異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

徐霓虹

[摘要]異形柱結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的一種特殊的案例。雖然對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以參照一般的框架或框架—剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行,但是由于異形柱結(jié)構(gòu)本身具有著自身的特點(diǎn),所以在異形柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也存在著特殊之處。本文主要結(jié)合某住宅建筑采用的異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例,主要探討了異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容等。

[關(guān)鍵詞]異形柱 框架結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)

1 工程概況

我市某住宅公寓一期項(xiàng)目的18棟多層住宅,總建筑面積達(dá)到10萬(wàn)m²,多數(shù)住宅單元為雙樓梯單元形式,戶型面積從90-130m²分布,采用標(biāo)準(zhǔn)層高2.8m,本項(xiàng)目的住宅抗震烈度設(shè)計(jì)為7級(jí),抗震等級(jí)框架為三級(jí),剪力墻為二級(jí),場(chǎng)地類別為Ⅱ類。基本風(fēng)壓為0.60KN/m²。本項(xiàng)目在結(jié)合了相關(guān)的設(shè)計(jì)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)之后擬采用主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式,基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

2 異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)由于柱截面為異形,在雙向壓彎作用下,隨著荷載角的變化,其受壓區(qū)的形狀也隨之變化。在某些荷載角情況下,會(huì)使柱截面的受壓區(qū)高度較大而表現(xiàn)出很大的脆性。

(2)異形柱的柱肢截面較薄,框架梁應(yīng)沿平行于柱肢的方向插入柱肢。若沿垂直方向插入柱肢,則梁縱向鋼筋的水平錨固長(zhǎng)度難以滿足規(guī)范要求;

(3)由于柱截面較薄,所以不應(yīng)配置過(guò)多的縱向鋼筋。當(dāng)柱肢厚度為200mm時(shí),每排應(yīng)配置2根縱向鋼筋;當(dāng)柱肢厚度為250mm時(shí),每排應(yīng)配2-3根縱向鋼筋。

(4)框架梁的截面寬度可與柱肢厚度相同或大于杜肢厚度。若二者相同,梁的縱筋應(yīng)在柱筋的內(nèi)側(cè)穿過(guò),并采取一定的構(gòu)造措施;若梁寬大于柱肢厚度,梁的外側(cè)縱筋可在柱筋的外側(cè)穿過(guò);

(5)為避免出現(xiàn)冷橋,對(duì)沿外墻的異形杜和框架梁應(yīng)采取保溫措施。

3 結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)布置遵循框架-剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)布置的一般原則。柱網(wǎng)布置盡量簡(jiǎn)單規(guī)則,剛度分布勻稱,框架雙向設(shè)置,使結(jié)構(gòu)在縱橫兩個(gè)方向均有較強(qiáng)的抗側(cè)力能力。

在房屋的角部布置L形角柱,沿外墻設(shè)置T形邊柱,在房屋的中間根據(jù)內(nèi)隔墻的具體位置設(shè)置L形或十字形的中柱。由于層高為2.8m,除去0.9m高的窗臺(tái)、1.5m高的窗和30厚的樓面面層,沿外墻的框架梁最大可以做到370mm高,因此在開(kāi)間較大的跨度中問(wèn)設(shè)置扁長(zhǎng)的柱子,以減小框架梁的跨度。

異形柱肢厚的確定主要考慮以下兩個(gè)因素:首先,考慮在北方地區(qū)建筑外墻有保溫和隔熱的要求,在鋼筋混凝上柱的內(nèi)側(cè)或外側(cè)需貼一定厚度的保溫材料。本工程外墻的厚度為300mm,在柱的外側(cè)貼100厚的加氣混凝土砌塊保溫,使之正好與外墻的厚度相同,以保持墻面的平整。其次,雖然對(duì)于多層結(jié)構(gòu)異形柱的最小肢厚可以做到150mm,但考慮到構(gòu)造和施工的因素,肢厚太薄易造成配筋困難,并使混凝土難以澆筑,不易保證混凝土的成型質(zhì)量,故肢厚不宜太薄。所以設(shè)計(jì)中采用異形柱的肢厚確定為200mm,200mm對(duì)于多層結(jié)構(gòu)的異形柱來(lái)說(shuō),是一個(gè)比較理想的肢厚。

梁的寬度與異形柱的肢厚相同,采用200mm。沿外墻的框架梁可向外設(shè)置l00mm寬的挑檐,以承托300mm厚的外墻。除沿外墻的框架梁的梁高考慮到建筑要求定為370mm外,其它的框架梁高均按梁的跨度取用適當(dāng)?shù)闹?最大梁高為550mm,其跨度為6.9m。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

異形柱框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移應(yīng)該按照彈性方法進(jìn)行計(jì)算,并考慮抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的共同作用。一般采用比較多的方法是先將異形柱截面換算成等慣性矩的矩形截面住,然后再次利用常用的空間分析程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)和位移的計(jì)算等內(nèi)容。

異形柱的截面尺寸主要考慮的是軸壓比,還需要同時(shí)綜合考慮其他方面的因素來(lái)確定。設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容主要包括:異形柱結(jié)構(gòu)截面承載力計(jì)算、異形柱結(jié)構(gòu)的延性和剛度計(jì)算以及異形柱結(jié)構(gòu)抗震性能的研究等主要內(nèi)容,本文將不再重點(diǎn)探討此部分內(nèi)容。

5 主要構(gòu)造措施

5.1異形框架柱

異形柱的截面肢厚取用200mm,既能保證鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度,又能充分保證施工質(zhì)最,而且又能和外墻的保溫構(gòu)造措施相匹配,因此對(duì)于多層建筑來(lái)說(shuō),200mm的肢厚是比較合適的。

框架柱非加密區(qū)箍筋的數(shù)量應(yīng)滿足受剪承載力計(jì)算值的需要,且箍筋數(shù)量不宜小于加密區(qū)的50%;箍筋間距應(yīng)符合下列要求:對(duì)二級(jí)抗震等級(jí)不應(yīng)大于10d;對(duì)于三級(jí)抗震等級(jí)不應(yīng)大于15d(d為縱向鋼筋直徑)。框架柱凈高與柱截面長(zhǎng)邊尺寸之比不大于4時(shí),應(yīng)沿柱全高加密箍筋,箍筋間距不應(yīng)大于100mm,且箍筋的體積配箍率不宜小于1.0%。

為避免形成短柱,柱的凈高與肢長(zhǎng)之比不宜小于4,以保證異形柱的延性。為保證柱截面的穩(wěn)定性,柱的肢長(zhǎng)與肢厚之比不應(yīng)大于4。對(duì)于多層建筑來(lái)說(shuō),由于柱的軸力較小,以上要求是比較容易滿足的。

5.2梁柱節(jié)點(diǎn)

異形柱結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造基本與普通柱框架結(jié)構(gòu)相同。但由于柱的肢厚和梁的寬度均較小,因此鋼筋的構(gòu)造還是有一些特殊之處。

在同一截面內(nèi),縱向受力鋼筋宜采用相同直徑,其直徑不應(yīng)大于25mm,且不應(yīng)小于14mm。

內(nèi)折角處應(yīng)設(shè)置縱向受力鋼筋。當(dāng)柱中縱向鋼筋間距超過(guò)250mm時(shí),其間應(yīng)設(shè)構(gòu)造鋼筋,直徑可用12mm,并設(shè)拉筋,拉筋間距為箍筋間距的2倍。

異形柱肢厚小于200mm時(shí),縱向受力鋼筋每排不應(yīng)多于2根;肢厚200mm-250mm時(shí),每排鋼筋不應(yīng)多于3根,必要時(shí)可分兩排設(shè)置。

本工程柱的肢厚和梁的寬度均為200mm,為避免梁柱的縱向鋼筋相碰,采取如下的構(gòu)造方法:梁的縱向鋼筋在柱的縱筋的內(nèi)側(cè)繞過(guò),為了避免梁縱筋受拉時(shí)產(chǎn)生很大的向外的張力,應(yīng)使其彎折的角度盡量地小,一般不大于1/25,并在柱截面外側(cè)梁中設(shè)2Φ8附加箍筋,用以抵消縱筋的張力。

從設(shè)計(jì)方案中也可看出,梁、柱的縱筋每排不宜多于2根,否則將使節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過(guò)密,難以保證混凝土的澆筑質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版,2002.[2]楊春凌.異形柱框架體系的設(shè)計(jì)探討.山西建筑,2008.34(4).[3]DG/TJ08-009A-2001.鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程(試行).[4]趙西安.現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京:科學(xué)出版社,2000.