
公式(1)
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节点受剪承载力
公式(2)
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节点水平剪力
公式(4)
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176958.0
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205314.7
|
213841.6
|
注:利用公式(1)和(2)计算时未考虑承载力抗震调整系数γ,因为现行规程规定的异形柱最小截面比本试验柱截面大,上述计算公式中的参数统一取规程规定的最小截面所采用的参数,表中剪力单位为N。
由表1可知,根据现行异形柱技术规程规定的异形柱节点受剪承载力公式(1)和(2)计算得到异形柱框架的一层中间节点的抗剪承载力小于公式(4)计算得到的节点水平剪力,故该异形柱框架节点不满足设计要求,试验过程中可以看到在结构达到承载力极限时框架的一层中间节点核心区混凝土裂缝开展较宽,破坏较严重。通过计算分析可知,该异形柱框架二层中间节点和一二层边节点也不满足设计要求。
通过上述分析可知,高轴压比高地震作用下异形柱框架节点受剪承载力不足,成为异形柱结构的薄弱部位。异形柱结构施工时梁纵筋需弯折一定角度后在节点纵筋内穿过,这就使原本钢筋密集的节点内显得更加密集,节点内混凝土不宜振捣密实,从而使异形柱节点在遭受地震作用时更显薄弱,严重制约了异形柱框架结构的楼层高度。因此《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149-2006)对异形柱框架在8度区的房屋最大高度限制在12m以内,表2为异形柱结构适用的房屋最大高度。
表2异形柱结构适用的房屋最大高度(m)
Table2Applicablehousingmaximumheightofstructurewithspeciallyshapedcolumn(m)
结构体系
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非抗震设计
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抗震设计
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6度
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7度
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8度
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0.05g
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0.10g
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0.15g
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0.20g
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框架结构
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24
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24
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21
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18
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12
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框架-剪力墙结构
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45
|
45
|
40
|
35
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28
|
如何弥补异形柱节点受剪承载力不足,将成为日后异形柱结构研究的重点之一。如今新材料新工艺不断应用于建筑结构,大大改善了结构的部分受力性能,使建筑结构更好的为人类服务。钢筋混凝土异形柱方面,纤维增强异形柱结构抗震性能的研究已取得一定成果,为提高异形柱节点及结构整体抗震性能提供了切实可行的方法。
5结论
通过对钢筋混凝土异形柱节点受剪承载力研究,得出以下主要结论:
(1)钢筋混凝土异形柱节点受剪承载力影响因素和抗剪原理与钢筋混凝土矩形柱节点相似,但由于异形柱特殊的截面形式,使得异形柱节点与矩形柱节点相比抗震更加薄弱,在异形柱节点研究及设计中应予以重视。
(2)高轴压比高地震作用下,异形柱节点受剪承载力小于节点水平剪力,即异形柱节点抗剪能力不足,严重制约了高地震烈度地区异形柱框架的房屋最大高度。
(3)如何弥补异形柱节点受剪承载力不足,将成为日后异形柱结构研究的重点之一。
参考文献
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