哈尔滨工业大学建筑设计研究院
摘要：为了保证建筑结构设计当中的异型柱结构设计方案有良好质量，应掌握异型柱结构当中节点受力的特点，并能结合异型柱结构设计要求以及相应规范，科学的进行异型柱结构当中节点受力分析，保证异型柱结构节点设计有良好质量。本文就建筑结构设计当中异型柱结构节点实际受力问题进行了分析。
关键词：建筑结构；异型柱；节点；设计；受力问题
现代人对于室内环境美观度的要求在不断提升，因此在建筑结构方面的设计工作中，异型柱结构的使用也越发广泛。但异型柱建筑结构具有肢厚偏小，钢筋结构密度较高并且受力情况复杂的特点，需要建筑节方面的设计人员在进行异型柱结构设计的时候能做好节点受力分析工作，实现异型柱设计质量的强化。
1异型柱结构节点类型分析
通常节点也就指的是梁体结构和柱体结构相互交汇的区域，因此节点属于梁高区间的柱段。当按照节点所处位置对节点类型进行划分的时候，可以划分为中间层类型的中间节点、顶层类型中间节点以及端节点。而建筑结构中节点的主要作用是高效的受力传导，也就是将相应建筑层以及上一层建筑层的重力载荷有效的传导到下一层建筑结构中。而节点位置中的核心作用力主要是和节点结构相互连接的梁结构端以及柱结构端的轴力大小、弯矩力大以及剪力大小，具体受力情况较为复杂。
当依照满足相互连接构实际受力特点要求对节点进行分类的时候可以将其划分为两类。第一种，结构承受重力类型载荷以及风载荷，而和其相互连接的梁体结构构件、柱体结构连接构件均按照相应结构所能承受载荷的极限进行设计，在这种设计模式下需要节点能完全满足各个连接构件承重能力方面的要求。
第二种，当建筑结构承受来自于地震方面作用的时候，需要建筑结构当中的节点应能满足相互连接构件在多次变形下能保持良好承载力的要求。
对于矩形截面柱类型的框架结构，通常第一种节点在设计中不需要对节点核心区域中的承载力数值进行验算，仅需要保证相应结构当中的水平类型箍筋数量能符合工程建设需要。而在第二种结构设计当中，在进一级以及二级抗震设计的时候，要对建筑节点核心区域的受剪力类型承载力进行验算，以满足其建筑抗震方面的需要。
2异型柱结构节点受力性能分析
2.1异型柱结构受力机理
在建筑物使用中发生的异型柱结构破坏主要是发生在小型核心区域中，因此也应以小型核心区域为核心进行异型柱结构节点实际抗剪能力设计。而异型柱结构当中的小型核心区域在一般节点一样同时具体桁架结构、斜压杆结构以及约束机构这三种类型传力机构。这些结构在进行节点剪力传导中有着此消彼长的特点，在梁结构端正反向同时家在下，其实际受力特征具有明显的不对称性，也就说明桁架结构、斜压杆结构以及约束结构在发挥作用的实际作用力大小和一般节点存在差异。由于这三种作用力传导机构实际承受的剪力大小在不断变化并且难以准确计量，因此在进行异型柱结构当中节点位置抗剪力传导设计的时候，需要依照小型核心区域混凝土实际抗剪能力以及箍筋结构抗剪能力两部分来进行分析，这样最终就能保证建筑工程设计中的异型柱结构有良好质量。
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2.2异型柱结构当中节点抗剪承载能力计算公式分析
在进行抗剪承重能力计算公式推导的时候，应围节点更强原则进行建筑结构设计，并且节点结构的核心应能保持有相应的安全储备。按异型柱结构当中节点核心区域发生通裂的时候，节点结构的实际承载力也会快速达到极限，而外荷载的大小增长幅度较为有限。
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，可以采用规范中常规节点承载力的计算公式。
3影响异形柱节点抗剪能力的因素分析
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。
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。
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。
4异形柱设计中的要点分析
异形柱在单调荷载，特别在低周反复荷载作用下，粘结破坏较矩形柱严重，延性比普通矩形柱差，因此，异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。在程序试算后，应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值，并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的，PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值，只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时，程序才会报告轴压比超限。因此，异形柱的轴压比超限，必须逐一手工核算。
5结束语
由于在各种建筑工程的设计中异型柱结构使用量在逐渐增多，因此也就需要建筑设计人员能在对异型柱结构设计工作进行深入分析的基础上掌握异型柱结构设计的关键点。并能在实际的异型柱结构设计中落实各种设计规范要求，不断对异型柱结构设计技术进行完善，这样才能保证异型柱结构最终设计质量有明显提升。
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论文作者:张煜
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第30期
论文发表时间:2019/9/12
标签：节点论文; 结构论文; 异型论文; 核心论文; 剪力论文; 受力论文; 异形论文; 《建筑细部》2018年第30期论文;