淺析混凝土建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計

劉丹 秦建法

摘要：在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種非常常見的結(jié)構(gòu)形式，尤其在高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)一般的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計研究相對較多，且設(shè)計技術(shù)也較為成熟，而對于異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究還相對較少。事實上，異形柱框架結(jié)構(gòu)與其他建筑結(jié)構(gòu)相比，各方面的要求都要更加嚴(yán)格，所以在具體設(shè)計時，設(shè)計人員要十分注意，以免影響建筑物的整體質(zhì)量。本文就以異形框架結(jié)構(gòu)為例，來詳細(xì)探討混凝土建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。本文首先介紹了異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點；其次概述了異形柱框架結(jié)構(gòu)的計算方法，最后探討了其計算要點，希望能夠為我國建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：異形柱框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計；要點

目前我國的建筑多為混凝土建筑，與普通的砌塊建筑相比，混凝土建筑的 整體性更好，結(jié)構(gòu)形態(tài)也更多。其中異形柱框架結(jié)構(gòu)就是這樣一種建筑結(jié)構(gòu)形式。異形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，尤其是要注意抗震等級的設(shè)計，不同的建筑物類型對抗震等級有不同的要求，建筑選擇的結(jié)構(gòu)不同，抗震等級的要求也不同，因此設(shè)計人員應(yīng)該按照異形柱框架結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，來確定抗震等級，必須保證建筑物的抗震等級符合要求，保證建筑的質(zhì)量。

一、異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

異形柱框架結(jié)構(gòu)是建筑物中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢，但是如果在設(shè)計過程中，不注重細(xì)節(jié)，其劣勢就會顯現(xiàn)出來，影響建筑物的整體設(shè)計質(zhì)量，因此一定要遵循相應(yīng)的設(shè)計原則。

1、結(jié)構(gòu)布置

異形柱框架結(jié)構(gòu)不同于其他結(jié)構(gòu)，在對其布置時需要遵循很多原則；首先，在布置時，要使平面盡可能的對稱，這樣布置的主要目的就是能夠讓平面和剛度保持均勻的狀態(tài)，該結(jié)構(gòu)有兩個主軸，在對其進(jìn)行布置時，一定要和諧，否則不利于扭轉(zhuǎn)設(shè)計，如果在布置時無法平面對稱，就要考慮到結(jié)構(gòu)受力的問題；其次，要布置時要注意雙向設(shè)置，并且保證框架柱平齊，與此同時要拉通框架梁，這樣就不會出現(xiàn)豎向框架梁與橫向框架梁彼此支撐的現(xiàn)象，而異形柱框架結(jié)構(gòu)就會有足夠的空間來承載一定的壓力。這樣布置最大的優(yōu)勢就是使異形柱框架正整體性能得到有效的提升，尤其是抗震性能方面；最后，如果需要豎向布置，一定要選擇不交規(guī)則的材料，布置時要考慮應(yīng)力的問題，不能過分的外挑，也不能過分的內(nèi)收，如果布置不當(dāng)，樓剛度就會發(fā)生突變，如果沒有特殊的要求，堅決不能采用錯層布置的方式。

2、抗震等級

這是設(shè)計的關(guān)鍵也是必須要考慮的問題，通常情況下異性框架結(jié)構(gòu)的建筑抗震等級要求不同，設(shè)計人員要根據(jù)建筑物的高度以及選擇的具體的結(jié)構(gòu)類型來確定抗震等級。有很多計算抗震等級的方法，每種計算方法都各有優(yōu)勢也劣勢，設(shè)計人員要根據(jù)具體情況具體選擇，但是無論選擇哪種計算方法，都要符合國家規(guī)定。

3、確定設(shè)計的各項參數(shù)

比如建筑物的高度，之后再根據(jù)其高度確定建筑物的高寬比等，這些參數(shù)都調(diào)查清楚，才能開始設(shè)計方案。比如如果建筑物要求的抗震等級為7級，而且其高度為35m，建筑物的層數(shù)為12，這時就能夠確定出建筑物的高寬比，正常情況下是5。另外，還要根據(jù)建筑的各項參數(shù)確定長細(xì)比，一旦確定失誤，建筑物就會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

4、注重異形柱結(jié)構(gòu)的延性以及粘結(jié)性

如果在設(shè)計時，異形柱屬于單調(diào)荷載，尤其是反復(fù)荷載，這時如果不采取有效措施，異形柱的粘結(jié)性就會遭到嚴(yán)重的損害，而且延性也會受到相應(yīng)的影響。影響異形柱結(jié)構(gòu)延性以及粘結(jié)性的因素有很多，比如高寬比、軸壓比等，因此控制器延性的關(guān)鍵就是控制好這些影響因素，一般情況下，高寬比要在3和4之間。因為異形柱框架結(jié)構(gòu)普遍存在的問題就是肢厚比較小，有些甚至于框架梁寬度相同，因此異形框架柱的錨固能力與其他結(jié)構(gòu)相比差距很大，所以要選擇合適的縱向鋼筋，尤其是對鋼筋直徑要求更加嚴(yán)格。如果在設(shè)計時，不希望出現(xiàn)短柱，那么在選擇異形柱時，其肢高要適度的短一些，但是這又不符合錨固粘結(jié)的要求，為了能夠更好的解決這一問題，設(shè)計人員通過計算得出異形柱肢高在50至70cm最適宜，這樣就符合梁縱筋直徑的要求，也不會出現(xiàn)短柱的情況。

二、異形柱的結(jié)構(gòu)計算方法

1、直接計算法

根據(jù)國內(nèi)外的部分試驗結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計分析，擬合成經(jīng)驗公式。即按T型截面分別計算出縱向力作用x軸及y軸，考慮相應(yīng)的初始偏心距增大系數(shù)后，按僅考慮曲肘邊縱向受力鋼筋計算的偏心受壓構(gòu)件所能承載的縱向力Nx和Ny，然后以初始偏心距與截面邊長的比值為參數(shù)進(jìn)行修正。

2、等代矩形柱計算法

將異形柱截面折算成慣性矩相等的矩形截面且將等代矩形柱的形心置于異形柱兩肢桿軸線的交點上；將其輸入空間分析程序（如TBSA）進(jìn)行位移和內(nèi)力計算，可簡化工作量；以上電算輸出的是作用在等代矩形桿形心處的組合內(nèi)力，需將其回歸到各個單肢截面的形心處。這樣每個單肢就可按其各自的組合內(nèi)力進(jìn)行正、斜截面的配筋計算。這種用面積等效換算作抗壓抗剪分析的方法在工程中應(yīng)用較多，但用這種方法計算時應(yīng)明確的是：按矩形柱計算時得出的內(nèi)力要轉(zhuǎn)換到異形柱上斷面形心的位置.然后按異形柱計算配筋。

3、先配筋再復(fù)核法

對于有經(jīng)驗的設(shè)計人員，在參考一些相關(guān)算例的前提下，可以先對異形柱配筋再復(fù)核截面就顯得更為簡便，截面復(fù)核時可分x軸和y軸均按T型截面分別復(fù)核。

不論是哪種計算方法，都可以參與GB 50010 2002混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范有關(guān)偏心受壓構(gòu)件的內(nèi)容來進(jìn)行計算。

三、異形柱框架結(jié)構(gòu)的計算要點

1、剪跨比

剪跨比是反映柱截面所受彎矩與剪力相對大小的一個參數(shù)，是影響框架柱破壞形態(tài)的最重要的因素?？刂萍艨绫燃纯刂浦鶅舾吲c柱截面肢長之比。由于異形柱的抗剪性能差，選擇異形柱截面時，為避免出現(xiàn)短柱，控制 > 4，亦即 >2。

2、軸壓此的限定

軸壓比是指柱組合的軸壓力設(shè)計值與柱全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值乘積之比。即。它是影響柱破壞形態(tài)和變形能力的另一個重要因素。有關(guān)研究結(jié)果表明：軸壓比對異形柱的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對普通矩形柱的影響，為保證異形柱的延性，必須嚴(yán)格控制軸壓比，柱應(yīng)具有足夠大的截面尺寸，以防止出現(xiàn)小偏壓破壞，并應(yīng)滿足抗震要求，同時避免長細(xì)比小于4的短柱。由于異形柱的截面積比具有相同抗彎剛度的矩形柱小，因此用矩形柱替換后計算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱。而異形柱的軸壓比的限值在規(guī)范中又無詳細(xì)規(guī)定，考慮到異形框架柱的抗扭、抗震性能較差，一般認(rèn)為，設(shè)計中應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的軸壓比限值減少0.05選用。

四、結(jié)語

綜上所述，可知異形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，要遵循很多的原則，無論是結(jié)構(gòu)布置，還是建筑物的各項參數(shù)，都必須在事先調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計與確定，否則會造成嚴(yán)重的后果。異形柱的計算方法有很多，設(shè)計人員要根據(jù)建筑的具體情況來選擇合適的方法，以減少計算的工作量，但是也不能因為工作量的原因，而選擇適合的算法面，這只會產(chǎn)生事倍功半的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鐵成，張學(xué)輝，康谷貽. 兩種混凝土異形柱框架抗震性能試驗對比[J]. 天津大學(xué)學(xué)報. 2007（07）

[2] 田承昊，王鐵成，劉旭華，孫金云. 低周反復(fù)荷載作用下鋼筋混凝土異形柱框架的滯回性能分析[J]. 應(yīng)用科技. 2007（02）

[3] 王鐵成，李新華，王天柱，康谷貽. 反復(fù)荷載作用下的異形柱框架滯回性能[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）. 2007（01）