異形柱技術(shù)總結(jié)

1、異形柱技術(shù)總結(jié)去年年底做了一個(gè)異形柱結(jié)構(gòu)的檢測鑒定， 雖然之前很少接觸異形柱， 但經(jīng)過這個(gè)工程后，還是學(xué)到了不少有關(guān)異形柱方面的知識和技術(shù)。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(nèi)不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)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(yīng)用。我們先來了解異形柱的定義?；炷廉愋沃Y(jié)構(gòu)技術(shù)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?yàn)閷Υ巳N截面積累的工程經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(yàn)研究后， 應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)宜采用等肢異形柱，當(dāng)不得不采用不等肢異形柱時(shí)，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(shí)，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(yàn)表明，在此情況下，異形柱在偏心受壓狀態(tài)下的應(yīng)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(shè)計(jì)中差異時(shí)比較明顯的，我們來看看這些差異：1. 當(dāng)建筑物構(gòu)形式相同且所處地域的抗震烈度相同時(shí)，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(fēng)荷載、多遇地震作用下，異形柱結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值比起相同結(jié)構(gòu)類型的矩形柱要嚴(yán)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(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角限值比起相同結(jié)構(gòu)類型的矩形柱要嚴(yán)格一些，詳見下表：異形柱：矩形柱：4. 在相同結(jié)構(gòu)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(yán)于同種結(jié)構(gòu)類型的矩形柱，詳見下表：異形柱：矩形柱：5. 界定 “扭轉(zhuǎn)不規(guī)

4、則類型 ”的控制點(diǎn)更嚴(yán)，抗規(guī)規(guī)定當(dāng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.45時(shí)可界定為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，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(zhì)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(nèi)外兩個(gè)方向剛度對比相差較大，導(dǎo)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(jì)算（雙向壓彎構(gòu)件）比矩形柱截面要復(fù)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(qiáng)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(gòu)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(jié)破壞特性較矩形柱更為明顯，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，仍應(yīng)遵循強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)原則，研究表明，當(dāng)異形柱兩肢肢高相近時(shí)，其受剪承載力的大小服從梅花瓣形規(guī)律，當(dāng)兩肢肢高相差較大時(shí)，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(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力， 這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，而該剪應(yīng)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)A. 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，也即梁柱的交匯點(diǎn)。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(diǎn)核心區(qū)的作用力與節(jié)點(diǎn)相連接的梁端和柱端彎矩、軸力、剪力及扭矩等，受力是很復(fù)雜的。試驗(yàn)表明，在相同條件下，節(jié)點(diǎn)水平截面面積相等的 L 形、 T形及形截面柱的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(gè)環(huán)節(jié)即節(jié)點(diǎn)的受剪承載力及柱的延性，因此不論是抗震設(shè)計(jì)還是非抗震

7、設(shè)計(jì)，我們都應(yīng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)受剪承載力驗(yàn)算。B. 剪跨比剪跨比是決定異形柱截面特性的主要因素 ,當(dāng)剪跨比較大時(shí) ,截面正應(yīng)變分布符合平截面假定 ,隨著剪跨比的減小應(yīng)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(shí)，粘結(jié)破壞較矩形柱顯著，且此種破壞呈脆性，對結(jié)構(gòu)很不利， 故設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于 2，不應(yīng)小于 1.5。此規(guī)定相當(dāng)于異形柱的凈高與柱肢截面之比不宜小于 4，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于 3。例如某建筑物標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(guān)重要 特別是異形柱結(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，加上異形柱多屬短柱 這些導(dǎo)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(yán)格控制。廣東鋼筋混凝土異形柱設(shè)計(jì)規(guī)范 （DBJ/T15-15-95）按建筑抗震設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)技術(shù)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(yán)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(gòu)件， 從截面構(gòu)造上劃分，比較統(tǒng)一的認(rèn)識是：設(shè)肢截面高為 h，寬為 b，當(dāng)矩形截面 1hb3且hb 300mm時(shí)為柱；當(dāng)異型截面 3hb5時(shí)為異形柱；當(dāng) 5h b 8時(shí)為短肢剪力墻；當(dāng) 8hb時(shí)為剪力墻。它們適用范圍不同，構(gòu)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(gòu)件，受力變形接近于矩形框架柱，為剪切變形，計(jì)算時(shí)應(yīng)按柱輸入； 普通剪力墻

10、是以承受水平作用為主的構(gòu)件， 屬彎剪變形， 計(jì)算時(shí)按墻輸入； 短肢剪力墻變形接近于剪力墻。 在結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算中， 柱與剪力墻對于整個(gè)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)側(cè)移，還是基底彎矩和剪力、梁柱內(nèi)力，都有很大的影響和差別。在實(shí)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(jì)算模輸入時(shí)，如果把異形柱按短肢剪力墻輸入，甚至將異形柱框架結(jié)構(gòu)全部按短肢剪力墻輸入，那樣勢必造成很大的計(jì)算誤差，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全。因此，在程序整體計(jì)算模型輸入時(shí)，一定要特別留意。六、異形柱用 PKPM 建模鑒定過程中應(yīng)注意的問題a) 在 PMCAD 上定義 L、T、+字形柱時(shí)，應(yīng)用里面的“十字形”截面定義，并且應(yīng)把截面相同而轉(zhuǎn)角不同的柱定義成幾個(gè)不同的截面。 不宜采用轉(zhuǎn)角的方式。b) 由于異形柱的柱肢較長，梁柱重疊部分大，在計(jì)算時(shí)應(yīng)選擇“梁柱重疊部分作為剛域”。c) 混凝土異形柱的計(jì)算宜選用雙偏壓計(jì)算。d) 對于肢長與肢