框架結(jié)構(gòu)中異型柱設(shè)計的探討

摘要 隨著人們生活水平的提高，對住宅的要求也越來越高，普通的住宅結(jié)構(gòu)已經(jīng)滿足不了人們的需求。異型框架柱做為新型的結(jié)構(gòu)得到了廣泛的使用。本文從異型柱的特點和優(yōu)點出發(fā)，從幾個方面對其進行探討。

關(guān)鍵詞 異型柱；結(jié)構(gòu)布置；構(gòu)造措施

中圖分類號 TU32 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）122-0120-01

1 異型框架柱的結(jié)構(gòu)特點

1.1 受力特點

柱采用T形、L形、十字形等截面形式，肢寬厚比在2.5～4.5之間，柱肢薄而狹長，雙向壓彎效應明顯；異型柱結(jié)構(gòu)的梁高寬比大，柱肢狹長，使梁柱重疊部分多，在梁端一定范圍形成剛域；同時節(jié)點區(qū)較大而薄，在彈塑性階段，應計入節(jié)點區(qū)變形對結(jié)構(gòu)變形的影響；異形截面僅有一根對稱軸或沒有對稱軸，對荷載的方向較敏感，抗扭剛度較差，相應地也造成異型柱結(jié)構(gòu)的荷載方向敏感性，且稍有不對稱或偏心，抗扭能力降低較大；異形截面的柱肢角部是明顯的薄弱部位，尤其是梁底與柱肢交界斷面的柱肢角部，應力集中嚴重；在異型柱中存在著多肢的情況，截面行心和剪切中心一般都不重合，受力時要靠各柱肢交點處核心混凝土協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力，這種變形協(xié)調(diào)使柱肢內(nèi)產(chǎn)生很大的翹曲正應力和剪應力。

1.2 異型框架柱的優(yōu)點

1）對于柱的平面布置比較靈活，復雜多變，異型柱結(jié)構(gòu)的維護結(jié)構(gòu)的墻都不要承擔荷載，都是不承載的輕質(zhì)墻。這類的墻可以隨意的改動，可以根據(jù)業(yè)主的需要來達到不同的隔間要求，而且都不會影響整個建筑物的安全等問題。

2）異形框架比矩形框架質(zhì)量小很多，所以其抗震作用也比較好。等面積的異型柱的抗彎剛度大于矩形柱，而且異型結(jié)構(gòu)梁的凈跨度比較小，梁的線剛度變大，整體性變強，這就使抗震性能也隨著抗側(cè)剛度的提高也變的優(yōu)秀。

3）異形框架柱的配筋也可以適當?shù)慕档?，因為實驗表明箍筋的抗剪強度并沒有完全的起作用，異型柱的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要選擇不同性能的材料來填充，建筑物的自重就得到降低，各方面的造價費用就減少。如果業(yè)主需要還可以適當?shù)南鳒p墻的厚度而增大建筑物的使用面積，達到最大的使用效益和經(jīng)濟效益。

2 異型柱框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)的布置

異型柱框架結(jié)構(gòu)的平面布置，除應遵守一般框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施、相關(guān)規(guī)定、設(shè)計要求外，還應考慮自身的特點，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的合理布置，還要盡可能的使柱子分布均勻，使其具有良好的可以改造的性能。另外還應注意以下幾點：

1）平面布置宜盡量對稱，兩個主軸方向要協(xié)調(diào)，使合力中心盡可能和剛度中心重合，減少偏心距，盡量減少因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不利影響；

2）考慮采用雙向承重體系，并縱橫向相連接；

3）各柱肢應盡量對齊，使柱肢與梁一起構(gòu)成較規(guī)則、多跨的抗側(cè)力體系。應重點布置在房屋中影響房間使用的墻角部位，其它部位從受力合理和施工方便兩個方面考慮宜采用矩形截面柱。

2.2 設(shè)計方法

現(xiàn)在異型柱結(jié)構(gòu)設(shè)計方面國家出臺了JGJ149-2006《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對其有一定的施工標準可以供設(shè)計人員進行參考。在設(shè)計過程中不能簡單的把異型柱當作矩形柱的計算方法來計算，因為矩形柱和異型柱的截面形式差異性很大。現(xiàn)階段國內(nèi)異型柱截面計算和設(shè)計軟件有天津大學的鋼筋鹼異型柱結(jié)構(gòu)配筋計算程序CRSC、廣東省建院的SS、SSW程序和建研院的TAT、SATWE程序。在設(shè)計的時候還需考慮以下部分：對柱的凈高與柱截面長邊尺寸之比小于4的異形柱，應沿柱高全高加密箍筋，以減小地震作用下柱剪切脆性破壞的危險性和改善柱的變形性能；位于l形柱角處的縱向受力鋼筋為雙向共用；因荷載方向角的任意性，在異形柱內(nèi)折角處也應設(shè)置相同直徑的受力筋；按肢長與肢寬之比定義異形柱或短肢墻很大程度是為了學術(shù)上的便利。但用TAT程序進行結(jié)構(gòu)整體計算時，按異形柱模式可能導致結(jié)構(gòu)剛度下降，應適當增加抗地震力；施工過程中對異形柱及其節(jié)點區(qū)應加以重視，采用骨料粒徑較小的混凝土進行澆筑，以確保施工質(zhì)量；在一般的矩形柱的多層框架結(jié)構(gòu)中側(cè)移多不起控制作用，而對于異形柱框架結(jié)構(gòu)，由于側(cè)向剛度較小，有時側(cè)移會超過規(guī)范允許值；為安全起見，異形柱框架梁柱節(jié)點核心區(qū)受剪承載力必須計算，以保證節(jié)點區(qū)的可靠性。

2.3 框架的計算

異型框架比較特殊，在截面對稱軸受到作用力時，其撓曲應力在彈性分析時比較小，這時候就相當于承受水平力的偏壓構(gòu)件，還可以按混凝土設(shè)計規(guī)范和平面假定分析計算。如果框架柱水平作用力較小的時候，仍可以按偏壓柱分析計算，此時誤差很小。異型柱可以通過面積和剛度相等的原則換算成矩形柱進行整體的分析和計算。水平力作用不是在主軸方向，水平作用力如果很大，那么撓曲應力就不能忽略，就需要對其進行有限元分析，來計算出配筋、內(nèi)力的位置和大小。對內(nèi)力和配筋計算時，選擇的軟件要能計算異型柱。如果軟件沒有計算異型柱的部分，則可以把其按照等剛度和面積換算為矩形柱來對其分析，計算出雙向內(nèi)力的時候再設(shè)計異型柱截面，但是用這種方法截面的可靠性不高而且工作量也非常大。所以，為了取得準確率高，計算量也不是很大，在對其分析計算的時盡量選擇帶有異型柱計算功能的軟件。

2.4 異型柱框架的構(gòu)造措施

在對異型柱的構(gòu)造的時候，要滿足各方面的規(guī)范。根據(jù)異型柱的特點，構(gòu)造措施有：

柱肢的厚度最小不應少于200 mm，肢高不宜小于500 mm；在梁跨度較大時，柱子往往顯得截面不足，軸壓比太大，鋼筋過分密集，因此最好把一二層柱砼標號提高到C30左右，避免采用加大壁厚的方案。對異型柱的配筋，縱向構(gòu)造鋼筋在柱肢寬較大時應該設(shè)置，以保證縱向鋼筋間距滿足規(guī)范要求。對于直徑的選取，根據(jù)我國鋼筋砼設(shè)計規(guī)范和國外有關(guān)資料以及有關(guān)剪力墻的構(gòu)造規(guī)定，建議取不小于Ф14就夠了，但不得大于Ф25。箍筋的設(shè)置對抗震設(shè)防的影響很大，建議箍筋最小直徑四級抗震可以選用Ф6（柱跟選Ф8），二三級抗震可以選Ф8，在加密區(qū)的間距為100 mm，在非加密區(qū)的間距為200 mm。在對梁截面選擇過程中，首先要對異型柱軸壓比進行確定，在對其截面的選擇也要綜合的考慮

多方面因素，異型柱的最主要的功能就是滿足建筑功能的需要，異型柱翼一般設(shè)計的和墻厚相等。不易過大，這樣才能避免出現(xiàn)室內(nèi)柱突出問題。

3 結(jié)束語

異型柱框架結(jié)構(gòu)的布置比普通矩形靈活多變，能夠滿足建筑物很多功能方面的需求，具有很大的發(fā)展空間。 隨著我國住宅企業(yè)化日趨加大，以后對結(jié)構(gòu)設(shè)計會提出更高的要求，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員充分的掌握異型柱的各方面特點，正確的把握住設(shè)計要點，保證工程結(jié)構(gòu)的安全可靠、經(jīng)濟合理，不斷的完善和發(fā)展異型柱框架結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計。

參考文獻

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