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【摘 要】异形截面钢管混凝土柱框架体系是近几年来出现的一种全新的结构形式，节点是框架结构的关键部位，对结构的整体抗震性能产生重要影响；现行的规范和技术规程均没有给出关于异形截面钢管混凝土柱——钢梁节点的设计方法的规定，本文对此进行了简单的探究。
【关键词】异形截面；节点；设计方法
一、引言
随着异形钢管混凝土柱研究的不断深入，国内外学者对异形柱框架节点展开了大量深入的研究，在抗震设防地区，因异形柱框架的节点受力十分复杂，起着传递、分配内力和保证结构整体性的作用，所以节点是框架结构的关键部位，对结构的整体抗震性能产生重要的影响。也因此成为了国内外学者研究的热点之一。
二、节点的破坏形式
大量地震灾害和国内外研究结果表明，框架节点是结构内力传递的枢纽，是结构抗震的薄弱环节，为达到抗震设计的目标，框架节点应满足一定的强度和延性要求。普通钢筋混凝土框架节点的破坏形式主要有四种：1、梁端弯曲破环；2、柱端压弯破环；3、锚固破环；4、核心区剪切破环。
这四种破坏中梁端弯曲破坏属于延性破坏，其它三种均为脆性破坏，应设法避免。对于钢管混凝土结构，应使节点出现第一种破坏形态，从而发挥钢管对混凝土的约束作用。
三、节点的设计要求
抗震设计的预期目标是做到“小震不坏，大震不倒”，即在小震作用下，结构应基本在弹性阶段工作，在罕遇的大地震作用下，结构进入弹塑性状态时允许结构发生相当严重的破坏，但应确保建筑物的整体安全，不致倒塌伤人。对框架结构来说，目前多遵循“强柱弱梁”的设计原则，即在强烈地震作用下，塑性铰首先在梁上产生，它是梁中某一截面受力钢筋达到屈服后形成的，此时该截面仍能维持一定的承载能力，变形增大，能吸收地震能量，使结构不会立即倒塌，梁先于柱破坏，是一种理想的延性破坏模式，且研究表明，在梁上形成塑性铰所需要的截面延性更容易满足。
就节点而言，要求在地震时竖向荷载作用下，邻近节点的柱端极限抗弯强度之和必须大于节点上梁的极限抗弯强度之和，且柱子达到极限抗弯强度时节点不发生剪切破坏，使柱子和节点都有较强的安全储备，实现“强柱弱梁”的要求。
节点作为柱子的一部分，应能有效地传递上面柱子的轴向荷载。试验证明：柱子压应力越大，构件和节点的延性越小，为使柱子和节点有较好的延性和足够的抗压强度，除应该适当限制节点中竖向轴压力的数值外，还要求节点核心区混凝土在水平方向上有适当的约束。
在强烈的地震作用下，节点核心区承受着很大的水平剪力，容易发生剪切破坏，因此，还应该保证节点具有足够的抗剪强度。
总之，节点在设计时应满足一定的刚度、承载力、稳定性和抗震设防的要求，保证力的可靠传递和准确性，使节点具备必要的延性，能够保证焊接质量，并且避免出现应力集中现象和过大的约束。
另外，节点的形式还应力求构造简单、整体性好、传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便的要求。
四、节点设计方法研究
本文研究的对象钢管混凝土柱截面形式为T形，属于异形截面柱，因为T形可以看成是由两个矩形所组成，所以对于此类异形柱节点，它既具有异形柱节点的特性，又具有矩形柱节点的特性。本文以节点为剪切破坏为例，核心区混凝土符合斜压杆的假定，试想能否将T形截面转换成方形或是矩形截面进行分析，再在已有的关于方、矩形的抗剪承载力设计方法和计算公式的基础上，提出修正的关于异形柱节点的抗剪承载力设计公式，为此，本文进行了初探。
（一）截面的转换
为方便解方程、减少参数个数，本文预想将T形截面转换成方形截面，转换的原则按照刚度等效法进行转化，在用刚度等效法时基于以下两个假定：1、钢管混凝土柱截面的变形符合平均应变平截面假定；2、钢管与混凝土为理想的弹塑性材料。基于以上假定，截面进行转换时的等效方法有两种：1、根据轴向刚度等效的原则进行转换；2、根据抗弯刚度等效的原则进行转换。
（二）节点受剪承载力计算方法
目前关于钢管混凝土柱-钢梁节点核心区的抗剪承载力计算方法，常见的有三种：1、屈服线法；2、“斜压杆”法；3、“盒子”法。三种方法的共同点在于都将核心混凝土对节点抗剪承载力的贡献采用“斜压杆”机理，而钢管的抗剪贡献则各不相同。
节点核心区的剪力主要是由钢管腹板和混凝土共同承担，所以可将转换后的方形钢管混凝土柱——钢梁节点核心区的抗剪承载力拟采用“盒子”法机理进行计算，采用“盒子”法得出的核心区抗剪承载力计算公式中型钢部分没有考虑异形柱翼缘部分的影响，通过试验分析与理论研究，提出了翼缘影响系数ηw，即试件屈服荷载所对应的翼缘与腹板的剪力之比，从它与水平推力之间的关系，以及核心区各部分各自承担的剪力及其所占比例，认为翼缘影响系数ηw取1.2为宜；在将T形截面转换成方形截面时，势必会对原截面核心区混凝土与钢管承担的抗剪承载力Vc、Vs造成一定的影响，所以本文对上述设计公式进行了修正，提出了混凝土等效影响系数和钢管等效影响系数，其修正后的节点域抗剪承载力计算公式为：
其中，为轴压比影响系数，按表1进行取值；
表1.轴压比影响系数
轴压比 ≤0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1.00 0.95 0.90 0.85 0.75 0.65 0.50
通过做试验可以将试验值与理论值进行比较，求其误差，然后进行探讨。若在可以接受的范围内，说明利用刚度等效法的原则将异形柱截面转换成规则截面柱进行分析的思路可行，但仍具有一定片面性；若误差非常大，说明此方法还有缺陷，需做进一步研究。
参考文献：
[1]中国工程建设标准化协会标准CECS159-2004，矩形钢管混凝土结构技术规程[S].北京：中国计划出版社，2004.
[2]周天华.方钢管混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能及承载力研究[D].[博士学位论文]西安：西安建筑科技大学，2004.
[3]侯文龙.方钢管混凝土异形柱与钢梁节点性能试验与理论研究[D].[硕士学位论文]西安：西安建筑科技大学，2011.
【关键词】异形截面；节点；设计方法
一、引言
随着异形钢管混凝土柱研究的不断深入，国内外学者对异形柱框架节点展开了大量深入的研究，在抗震设防地区，因异形柱框架的节点受力十分复杂，起着传递、分配内力和保证结构整体性的作用，所以节点是框架结构的关键部位，对结构的整体抗震性能产生重要的影响。也因此成为了国内外学者研究的热点之一。
二、节点的破坏形式
大量地震灾害和国内外研究结果表明，框架节点是结构内力传递的枢纽，是结构抗震的薄弱环节，为达到抗震设计的目标，框架节点应满足一定的强度和延性要求。普通钢筋混凝土框架节点的破坏形式主要有四种：1、梁端弯曲破环；2、柱端压弯破环；3、锚固破环；4、核心区剪切破环。
这四种破坏中梁端弯曲破坏属于延性破坏，其它三种均为脆性破坏，应设法避免。对于钢管混凝土结构，应使节点出现第一种破坏形态，从而发挥钢管对混凝土的约束作用。
三、节点的设计要求
抗震设计的预期目标是做到“小震不坏，大震不倒”，即在小震作用下，结构应基本在弹性阶段工作，在罕遇的大地震作用下，结构进入弹塑性状态时允许结构发生相当严重的破坏，但应确保建筑物的整体安全，不致倒塌伤人。对框架结构来说，目前多遵循“强柱弱梁”的设计原则，即在强烈地震作用下，塑性铰首先在梁上产生，它是梁中某一截面受力钢筋达到屈服后形成的，此时该截面仍能维持一定的承载能力，变形增大，能吸收地震能量，使结构不会立即倒塌，梁先于柱破坏，是一种理想的延性破坏模式，且研究表明，在梁上形成塑性铰所需要的截面延性更容易满足。
就节点而言，要求在地震时竖向荷载作用下，邻近节点的柱端极限抗弯强度之和必须大于节点上梁的极限抗弯强度之和，且柱子达到极限抗弯强度时节点不发生剪切破坏，使柱子和节点都有较强的安全储备，实现“强柱弱梁”的要求。
节点作为柱子的一部分，应能有效地传递上面柱子的轴向荷载。试验证明：柱子压应力越大，构件和节点的延性越小，为使柱子和节点有较好的延性和足够的抗压强度，除应该适当限制节点中竖向轴压力的数值外，还要求节点核心区混凝土在水平方向上有适当的约束。
在强烈的地震作用下，节点核心区承受着很大的水平剪力，容易发生剪切破坏，因此，还应该保证节点具有足够的抗剪强度。
总之，节点在设计时应满足一定的刚度、承载力、稳定性和抗震设防的要求，保证力的可靠传递和准确性，使节点具备必要的延性，能够保证焊接质量，并且避免出现应力集中现象和过大的约束。
另外，节点的形式还应力求构造简单、整体性好、传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便的要求。
四、节点设计方法研究
本文研究的对象钢管混凝土柱截面形式为T形，属于异形截面柱，因为T形可以看成是由两个矩形所组成，所以对于此类异形柱节点，它既具有异形柱节点的特性，又具有矩形柱节点的特性。本文以节点为剪切破坏为例，核心区混凝土符合斜压杆的假定，试想能否将T形截面转换成方形或是矩形截面进行分析，再在已有的关于方、矩形的抗剪承载力设计方法和计算公式的基础上，提出修正的关于异形柱节点的抗剪承载力设计公式，为此，本文进行了初探。
（一）截面的转换
为方便解方程、减少参数个数，本文预想将T形截面转换成方形截面，转换的原则按照刚度等效法进行转化，在用刚度等效法时基于以下两个假定：1、钢管混凝土柱截面的变形符合平均应变平截面假定；2、钢管与混凝土为理想的弹塑性材料。基于以上假定，截面进行转换时的等效方法有两种：1、根据轴向刚度等效的原则进行转换；2、根据抗弯刚度等效的原则进行转换。
（二）节点受剪承载力计算方法
目前关于钢管混凝土柱-钢梁节点核心区的抗剪承载力计算方法，常见的有三种：1、屈服线法；2、“斜压杆”法；3、“盒子”法。三种方法的共同点在于都将核心混凝土对节点抗剪承载力的贡献采用“斜压杆”机理，而钢管的抗剪贡献则各不相同。
节点核心区的剪力主要是由钢管腹板和混凝土共同承担，所以可将转换后的方形钢管混凝土柱——钢梁节点核心区的抗剪承载力拟采用“盒子”法机理进行计算，采用“盒子”法得出的核心区抗剪承载力计算公式中型钢部分没有考虑异形柱翼缘部分的影响，通过试验分析与理论研究，提出了翼缘影响系数ηw，即试件屈服荷载所对应的翼缘与腹板的剪力之比，从它与水平推力之间的关系，以及核心区各部分各自承担的剪力及其所占比例，认为翼缘影响系数ηw取1.2为宜；在将T形截面转换成方形截面时，势必会对原截面核心区混凝土与钢管承担的抗剪承载力Vc、Vs造成一定的影响，所以本文对上述设计公式进行了修正，提出了混凝土等效影响系数和钢管等效影响系数，其修正后的节点域抗剪承载力计算公式为：
其中，为轴压比影响系数，按表1进行取值；
表1.轴压比影响系数
轴压比 ≤0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1.00 0.95 0.90 0.85 0.75 0.65 0.50
通过做试验可以将试验值与理论值进行比较，求其误差，然后进行探讨。若在可以接受的范围内，说明利用刚度等效法的原则将异形柱截面转换成规则截面柱进行分析的思路可行，但仍具有一定片面性；若误差非常大，说明此方法还有缺陷，需做进一步研究。
参考文献：
[1]中国工程建设标准化协会标准CECS159-2004，矩形钢管混凝土结构技术规程[S].北京：中国计划出版社，2004.
[2]周天华.方钢管混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能及承载力研究[D].[博士学位论文]西安：西安建筑科技大学，2004.
[3]侯文龙.方钢管混凝土异形柱与钢梁节点性能试验与理论研究[D].[硕士学位论文]西安：西安建筑科技大学，2011.