空间钢构架混凝土L形柱的抗震性能试验研究和非线性分析

资料大小：6.3M
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2022-03-15

资料介绍

1异形柱的研究背景
1．1．1异形柱结构的应用及特点
第一章绪论弟一早珀T匕
近年来，随着生活水平的不断提高，人们对建筑住宅的要求越来越高。传统的砖
混结构住宅由于房屋分隔单一，开间受到限制，可变性及抗震性均相对较差，已经无
法满足人们对建筑使用功能的不同要求。因此，在普通多层住宅设计中大多采用钢筋
混凝土框架结构体系，但由于普通钢筋混凝土框架结构柱多采用矩形断面形式，突出
墙面的矩形柱给室内装修和家具布置带来了极大的不便，同时也影响平面有效面积的
合理利用。为解决上述问题，在20世纪中、后期，天津市首先提出异形柱框轻节能
结构体系(即异形柱框架一轻墙结构体系)，该结构采用异形截面柱来取代普通矩形
柱，柱肢厚度与墙体厚度取齐，避免了矩形柱在室内凸出的缺点，扩大了建筑有效使
用面积，提高了建筑布置的灵活性，改善了室内空间视觉效果；同时可以提供大空间
及住户拆改装修的便利条件，通过结构措施把建筑美观结合起来，为人们提供舒适的
环境。异形柱结构就是在这样的理念指导下产生和发展起来的，在实际使用中受到用
户的欢迎，且符合国家正在大力宣传贯彻的积极推进墙体改革、节约能源及科技创新、
研究探索新型住宅建筑结构体系的方针政策。
与一般钢筋混凝土框架结构房屋相比，异形柱框架结构房屋不仅使用功能好，而
且造价较低【11。其主要优点如下：
1、边柱为T形，中柱为十字形，角柱为L形。柱宽与填充墙同厚，室内不出现外
凸的柱棱，房间美观适用(图卜1)。
2、墙薄，可比砖房增加7％～10％的使用面积。不仅节省上部结构的材料，又可减
少基础的造价并且有利于抗震。
3、异形柱结构外观好，且分隔灵活，可为底层提供大空间，特别适用于底层带
商铺的住宅，有良好的社会效益。
由此可见，推广应用这种结构体系，具有明显的经济效益和社会效益。但是，异
形柱的抗震性能是人们极为关注的问题，所以，研究异形柱的抗震能力，将有着重要
的理论意义和现实意义。
苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论
趱兽趣罐臣
1．1．2异形柱结构存在的问题
图卜1 几种常见的异形柱
(c)
目前，普通钢筋混凝土异形柱在实际工程中己经得到推广应用，在山西太原、山
东烟台、江苏南京、天津市、广东省以及广西南宁等地己建成一批异形柱框架住宅。
但是，这些住宅建筑多为低多层建筑。一方面由于钢筋混凝土异形柱受到柱截面配筋
率及混凝土强度等级的限制，其极限承载力有限。另一方面随着层数的增加，为了满
足受力的要求，不得不加大柱肢的长度，不利于门窗洞口的布置。由此可见，在高层
或超高层建筑中，要采用异形柱框架结构形式，必须采用一种新的高强结构材料来代
．替普通钢筋混凝土作为异形柱的建筑材料，钢骨混凝土结构就能满足这一要求。
1．1．3钢骨混凝土异形柱结构的优势
．为了使异形柱框架结构体系能够在高层和超高层建筑中进一步推广应用，如何在
不显著增大柱截面的情况下，提高柱的承载力是需要解决的主要问题之一。若单纯从
提高柱承载力来看，可以考虑采用高强混凝土或约束混凝土(如钢管混凝土)。高强混
凝土异形柱虽能提高柱的承载力，但在梁柱连接节点处钢筋可能较为密集，尤其是柱
肢厚度与梁宽相同时，梁与柱的主要受力钢筋在同一平面内相交，钢筋位置不易错开，
造成施工十分困难，同时高强混凝土会使构件延性变差、脆性变大，不利于抗震。若
采用约束混凝土柱，异形柱又不具备约束混凝土的特点。由此可见，在高层、超高层
建筑中，要采用异形柱框架结构形式，普通钢筋混凝土异形柱是难以满足承载力要求
以及节点处理等问题，必须考虑采用别的高强材料取代普通钢筋混凝土作为异形柱的
建筑材料。钢骨混凝土结构(steel Reinforced Concrete简称SRC结构)内部包含有较
多的钢材，能大大提高柱承载力，具有较强的耗能能力，与普通钢筋混凝土相比具有
更强的抗震能力，并且在梁柱连接节点处不存在钢筋拥挤、施工布筋困难等问题。传
统的钢骨混凝土柱一般是矩形或方形截面，在高层和超高层建筑中己经得到了大量应
用。若异形柱框架结构中采用钢骨混凝土来取代钢筋混凝土作为异形柱的建筑材料，
2
苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论
可以充分发挥钢骨混凝土的材料优势以及异形柱结构的结构优势，能有效地扩大异形
截面柱的应用范围。
1．2异形柱在国内外的研究与应用
1．2．1异形柱在国内的研究及应用
目前，对异形柱框架结构整体的试验研究和理论分析主要在我国。这方面，我国
广东省和天津市走在了前面，颁布了关于异形柱框架的地方规程：《钢筋混凝土异形
柱设计规程》和《大开问住宅钢筋混凝土异形柱框轻结构技术规程》，安徽省也在2001
年颁布了自己的地方标准：《安徽省异形柱框架轻质墙结构(抗震)设计规程》。
在我国，华南理工大学对L形柱进行了双向偏压试验研究：天津大学对L形、T形和
十字形柱进行了一系列试验研究，对钢筋混凝土异形截面柱(主要是L形、T形、十字
形柱)正截面承载力、延性、受剪承载力及节点承载力做了理论分析：中国建筑科学研
究院对国内外进行过的18根L形偏心受压柱的强度试验结果进行了统计分析，给出了
实用计算公式，但由于试验数据少，难免有局限性。1992年到1994年间，河北工业大
学先后完成了对L形、十字形、T形柱抗震性能的试验研究，在压弯试验中，水平力作
用方向除与异形柱工程轴方向一致外，还采用了与工程轴成450的水平力加载方式，
这样为进行不同水平地震作用方向下异形柱的抗震性能研究初步奠定了试验基础。
广东标准《钢筋混凝士异形柱设计规程》在设计异形柱时，是先将双向偏心弯矩
近似地化为作用于对称轴上的当量弯矩，来计算异形柱的正截面承载力，然后查表计
算，这是一种近似方法，而且使用的范围较为有限，规程只列出了几种常用截面类型
和混凝土强度等级下的计算图表，只适用于L形和T形截面，对十字形和不等肢截面不
适用。
天津大学通过大量的试验得出了T形、L形及十字形截面双向压弯构件正截面承载
力的变化规律，并在此基础上根据平截面假定，混凝土及钢筋的本构模型和力的平衡
条件，采用数值方法编制了异形截面双向压弯柱正截面承载力计算程序《大开间住宅
钢筋混凝土异形柱框轻结构技术规程》，(天津标准)将正截面承载力计算得到的
Ⅳ一朋，一朋y、N—M相关曲线制成系列图表，通过图表可以直接查出配筋或进行承载
力验算，适用于等肢的L形、T形和十字形截面异形柱，但仍未对不等肢截面做出计算
规定。
2006年中华人民共和国行业标准《混凝土异形柱技术规程》(JGJl49—2006)【5】o
钢筋混凝土异形柱的试验研究在我国已经成熟，文献[6]L形和Z形宽肢异形柱低
周反复荷载试验研究，根据12根肢宽肢厚比分别为4：1，5：l和6：l的宽肢L形和Z
形界面柱在低周反复荷载作用下的试验研究，研究了肢宽厚比大小，箍筋配筋率对构