異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計疑難釋義

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異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)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(fēng)荷載作用下還是在地震作用下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(diǎn)的核心區(qū)面積只有柱厚乘梁寬這一點(diǎn)點(diǎn)，顯然承受不了它受到的節(jié)點(diǎn)剪力。 
2000年前中國建筑科學(xué)研究院抗震所做了“高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)振動臺試驗(yàn)研究”(見<建筑科學(xué)>2000年1期12-16頁程紹革、陳善陽、劉經(jīng)偉的文章)項(xiàng)目。試驗(yàn)結(jié)果為：“破壞最嚴(yán)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(jié)論之一是：“短肢墻應(yīng)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(yàn)驗(yàn)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(yàn)是李杰等人做的沿Z形中間肢作用彎矩和剪力的試驗(yàn)，結(jié)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(yàn)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(diǎn)受剪性能到底如何？這些都沒有試驗(yàn)結(jié)果可以借鑒。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的非線性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，目前還離不開試驗(yàn)，在無大量試驗(yàn)背景下就提出計算公式并列入規(guī)程指導(dǎo)設(shè)計，顯然是太草率了！
問：目前工程中遇到Z形柱怎樣設(shè)計計算較好？ 
答：工程中經(jīng)常遇到需要做Z形柱的情況，在設(shè)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(jìn)行內(nèi)力及配筋計算。因?yàn)閆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?qū)嶋H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(diǎn)是截面肢薄，由此引起構(gòu)件性能與矩形柱性能的差異。這些包括受力、變形、構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(qiáng)度等級可到C50以上；縱筋直徑可不應(yīng)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(hù)層最小要達(dá)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(yīng)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(shè)計人員兩本標(biāo)準(zhǔn)都要看，不知要浪費(fèi)多少人的多少時間。