淺議住宅建筑中異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、淺議住宅建筑中異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、前言隨著我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)住宅建筑使用的要求越來(lái)越高，由于普通的矩形框架柱局限了室內(nèi)裝飾、空間使用和家具的布置，所以異形柱的使用就顯得尤為重要。異形柱結(jié)構(gòu)，是以T形、L形、十字形的異形截面柱代替一般框架柱作為豎向支承構(gòu)件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，避免了框架柱在室內(nèi)的凸出，增加住宅裝修使用空間，改善建筑觀(guān)瞻，為建筑設(shè)計(jì)及使用功能帶來(lái)靈活和方便性，加上良好的抗震性，是一種經(jīng)濟(jì)合理的住宅結(jié)構(gòu)體系。2、異形柱在住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一般規(guī)定國(guó)家對(duì)異形柱設(shè)計(jì)是非常慎重的，能夠借鑒的也只有極少規(guī)程，同時(shí)仍應(yīng)依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，進(jìn)行截面、構(gòu)造、抗震等設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)布

2、置異形柱框輕結(jié)構(gòu)平面、豎向布置的一般原則：、異形柱結(jié)構(gòu)的一個(gè)獨(dú)立單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)的平面形狀宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，減少偏心，剛度和承載力分布宜均勻。、異形柱結(jié)構(gòu)的框架縱、橫柱網(wǎng)軸線(xiàn)宜分別對(duì)齊拉通；異形柱截面肢厚中心線(xiàn)宜與框架梁及剪力墻中心線(xiàn)對(duì)齊。、結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力沿豎向的突變，豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度不宜在同一樓層變化。、異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系的剪力墻應(yīng)上下對(duì)齊連續(xù)貫通房屋全高。、異形柱結(jié)構(gòu)的樓梯間、電梯井應(yīng)根據(jù)建筑布置及結(jié)構(gòu)抗側(cè)作用的需要，合理地布置剪力墻或一般框架柱，受力復(fù)雜部位的異形柱宜采用一般框架柱。、底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)，底部

3、托柱框架不應(yīng)采用單跨框架，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的框架柱不應(yīng)采用異形柱，底部抽柱數(shù)不宜超過(guò)轉(zhuǎn)換層相鄰上部樓層框架柱總數(shù)的30%。合理的結(jié)構(gòu)布置無(wú)論在抗震設(shè)計(jì)還是非抗震設(shè)計(jì)中都具有重要的意義，結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、均勻，這需要結(jié)構(gòu)工程師和建筑師密切協(xié)調(diào)配合，兼顧建筑功能與結(jié)構(gòu)功能的合理性。適用高度及高寬比、長(zhǎng)細(xì)比、肢長(zhǎng)等限制異形柱根架在7度抗震設(shè)防烈度區(qū)，要求房屋高度不大于35m，高寬比不宜超過(guò)5；8度區(qū)房屋高度不大于25m，高寬比不宜超過(guò)4。柱凈高與截面長(zhǎng)邊之比即長(zhǎng)細(xì)比不宜小于4且不大于8。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，長(zhǎng)細(xì)比小于4即為短柱，短柱在壓剪作用下往往發(fā)生脆性的剪切破壞，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出

4、現(xiàn)短柱。長(zhǎng)細(xì)比大于8，易引起附加偏心矩，對(duì)軸壓構(gòu)件及小偏心受壓構(gòu)件承載力影響較大。根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比不宜小于4，在梁高為600mm的前提下，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.0m時(shí)，異形柱的最大肢長(zhǎng)可為600mm；底層層高為4.2m時(shí)，肢長(zhǎng)可為900mm。因此，異形柱的柱肢不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，各肢肢高與肢厚比不應(yīng)大于4，且異形柱截面肢厚對(duì)多層建筑不應(yīng)小于150mm；對(duì)高層建筑不應(yīng)小于200mm?？拐鸬燃?jí)異形柱框架結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型、房屋高度及抗震設(shè)防烈度采用不同的抗震等級(jí)，并應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求。根據(jù)規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度，房屋高度22m時(shí)，為三級(jí)抗震，高度A22m時(shí)，為二級(jí)抗震；抗震設(shè)防烈度為8度，房屋高度w25

5、m時(shí)，為二級(jí)抗震。異形柱框架結(jié)構(gòu)對(duì)房屋高度控制是比較嚴(yán)格的，一般僅適用于多層住宅。但由于它在結(jié)構(gòu)布置上靈活、方便，室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞、不露梁等優(yōu)點(diǎn)，使之成為近幾年住宅設(shè)計(jì)的一種潮流，不論別墅、多層甚至小高層，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商幾乎都要求設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)成鋼筋砼異形柱結(jié)構(gòu)體系。因此設(shè)計(jì)人員必須慎重對(duì)待，不可盲目跟風(fēng)，應(yīng)嚴(yán)格控制各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。3、異形柱受力性能特點(diǎn)及軸壓比控制異形柱設(shè)計(jì)要比常規(guī)矩形截面柱設(shè)計(jì)復(fù)雜得多，對(duì)于偏壓構(gòu)件，矩形截面的受壓區(qū)總是矩形，內(nèi)力臂較大；而對(duì)異形柱，受壓區(qū)圖形通常比較復(fù)雜，可能為二邊形，也可能為多邊形。對(duì)于受壓區(qū)呈多邊形分布的截面，壓區(qū)邊緣砼應(yīng)力過(guò)于集中，一旦達(dá)到受壓強(qiáng)度極限，破壞區(qū)

6、域往里滲透得過(guò)快，不利于外邊緣的砼纖維經(jīng)歷下降段，從而影響整個(gè)截面和構(gòu)件的延性。異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態(tài)下各肢將產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力，剪應(yīng)力使柱肢砼先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫，即產(chǎn)生腹剪裂縫，導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。異形柱在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來(lái)的影響不容忽視，因此，對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按空間體系考慮，宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計(jì)算程序進(jìn)行內(nèi)力與位移分析，PKPM、GSCAD、TAT等國(guó)產(chǎn)結(jié)構(gòu)軟件均可做異形柱框架結(jié)構(gòu)計(jì)算。但以上計(jì)算理論均基于平截面假定，未曾考慮截面翹曲自由度，對(duì)于異形柱來(lái)說(shuō)，很可能出現(xiàn)各柱肢單

7、獨(dú)作用的情況，因此常見(jiàn)的基于平截面假定的公式受到挑戰(zhàn)。而對(duì)異形柱的分析、試驗(yàn)以及設(shè)計(jì)方法等一套體系還沒(méi)有完全建立起來(lái)，這就給異形柱設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度，必須在概念設(shè)計(jì)上予以加強(qiáng)。異形柱結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期折減系數(shù)的取值在混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中作了規(guī)定：1、框架結(jié)構(gòu)可取0.60.75,周期折減的目的是為了充分考慮框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的填充墻剛度對(duì)計(jì)算周期的影響，當(dāng)采用輕質(zhì)墻體材料作填充墻時(shí)，可取較大值。作為異形柱延性的保證措施，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，滿(mǎn)足抗震要求，同時(shí)避免長(zhǎng)細(xì)比小于4的短柱?？拐鹪O(shè)計(jì)中規(guī)范對(duì)框支柱的內(nèi)力、軸壓比、配筋等的要求都嚴(yán)

8、于普通柱。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：軸壓比對(duì)異形柱的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)普通矩形柱的影響，因此異形柱的參數(shù)控制應(yīng)比框肢柱更為嚴(yán)格。4、異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造框架柱柱縱筋與箍筋設(shè)置形式有“L、”“T、”“十”及雙排布置等形式。在同一截面內(nèi)，縱向受力鋼筋宜采用相同直徑，其直徑不應(yīng)大于25mm，且不小于14mm，縱筋間距大于250mm時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向構(gòu)造筋，其直徑可采用12mm，并設(shè)拉筋，拉筋間距為箍筋間距的2倍。柱截面厚度小于200mm時(shí)，縱向受力鋼筋每排不應(yīng)多于2根；肢厚在200250mm時(shí)，每排鋼筋不應(yīng)多于3根，必要時(shí)可分兩排設(shè)置，兩排鋼筋之間的凈距不應(yīng)小于50mm。框架柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率：抗震等級(jí)

9、為2級(jí)時(shí)，中柱、邊柱不應(yīng)小于0.7%，角柱不應(yīng)小于0.9%；抗震等級(jí)為3級(jí)時(shí)，中柱、邊柱不應(yīng)小于0.6%，角柱不應(yīng)小于0.8%。框架柱中全部縱向鋼筋的配筋率，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)H、m級(jí)鋼筋不宜大于3%框架柱應(yīng)采用復(fù)合箍，嚴(yán)禁采用具有內(nèi)折角的箍筋，箍筋必須做成封閉式。箍筋末端做成不小于135的彎鉤，彎鉤端頭直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于10d（d為箍筋直徑）。箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度取柱截面的長(zhǎng)邊尺寸、層間柱凈高的1/6和500mm者中的最大值，在加密區(qū)內(nèi)，箍筋的直徑不變，間距100mm?？蚣芄?jié)點(diǎn)框架梁的截面寬度與異形柱的肢寬相等或梁截面寬度每側(cè)凸出柱邊小于50mm時(shí)，在梁四角上的縱向受力鋼筋應(yīng)在離柱邊大于800mm處，且

10、滿(mǎn)足小于1/25坡度的條件下向柱筋內(nèi)側(cè)彎折伸入框架節(jié)點(diǎn)內(nèi)。當(dāng)框架梁的截面寬度的任一側(cè)凸出柱邊大于等于50mm時(shí)，則該側(cè)梁角上的縱向受力鋼筋可在本肢柱筋外側(cè)伸入梁柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)。柱與填充墻的連接異形柱框架結(jié)構(gòu)的填充墻應(yīng)采用輕質(zhì)墻體材料，且必須與框架可靠地連接。當(dāng)采用砌體填充墻時(shí)，在框架與填充墻的交接處，沿高度每隔500mm或砌體皮數(shù)的適當(dāng)倍數(shù)，用鋼筋與柱拉接，鋼筋由柱的每邊伸出，進(jìn)入墻內(nèi)的長(zhǎng)度：2級(jí)抗震時(shí)沿填充墻全長(zhǎng)設(shè)置；3級(jí)時(shí)不小于填充墻長(zhǎng)的1/5及700mm，填充墻的砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M2.5。填充墻長(zhǎng)度大于5m時(shí)，墻頂部與梁宜有拉結(jié)措施；填充墻高度超過(guò)4m時(shí)，宜在墻高中部設(shè)置與柱連接的通長(zhǎng)鋼筋砼水平墻梁