異形柱技術總結

1、異形柱技術總結去年年底做了一個異形柱結構的檢測鑒定， 雖然之前很少接觸異形柱， 但經(jīng)過這個工程后，還是學到了不少有關異形柱方面的知識和技術。一、異形柱的基本概念現(xiàn)代住宅建筑要求大開間，平面及房間布置靈活、方便，室內不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結構能較好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的要求，因而逐漸得到了推廣應用。我們先來了解異形柱的定義?；炷廉愋沃Y構技術規(guī)程 (JGJ1 49 200 6) 對異形柱的定義是：截面幾何形狀為 L形、 T 形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于 4的柱。規(guī)程中目前僅列入了 L形、T形和十字形三種界面形式的異形柱，因為對此三種截面積累的工程經(jīng)驗較多。未列入的還

2、有一字形， Z字形等。一形柱和 Z形柱截面類似，即兩個主軸方向抗彎能力相差甚大。目前，此兩種類型的柱尚未列入規(guī)程中， 以后經(jīng)過大量的試驗研究后， 應該也會經(jīng)入規(guī)程的控制。下圖為幾種異形柱及其鋼筋配置：異形柱各肢肢長可能相等， 也可能不等。 我們在抗震設計時宜采用等肢異形柱，當不得不采用不等肢異形柱時，兩肢的肢高比不宜超過 1.6，且肢后差不大于 50mm（詳見規(guī)程條文說明第 6.1.4條）。柱截面肢高肢厚比是指異形柱柱肢截面高度與厚度的比值，柱的肢高肢厚比不同時，柱的性能也會有不同的差異。規(guī)程規(guī)定肢高肢厚比不大于 4，試驗表明，在此情況下，異形柱在偏心受壓狀態(tài)下的應變基本符合平截面假定。二、異

3、形柱與矩形柱的限值對比異形柱和矩形柱相比，在設計中差異時比較明顯的，我們來看看這些差異：1. 當建筑物構形式相同且所處地域的抗震烈度相同時，異形柱的最大適用高度要明顯低于矩形柱的最大適用高度，詳見下表：矩形柱：異形柱：2. 在風荷載、多遇地震作用下，異形柱結構的彈性層間位移角限值比起相同結構類型的矩形柱要嚴格一些，詳見下表：異形柱：矩形柱：3. 在罕遇地震作用下，異形柱結構的彈塑性層間位移角限值比起相同結構類型的矩形柱要嚴格一些，詳見下表：異形柱：矩形柱：4. 在相同結構形式及相同抗震等級條件下，異形柱的軸壓比限值要明顯嚴于同種結構類型的矩形柱，詳見下表：異形柱：矩形柱：5. 界定 “扭轉不規(guī)

4、則類型 ”的控制點更嚴，抗規(guī)規(guī)定當結構的扭轉位移比大于1.45時可界定為扭轉不規(guī)則結構，而異規(guī)界定 1.2。三、異形柱與矩形柱的受力特性比較(一) 異形柱的受力特性及抗震性能與矩形柱有著本質尚的差別。由于異形柱截面不對稱， 在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。由于截面的特殊性，使得墻肢平面內外兩個方向剛度對比相差較大，導致各向剛度不一致，其各向承載能力也有較大差異。(二) 異形正截面的計算（雙向壓彎構件）比矩形柱截面要復雜。因在雙向壓彎條件下，截面的中和軸一般不垂直于彎矩作用平面，也不與截面邊緣相平行，它的位置隨著截面尺寸、混凝土強度、配筋及荷載的大小形式等多種因素的變

5、化而變化。 對于 L型及 T型截面構件，即使在同一軸力下，截面的抗彎能力也會隨著彎矩作用角的變化而大相徑庭，相比之下，矩形柱在此方面的差異要明顯小于異形柱。研究發(fā)現(xiàn)， T型柱的正截面總體承載力要高于矩形柱及 L型柱。(三) 異形柱的斜截面受剪破壞呈脆性，其粘結破壞特性較矩形柱更為明顯，抗震設計時，仍應遵循強剪弱彎的設計原則，研究表明，當異形柱兩肢肢高相近時，其受剪承載力的大小服從梅花瓣形規(guī)律，當兩肢肢高相差較大時，則服從橢圓規(guī)律。(四) 異形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范圍之外，受力時要靠各柱肢交點處核心砼協(xié)調變形和內力， 這種變形協(xié)調使各柱肢內存在相當大的翹曲應力和剪應力，而該剪應力

6、的存在，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)， 它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯：四、異形柱中的幾個關鍵點A. 節(jié)點節(jié)點，也即梁柱的交匯點。其作用是將所屬的本層和上層荷載有效的傳遞給下層柱， 因此節(jié)點核心區(qū)的作用力與節(jié)點相連接的梁端和柱端彎矩、軸力、剪力及扭矩等，受力是很復雜的。試驗表明，在相同條件下，節(jié)點水平截面面積相等的 L 形、 T形及形截面柱的節(jié)點受剪承載力比矩形截面柱的受剪承載力分別低 33、18和 8左右，且異形柱框架節(jié)點核心區(qū)發(fā)生斜壓破壞的上柱底部軸壓比較矩形柱低。異形柱中最薄弱的兩個環(huán)節(jié)即節(jié)點的受剪承載力及柱的延性，因此不論是抗震設計還是非抗震

7、設計，我們都應進行節(jié)點受剪承載力驗算。B. 剪跨比剪跨比是決定異形柱截面特性的主要因素 ,當剪跨比較大時 ,截面正應變分布符合平截面假定 ,隨著剪跨比的減小應變分布向曲面方向發(fā)展 ,異形柱的受力性能越來越接近短肢剪力墻。通常將異形柱分為長柱（ 2）、短柱（ 2）和極短柱（ 1.）5。一般情況下，長柱長發(fā)生正截面破壞，而短柱和極短柱則多出現(xiàn)斜截面受剪破壞。異形斜截面受剪破壞時，粘結破壞較矩形柱顯著，且此種破壞呈脆性，對結構很不利， 故設計時不宜小于 2，不應小于 1.5。此規(guī)定相當于異形柱的凈高與柱肢截面之比不宜小于 4，抗震設計時不應小于 3。例如某建筑物標準層層高 3300mm，梁高 500

8、mm，則異形柱最大為 700mm。C. 軸壓比軸壓比是異形柱延性的重要保證措施，柱應具有足夠大的尺寸，以防止小偏壓破壞，提高柱的變形能力。在高軸壓比情況下 增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小， 因而軸壓比大小的控制對柱的延性影響至關重要 特別是異形柱結構剪力中心與截面形心不重合， 剪應力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構件出現(xiàn)裂縫 產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱 這些導致異形柱脆性明顯 使異形柱的延性普遍低于矩形柱。因而對異形柱的軸壓比要嚴格控制。廣東鋼筋混凝土異形柱設計規(guī)范 （DBJ/T15-15-95）按建筑抗震設計規(guī)范（ GBJ11-89）中所規(guī)定的柱子軸壓比降低 0.05取用；天津混凝土異

9、形柱結構技術規(guī)程（JGJ149-2006）則根據(jù)箍筋間距與主筋直徑之比、 箍筋直徑及抗震等級共同確定，其要求比廣東規(guī)程嚴格（天津規(guī)程異形柱軸壓比限值見前面第三頁） 。五、異形柱和短肢剪力墻對于柱、異形柱、短肢剪力墻和剪力墻等豎向構件， 從截面構造上劃分，比較統(tǒng)一的認識是：設肢截面高為 h，寬為 b，當矩形截面 1hb3且hb 300mm時為柱；當異型截面 3hb5時為異形柱；當 5h b 8時為短肢剪力墻；當 8hb時為剪力墻。它們適用范圍不同，構造措施也不同。其主要區(qū)別是表現(xiàn)在受力變形方面： 異形柱是以承受豎向力為主的構件，受力變形接近于矩形框架柱，為剪切變形，計算時應按柱輸入； 普通剪力墻

10、是以承受水平作用為主的構件， 屬彎剪變形， 計算時按墻輸入； 短肢剪力墻變形接近于剪力墻。 在結構力學計算中， 柱與剪力墻對于整個結構的受力性能影響，是大不相同的。選擇不同的輸入方式，無論自振周期、結構側移，還是基底彎矩和剪力、梁柱內力，都有很大的影響和差別。在實際工作中，所布置的往往不全是異形柱，其中經(jīng)常會混合采用一字柱或一些墻肢相對較長 (肢厚比超限 )的剪力墻等等。在計算模輸入時，如果把異形柱按短肢剪力墻輸入，甚至將異形柱框架結構全部按短肢剪力墻輸入，那樣勢必造成很大的計算誤差，進而影響結構、構件的安全。因此，在程序整體計算模型輸入時，一定要特別留意。六、異形柱用 PKPM 建模鑒定過程中應注意的問題a) 在 PMCAD 上定義 L、T、+字形柱時，應用里面的“十字形”截面定義，并且應把截面相同而轉角不同的柱定義成幾個不同的截面。 不宜采用轉角的方式。b) 由于異形柱的柱肢較長，梁柱重疊部分大，在計算時應選擇“梁柱重疊部分作為剛域”。c) 混凝土異形柱的計算宜選用雙偏壓計算。d) 對于肢長與肢