摘要：本文对异形柱框架结构节点核心区受力特点、节点承载力及抗剪承载力等的影响因素进行初步的探讨。 关键词：异形柱；结构设计；节点 Abstract: in this paper, the unusual column frame structure the shear stress characteristics, the bearing capacity and the shear capacity of the influence factors are preliminarily discussed.
Keywords: special-shaped columns; Structure design; node
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
0引言
在结构设计中，对框架（剪）异形柱结构体系的研究与应用尤为重要。异形柱结构与普通柱不同，肢厚很小，钢筋较密受力情况较为复杂，给结构分析带来一定难度，特别是异形柱框架结构节点核心区受力特点极为复杂。本文作者主要就异形柱节点分类、受力性能及影响异形柱节点抗剪能力的因素进行了分析。
1异形柱节点分类
节点是指梁与柱的交汇区，它属于梁高范围的柱段。按节点所在位置分，有中间层中间节点和端节点以及顶层中间节点和端节点。节点的主要作用是将所属的本层和上层荷载和作用（例如地震）有效地传递到下层柱中去。因而节点核心区的作用力为与节点相连接的梁端和柱端的弯矩、轴力、剪力甚至扭矩等等，受力甚为复杂。按满足被连接构件的受力特性要求，节点可分为两类：类型1：结构承受重力荷载和一般风荷载，所连接的构件（梁、柱）主要按承载能力极限状态设计，要求节点满足所连接构件的承载力要求；类型2：结构承受地震作用情况，要求节点满足所连接的构件在反复变型下进入非弹性而又必须维持一定的承载力的要求。
对于矩形截面柱框架，一般情况下，1类节点不要求对节点核心区进行受剪承载力验算，只须满足构造要求和配置一定数量的水平箍筋，2类节点，对一、二级抗震等级必须对节点核心区进行受剪承载力验算并应满足抗震构造措施要求，对三、四级抗震等级则只须满足抗震构造措施要求。
2异形柱节点受力性能
2.1异形柱节点受力机理异形柱节点的破坏主要集中于“小核心”区,应以“小核心”为单元研究异形柱节点的抗剪能力。异形柱节点“小核心”区与常规节点一样同时存在斜压杆、桁架和约束机构3种传力机构。它们在传递节点剪力中的作用此消彼长，但在梁端正反向加载下其受力特征具有不对称性，斜压杆、桁架和约束机构的作用大小不同于常规节点。鉴于3种传力机构所承担的剪力不断变化,难以定量计算，将异形柱节点的抗剪能力主要按“小核心”混凝土抗剪能力和箍筋抗剪能力两部分组成,最终得到可用于工程设计的异形柱节点抗剪承载力公式。
2.2异形柱节点抗剪承载力计算公式
2.2.1计算公式的依据根据“节点更强”的设计原则,节点核心应保持一定的安全储备。鉴于异形柱节点核心区通裂后,节点承载力迅速进入极限阶段，外荷载的增长幅度有限，同时考虑到通裂状态时节点核心区的裂缝宽度大都已超过0.2mm，裂缝宽度过大将影响结构的耐久性。采用通裂状态建立异形柱节点受剪承载力计算公式。“小核心”是决定异形柱节点核心承载力的关键，各种机理对“小核心”这个基本单元仍然适用，本文仍采用规范中常规节点承载力的计算公式。
2.2.2异形柱节点抗剪承载力计算公式节点核心区受剪的水平截面应符合下列条件：
无地震作用组合：
有地震作用组合：
节点核心区的受剪承载力应符合下列规定：
无地震作用组合：
有地震作用组合：
式中：N为与组合的节点剪力设计值对应的该节点上柱底部轴向力设计值，当N为压力且N＞0.3fcA时，取N＝0.3fcA；当N为拉力时，取N＝0；ζN为轴压比影响系数；ζh为截面高度影响系数；ζf为翼缘影响系数。
2.3试验研究和计算分析证明
2.3.1试验研究表明，异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载
力低于截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点的受剪承载力，是异形柱框架的薄弱环节。为确保安全，对抗震设计的二、三、四级抗震等级的梁柱节点核心区以及非抗震设计的梁柱节点核心区均应进行受剪承载力计算。
2.3.2对于节点承载力计算公式要考虑翼缘的有利作用；研究表明，肢高与肢厚相同的等肢异形柱框架梁柱节点核心区的水平截面面积可表达为，则有，ζf为翼缘全部有效利用时的翼缘影响系数。
2.3.3试验表明，在相同条件下，节点水平截面面积相等时，等肢L形、T形和十字形截面柱的节点受剪承载力分别比矩形柱节点降低33%、18%和8%左右，这主要是由于节点核心区外伸翼缘面积（bf-bc）hf在节点破坏时未充分发挥作用所致。
2.3.4不应采用“一”字形柱，注意保证异形柱要有足够的翼缘，包括宽度与厚度，这不但是节点受剪承载力的需要，也是抗震设计时保证节点组合体延性的需要。
2.3.5为提高节点的受剪承载力和改善节点的抗震性能，可采取梁端增设支托、梁（水平）加腋增加节点有效截面面积、局部采用钢纤维混凝土提高节点区材料强度、或梁塑性铰外移等办法，这些办法对于改善异形柱节点受剪性能的有效程度有的尚待进一步研究。
3影响异形柱节点抗剪能力的因素
3.1轴压比轴压力提高节点核心区抗初裂能力的原因在于其增加了柱的受压区面积，因而加大了斜压杆的宽度，使参与斜压杆机构的混凝土面积增大，同时梁筋传递给节点核心混凝土的边缘剪力中有更多的部分汇入斜压杆机构，造成节点核心混凝土开裂的边缘剪力减小。另外，轴压力提高，增大了主斜裂缝与水平方向的角度。轴压力对通裂与极限荷载影响不明显的原因是：在轴压力下进行循环反复加载，致使节点核心区的混凝土累积损伤效应较无轴力作用时大，尽管轴压力可以提高混凝土的抗剪强度，但加剧的累积损伤效应最终致使轴压力的有利作用有所降低，对节点的通裂和极限荷载提高不明显。
3.2节点核心配箍率配箍率对初裂剪力影响不大，因为初裂时节点剪力Vj主要取决于混凝土的抗拉强度，一旦裂缝形成，箍筋受力将大幅度增长，甚至屈服，桁架机构产生作用，箍筋开始参与抵抗节点剪力；而且由于箍筋的约束使混凝土的抗剪能力也有所提高。加载过程中箍筋沿节点核心高度方向应变分布不均匀，每层箍筋应力不等，并非全部同时屈服，根据箍筋应力的数据分析，在通裂状态下沿节点核心高度方向80%范围内箍筋屈服。在节点核心中部（对异型中节点则是在小核心中部较偏下部位）应力最大。这是因为在某一方向弯矩作用下，节点核心对角线两个端部的混凝土在另一方向弯矩作用下产生的裂缝将闭合,该区域此时要承受压力，对角线中部区域裂缝最宽，箍筋将承受原由混凝土承担的拉力，导致节点核心中部箍筋应力最大。
3.3柱截面高度变化对异形柱中节点而言，节点核心上下柱截面、左右梁截面不同会造成节点核心更易开裂。裂缝首先出现在节点“小核心”的位置，初裂荷载降低的幅度可达30%左右，对节点核心的通裂荷载影响不大。常规节点通裂后节点核心还有较大的能力承担继续增加的节点剪力，而异形柱节点则不同。
4结语
异形柱的设计中面临的另一问题，就是异形柱框架在地震作用下破坏严重，因此，在实际工程抗震分析时，需要注意以下几点：①异形柱框架结构不对称时，扭转对其受力的影响；②异形柱框架结构在地震作用下的弹塑性分析；③若条件允许，尽量合理适量设置抗震墙；④异形柱框架结构在截面设计方面的软件的开发。
参考文献:
[1]JGJ 149-2006,混凝土异形柱结构技术规程.
[2]李剑波，建筑结构设计中的异形柱节点受力特点分析，《价值工程》01期