鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

王國棟+李東浩

（1河南建工建筑設(shè)計(jì)研究有限公司 河南 鄭州 450001； 2 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南 鄭州 450052）

摘 要： 本文分析了建筑結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，從框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)幾個(gè)方面來論述建筑結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，并針對建筑結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制提出了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對的若干措施，為從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員提供有益的參考。

關(guān)鍵詞： 破壞機(jī)制；成本管理；解決措施

1引言

鋼筋混凝土異形柱是在傳統(tǒng)的矩形柱的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)柱，其截面幾何形狀為L型、T型和十字型，且截面各短肢的肢高肢厚比不大于的柱[1]。其具有以下特點(diǎn)[2]：填充墻與柱肢厚度相等，室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞，從而使房間平整，布置靈活、方便，沒有突起，不占用室內(nèi)空間；因異形柱柱體與傳統(tǒng)柱厚度相比其較薄，因此可以增加建筑有效使用面積8%～10%；填充墻的墻體材料可依據(jù)當(dāng)?shù)乇馗魺嵋?，因地制宜，就地取材，不受地域限制?/p>

本文旨在對異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行探討，提出了個(gè)人看法，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。

2異型柱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1異形柱結(jié)構(gòu)適用條件：

a） 居住建筑（住宅及宿舍）；

b） 抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g及0.15g）和8度（0.20g，I、II、III類場地）；

c） 柱網(wǎng)尺寸不宜大于6.6m；

d） 房屋總高度的限制。

2.2異形柱結(jié)構(gòu)的平面布置：

a） 在異形柱結(jié)構(gòu)的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。

b） 結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的不利影響。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移分別不宜大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比不應(yīng)大于0.85。

c）異形柱框架結(jié)構(gòu)和異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。

d）異形柱結(jié)構(gòu)的框架縱橫柱網(wǎng)軸線宜對齊拉通；異形柱肢截面厚度中線與梁及剪力墻中線宜對齊重合。

2.3異形柱結(jié)構(gòu)的豎向布置：

a） 結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。

b） 異形柱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向宜均勻分布，樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的75%，或其上相鄰三層剛度平均值的85%。

c） 樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的85%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的70%。

d） 異形柱框架不應(yīng)采用樓層錯層的設(shè)計(jì)方案。

e） 異形柱不宜在樓層半層處單面設(shè)置挑梁。

f） 異形柱結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于單跨框架結(jié)構(gòu)。

2.4異形柱結(jié)構(gòu)的豎向布置：

a） 結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。

b） 異形柱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向宜均勻分布，樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的75%，或其上相鄰三層剛度平均值的85%。 c） 樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的85%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的70%。

d） 異形柱框架不應(yīng)采用樓層錯層的設(shè)計(jì)方案。

e） 異形柱不宜在樓層半層處單面設(shè)置挑梁。

2.5異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列原則考慮地震作用：

a） 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)正交布置時(shí)，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地震作用。

b） 有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15度時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。

c） 質(zhì)量與剛度明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其他情況，應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響。

2.5異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同情況，分別采用下列地震作用計(jì)算方法：

a） 異形柱結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法，當(dāng)質(zhì)量和剛度不對稱、不均勻時(shí)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的振型分解反應(yīng)譜法。

b） 高度不超過40m，以剪切變形為豬，且質(zhì)量與剛度沿高度分布較均勻的異形柱結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法。

2.6異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法：

a） 異形柱截面各肢肢高與肢厚之比不應(yīng)大于4，且肢厚不應(yīng)小于200mm，肢高不應(yīng)小于500mm。

b） 框架梁截面高度Hb可按（1/10～1/15）L？b確定（Lb為計(jì)算跨度），且不應(yīng)小于400mm。梁的截面寬度Bb不宜小于1/4Hb及200mm。

32異型柱的計(jì)算要點(diǎn)

異形柱結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由于其自身的特點(diǎn)從而決定其抗震性能、受力性能等與矩形柱結(jié)構(gòu)的不同。這是由于異形柱由于其自身截面的不對稱性，從而在水平力的作用下由于會產(chǎn)生偏心，而這種偏心的話會給給異形柱產(chǎn)出雙向偏心，這種雙向偏心的話會給異形柱的承載力帶來不利的影響。因此，對異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按照體系考慮，宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計(jì)算程序進(jìn)行位移和內(nèi)力分析。因?yàn)楫愋沃c剪力墻的受力不同，所以計(jì)算時(shí)不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模型計(jì)算。

對異形柱框架結(jié)構(gòu)，一般宜按等效按剛度對其折算成普通框架進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。但是當(dāng)剛度相等時(shí)，矩形柱比異形柱的截面面積大。一般比值（A矩/A異）約在1.10-1.30之間[1]。所以，用矩形柱替換后計(jì)算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱，故筆者建議用比值（A矩/A異）對軸壓比計(jì)算值加以放大后再用于異形柱，這樣才能較準(zhǔn)確分析其內(nèi)力與變形分析，否則則失真。

對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結(jié)構(gòu)，由于異形柱在水平力的作用下，其剛度相對較小，故其分擔(dān)的水平剪力很小，由此產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力基本可以忽略。為簡化計(jì)算，可按面積等效或剛度等效折算成普通框架—剪力墻（或核心筒）結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計(jì)算更為簡化、方便。但應(yīng)注意，按面積等效計(jì)算時(shí)，須同時(shí)滿足下面兩式：

（1）A矩=A異；（2）b/h=（Ix異/Iy異）1/2

式中，A矩、A異——分別為矩形柱和異形柱的截面面積；

b、h——分別為矩形截面的寬和高；

Ix異、Iy異——分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。

一般，應(yīng)當(dāng)注意到按面積等效計(jì)算時(shí)，矩形柱的幾何形狀由于規(guī)則不同于異形柱，故造成同等面積情況下，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結(jié)構(gòu)，計(jì)算分析表明[2]，按面積等效與按剛度等效的計(jì)算結(jié)果是接近的。

異形柱的截面設(shè)計(jì)，可根據(jù)上述方法得出的內(nèi)力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計(jì)算方法進(jìn)行配筋計(jì)算。

3 結(jié)論

建筑結(jié)構(gòu)的安全性關(guān)系到建筑物的安全，其一旦發(fā)生破壞會給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重的損失。所以，我們應(yīng)當(dāng)重視建筑結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，進(jìn)而重視建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)破壞機(jī)制，從而為保障我國的建筑安全提供有益的參考。

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