異形柱結構設計疑難釋義

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異形柱結構設計疑難釋義
問：“一”形柱為什么規(guī)程中未采用？ 
答：“一”形柱截面兩主軸方向抗彎能力相差甚大。不論是在風荷載作用下還是在地震作用下結構中的柱一般都是受到兩個方向的彎矩同時作用，其受力后的表現(xiàn)可想而知，以上是正截面承載力方面。“一”形柱在雙向剪力作用下性能也不好，由<混凝土結構設計規(guī)范>GB50010柱雙向受剪承載力計算公式可見，柱截面相鄰兩邊長相差越多，其斜向受剪承載力越低。如沿“一”形柱短邊方向有梁與其相連，則此梁柱節(jié)點的核心區(qū)面積只有柱厚乘梁寬這一點點，顯然承受不了它受到的節(jié)點剪力。 
2000年前中國建筑科學研究院抗震所做了“高層建筑短肢剪力墻結構振動臺試驗研究”(見<建筑科學>2000年1期12-16頁程紹革、陳善陽、劉經偉的文章)項目。試驗結果為：“破壞最嚴重的墻肢是底層‘一’字形的小墻肢”。注：按文中所附圖中小墻肢的長寬比例可其墻肢長/墻肢厚之比很小(<4)，屬于柱的范圍。該文結論之一是：“短肢墻應在兩個方向均有連接，避免采用孤立的‘一’字形墻肢。”這也可看為是對前面分析的試驗驗證。 
所以異形柱規(guī)程未將“一”形柱列入。
問：規(guī)程為什么未將Z形柱列入？ 
答：Z形截面柱與“一”形截面柱類似，即兩主軸方向抗彎能力相差甚大，如圖示。其正截面受彎及雙向受剪性能可參見“一”形截面柱的解釋。 
僅有的Z形柱試驗是李杰等人做的沿Z形中間肢作用彎矩和剪力的試驗，結果是在此肢中間沿柱長方向出現(xiàn)較大的裂縫。一般情況即斜向受力現(xiàn)無試驗研究。多數(shù)情況下是Z形的上下兩水平肢受與其方向一致的力，即由兩根梁傳來的拉力或壓力，這只有通過中間肢的受扭來傳遞，后果只能是中間肢的斷裂！節(jié)點受剪性能到底如何？這些都沒有試驗結果可以借鑒。鋼筋混凝土結構是復雜的非線性復合材料結構，目前還離不開試驗，在無大量試驗背景下就提出計算公式并列入規(guī)程指導設計，顯然是太草率了！
問：目前工程中遇到Z形柱怎樣設計計算較好？ 
答：工程中經常遇到需要做Z形柱的情況，在設計計算時較好的方法是在PMCAD輸入時將其按兩個L形柱來輸入并進行內力及配筋計算。因為Z形柱受力較大時易在中間肢劈開，劈開后（極限狀態(tài)）其受力接近于兩個L形柱，按兩個L形柱處理較為合適。如按兩個等肢的L形柱輸入時，中間肢較短時會有大部分重疊也可。此時兩L形柱間的梁會因剛度太大而超筋，也不必管，因實際上無此梁，只是有限元計算時必須兩柱間有聯(lián)系需要有此梁。
問：為什么規(guī)程中的“異形柱”只限于肢厚小于300mm（L、T、+）異形柱？ 
答：現(xiàn)在建筑界所講的“異形柱”，特點是截面肢薄，由此引起構件性能與矩形柱性能的差異。這些包括受力、變形、構造做法等一系列差異。制定規(guī)程主要是針對肢厚200、250mm的異形柱，如將肢厚等于和大于300mm的L、T、+異形柱也列入其中，將會有大量篇幅是在后者上，即后者所占的篇幅要大于前者所占篇幅，這將使規(guī)程變得“失去重心”。例如：《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010規(guī)定柱截面任一邊的尺寸不宜小于300mm，但異形柱的（兩肢）肢厚在此情況時，可服從GB50010的規(guī)定，即混凝土強度等級可到C50以上；縱筋直徑可不應受不大于25mm的限制；縱筋配筋率可不受3%的限制；鋼筋凈保護層最小要達到30mm；與此柱相連的框架梁梁高可不受異形柱規(guī)程限制；截面肢高也不應受不小于500mm的限制、因GB50010規(guī)定300mm×300mm截面的柱可做，我做了一400mm×400mm只是去掉了100mm×100mm的一個角的柱，按異形柱規(guī)程（肢長不得小于500mm）就不讓做了，等等。如將肢厚小于300mm（L、T、+）異形柱也列入規(guī)程，則以上所列的這些都要在規(guī)程中做出規(guī)定，而這些在GB50010中已有規(guī)定，占了篇幅，還沒有新的東西，讓設計人員兩本標準都要看，不知要浪費多少人的多少時間。