淺談異形柱框架

【摘 要】異形柱框架——剪力墻結(jié)構(gòu)因具有空間布置靈活的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)越的抗震性能，在中高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要就它的抗震設(shè)計(jì)與性能進(jìn)行了概述。

【關(guān)鍵詞】異形柱；框架——剪力墻結(jié)構(gòu)；抗震性能

0.前言

近年來，在中高層民用建筑（特別是住宅建筑）結(jié)構(gòu)體系中，異形柱框架——剪力墻結(jié)構(gòu)將建筑美觀和使用功能的靈活性有機(jī)地結(jié)合起來，以其較好的經(jīng)濟(jì)效益、較佳的建筑功能、優(yōu)越的抗震性能得到了廣泛使用。

1.異形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)性能分析

異形柱框架——剪力墻結(jié)構(gòu)為框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的特殊形式，其柱截面的肢厚不應(yīng)小于200mm，肢高不應(yīng)小于500mm。填充墻要求采用輕質(zhì)高效的墻體材料，不僅改善了建筑的保溫、隔熱性能，節(jié)約能源消耗，還能減輕結(jié)構(gòu)自重，有利于節(jié)約基礎(chǔ)建設(shè)投資，有利于減少結(jié)構(gòu)的地震作用。異形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系是在異形柱框架結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，布置一定數(shù)量的剪力墻，或?qū)⒓袅胁贾糜跇菍与娞蓍g的周圍形成筒體，能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，異型柱的受力性能比較復(fù)雜，異型柱為抗震的薄弱構(gòu)件；但作為框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，本身具有兩道抗震防線，剪力墻受力明確，變形能力較好，且剪力墻的縱向剛度大，按等剛度分配的原則，則剪力墻承擔(dān)較大的地震荷載，設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足計(jì)算，方案要考慮周全以外，還應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造措施，注重延性設(shè)計(jì)。

2.異形柱框架——剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要問題

2.1強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案

異形柱結(jié)構(gòu)在方案階段的抗震概念設(shè)計(jì)尤為重要，其首要問題就是選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和確定可靠的傳力途徑。在小高層建筑中宜采用異形柱框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻作為第一道抗震防線，異形柱框架作為第二道防線，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系，結(jié)構(gòu)平面形狀宜規(guī)則、對稱，結(jié)構(gòu)在主軸的兩個(gè)方向的動(dòng)力特性宜相近，在樓梯間和電梯間應(yīng)合理地布置剪力墻或一般框架柱，盡量使結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心重合?？蚣芸v橫柱網(wǎng)軸線宜分別對齊拉通以形成完整的框架，柱截面肢厚中心線宜與框架梁中心線及剪力墻中心線對齊，盡量避免由于二者中心線偏移對受力帶來的不利影響。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻且剪力墻的間距不宜過大，當(dāng)剪力墻之間的樓板有較大開洞時(shí)，間距應(yīng)適當(dāng)減小。對異形柱結(jié)構(gòu)中處于受力不利部位的異形柱，例如結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)軸線斜交處及平面凹進(jìn)不規(guī)則等部位，可采用一般框架柱，以改善結(jié)構(gòu)的整體受力性能。結(jié)構(gòu)體系沿豎向的剛度變化應(yīng)均勻，避免過大的外挑和內(nèi)收，造成結(jié)構(gòu)的剛度突變，產(chǎn)生薄弱層塑性變形集中現(xiàn)象。

2.2注重延性設(shè)計(jì)

a、控制軸壓比。

對于框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，柱子的延性對于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降，因異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合，剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞，導(dǎo)致異形柱脆性明顯，延性普遍低于矩形柱，因而對異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。異形柱在不同軸壓比時(shí)柱端加密區(qū)對箍筋最小配箍特征值的要求，以保證異形柱在不利彎矩作用方向角域時(shí)也具有足夠的延性?！痘炷廉愋沃Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中異形柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小配箍特征值所示，與矩形柱的最小配箍特征值有著較大的差異。

為了保證異形柱結(jié)構(gòu)的延性要求，在抗震設(shè)計(jì)中，保證柱滿足軸壓比的要求，就必須滿足以下條件：一是應(yīng)優(yōu)化柱網(wǎng)布置，合理分配柱的負(fù)載范圍，一般柱網(wǎng)尺寸取4—6m較優(yōu)；二是提高混凝土的強(qiáng)度等級，同時(shí)有利于提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪；三是保證柱有足夠大的截面尺寸，在不影響建筑美觀的前提下，建議加厚柱肢，也有利于解決肢厚過薄而造成的粘結(jié)強(qiáng)度不足及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)鋼筋設(shè)置的困難；四是控制建筑高度，降低底層異形柱的軸力。箍筋直徑越大，加密區(qū)間距越小，軸壓比越可放寬，這是因?yàn)樘岣吲涔柯士梢栽黾又拥难有裕部捎行г黾赢愋沃目辜舫休d力。在高軸壓比的情況下，增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小，故設(shè)計(jì)時(shí)一般控制柱子的軸壓比。

b、考慮地震作用方向?qū)Ξ愋沃孛娉休d力的影響。

等肢T形截面有2根對稱軸，等肢L形截面有1根對稱軸，而不等肢L形截面沒有對稱軸。由截面的幾何特征可知，等肢T形截面柱的00和9O0形心方向軸與等肢L形截面柱的450和1350形心方向軸分別是各自的強(qiáng)軸和弱軸，慣性矩分別為最大和最小值。而截面慣性矩近似反映其剛度的大小，所以與矩形柱結(jié)構(gòu)相比，T形、L形柱在不同的方向上的剛度差異較大。且水平地震作用是按抗側(cè)剛度分配，由于不同方向各個(gè)柱之間的剛度相對比例不同，所分配的地震作用也就有比較大的差別。因此，地震作用的方向角對異形柱的雙偏壓正截面承載力有重要影響。當(dāng)異形柱結(jié)構(gòu)中混合使用等肢異形柱與不等肢異形柱時(shí)，則差異情況更為復(fù)雜。但由于6度、7度（0.10g）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，異形柱的截面設(shè)計(jì)一般是由構(gòu)造配筋控制，所以《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.2.4條第1款規(guī)定：“一般情況下，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)，7度（0.15g）及8度（0.20g）時(shí)尚應(yīng)對與主軸成450方向進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算。”

2.3對軸壓比較大的異形柱增設(shè)暗柱

帶暗柱異形柱與普通異形柱相比，承載力及延性和耗能能力顯著提高，因此其抗震能力有較大提高，帶暗柱異形柱塑性鉸域高度較高，在破壞過程中暗柱有明顯的鋼筋混凝土核芯束的力學(xué)特征。在塑性鉸發(fā)展過程中，暗柱縱筋也從屈服發(fā)展到極限變形狀態(tài)，充分發(fā)揮了其抗力作用。

異形柱中暗柱尺寸一個(gè)方向?yàn)橹穸?，另一方向宜取柱肢厚度?.5～1.0倍，暗柱縱筋直徑宜等于異形柱受力縱筋直徑或取用小一號的直徑，異形柱全部縱向受力鋼筋的配筋率，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于4%；抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于3%。暗柱箍筋加密區(qū)宜與柱端箍筋加密區(qū)一致。箍筋直徑及間距宜與柱端箍筋直徑及間距相同，異形柱（含暗柱）箍筋加密區(qū)的箍筋最小配箍特征值，可按《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ149——2006）中的數(shù)值取值，異形柱箍筋加密區(qū)的箍筋最大間距和最小直徑可按數(shù)值取值。

總之，相對于其他框架一剪力墻結(jié)構(gòu)而言，異形柱框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的地震作用增加幅度不太，但其側(cè)移明顯降低，故其綜合抗震性能還是理想的，只要將上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)控制好了，做到符合相關(guān)規(guī)范和要求，一定能更好的將異形柱框架一剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于人們生活中。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ149—2006混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].