摘要: 隨著人們對(duì)住宅使用功能、空間劃分上的要求不斷的提高，傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)的住宅已經(jīng)不能滿足人們的需要了。于是框架結(jié)構(gòu)和異形框架逐漸被運(yùn)用于住宅建筑中。本文將結(jié)合異形柱框架結(jié)構(gòu)形式、受力性能、計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞: 異形柱, 受力性能,框架柱 ，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

異形柱結(jié)構(gòu)是采用T 形、L 形、十字形等截面的異形柱代替一般框架柱作為豎向支承構(gòu)件而構(gòu)成的結(jié)構(gòu), 在工程設(shè)計(jì)中可根據(jù)建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑功能及建筑布置的要求, 在結(jié)構(gòu)的不同部位,采取不同形狀截面的異形柱。異形柱的柱肢厚度及梁寬度與框架填充墻協(xié)調(diào)一致, 避免了框架柱及梁在屋內(nèi)凸出, 從建筑學(xué)角度也可稱其為“隱式框架”[ 1] 。近年來(lái), 隨著我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展以及人們對(duì)住宅建筑使用要求的不斷提高, 普通的矩形框架柱會(huì)給室內(nèi)裝飾和家具布置帶來(lái)極大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面積, 這對(duì)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一項(xiàng)新的要求。異形柱框架結(jié)構(gòu)體系在一定程度上滿足了上述要求, 兼?zhèn)淞丝蚣芗凹袅�墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn), 它將是今后住宅結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展方向之一。

1 異形柱的受力性能

（1) 承載能力。異形柱不同于矩形柱, 它由多肢組成, 柱肢截面高度與柱肢寬度的比值一般在2.5～4, 墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)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。

（2）變形特征。一般住宅的層高在2.8 m～ 3.1 m, 異形柱肢厚在200 mm 左右, 異形柱為了獲得足夠的承載力, 肢長(zhǎng)一般不會(huì)太小, 這就容易造成柱剪跨比過(guò)小, 形成短柱( 柱凈高H / 柱肢長(zhǎng)h < 4) , 以剪切變形為主, 構(gòu)件變形能力下降。即使存在軸壓比較小的柱H / h> 4, 由于異形柱屬薄壁構(gòu)件, 也會(huì)因截面曲率M / EI 或ecu / X ( ecu 為混凝土的極限壓應(yīng)變, X 為截面受壓區(qū)高度) 較小, 使彎曲變形性能有限, 延性較差。

2 異形柱的計(jì)算分析

2.1 計(jì)算方法

在低烈度區(qū), 且水平力作用在截面對(duì)稱軸內(nèi)時(shí)( 如異形柱為十字形) , 彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力很小, 此時(shí)如同承受水平力的偏壓構(gòu)件, 仍可按平截面假定分析, 按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算。而在高烈度區(qū), 且水平力作用在非主軸方向, 則翹曲應(yīng)力不容忽視,按平截面假定誤差較大, 則應(yīng)對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析, 決定內(nèi)力和配筋位置及大小。在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算時(shí), 應(yīng)選用帶有異形柱計(jì)算功能的軟件, 如中國(guó)建筑科學(xué)研究院的TAT ,SATWE 程序及天津大學(xué)的鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算程序CRSC 等。

2.2 計(jì)算模型

由于在實(shí)際工程中所布置的豎向構(gòu)件往往不全是異形柱, 其中經(jīng)常會(huì)混合采用墻肢相對(duì)較長(zhǎng)的剪力墻(一般剪力墻或部分短肢剪力墻)，形成異形柱框架) 剪力墻結(jié)構(gòu)。在這類結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型輸入時(shí), 有的設(shè)計(jì)人員常會(huì)把異形柱按短肢剪力墻輸入, 有的甚至將異形柱框架結(jié)構(gòu)的全部異形柱按短肢剪力墻輸入, 這樣勢(shì)必造成計(jì)算誤差, 而且發(fā)現(xiàn)有些構(gòu)件的誤差會(huì)影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全。如框架梁, 按異形柱輸入的, 梁長(zhǎng)取兩端異形柱形心長(zhǎng)度；而按短肢剪力墻輸入的, 梁長(zhǎng)取墻肢端點(diǎn)長(zhǎng)度, 兩種方法引起梁內(nèi)力、配筋有較大出入。

3 異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造

3.1 材料要求

混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25, 且不應(yīng)高于C50。

縱向受力鋼筋宜選用高強(qiáng)的HRB400, HRB335 級(jí)鋼筋。

3.2 截面要求

（1) 異形柱截面各肢肢高、肢厚比不應(yīng)大于4, 肢厚不應(yīng)小于200 mm。

（2）異形柱不應(yīng)采用一字形和Z 字形。

（3）盡可能地避免短柱和極短柱, 異形柱的剪跨比宜大于2, 不應(yīng)小于115, 減小地震作用下發(fā)生脆性粘結(jié)破壞的危險(xiǎn)性。

3.3 框架柱

（1) 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25 mm, 且不小于14 mm, 縱筋間距大于250 mm 時(shí), 應(yīng)設(shè)置縱向構(gòu)造筋, 其直徑可采用12 mm, 并設(shè)拉筋, 拉筋間距為箍筋間距的兩倍。

（2） 柱截面厚度小于200 mm 時(shí), 縱向受力鋼筋每排不應(yīng)多于2 根； 肢厚在200 mm～250 mm 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50 mm。

（3）框架柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率: 抗震等級(jí)為Ò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Ó 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)Ò 級(jí)、Ó 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135b 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500 mm 者中的最大值。在加密區(qū)內(nèi), 箍筋的直徑不變, 間距100 mm。

3.4 框架節(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50 mm 時(shí), 在梁四角上的縱向受力鋼筋應(yīng)在離柱邊大于800 mm 處, 且滿足小于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)框架梁截面寬度的任一側(cè)凸出柱邊不小于50 mm 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)。

3.5 框架頂層柱縱向鋼筋的錨固和搭接

由于異形柱柱肢寬度與梁相當(dāng), 所以存在著梁筋與柱筋交接處較密集的問(wèn)題。5規(guī)程6 [ 2] 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范6 第11. 6. 7 條規(guī)定并考慮異形柱的特點(diǎn), 頂層端節(jié)點(diǎn)柱外縱向鋼筋沿節(jié)點(diǎn)外邊和梁上邊與梁上部縱向鋼筋的搭接長(zhǎng)度增大到1.6laE ( 1.6la) , 但伸入梁內(nèi)的柱外側(cè)縱向鋼筋截面面積調(diào)整為不宜少于柱外側(cè)全部縱向鋼筋截面面積的50%。在目前沒(méi)有異形柱結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖集的情況下, 設(shè)計(jì)人員應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明中予以注明, 以免發(fā)生施工錯(cuò)誤。

3. 6 柱與填充墻的連接

(1) 異形柱框架結(jié)構(gòu)的填充墻應(yīng)采用輕質(zhì)墻體材料, 并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500 mm 或砌體皮數(shù)的適當(dāng)倍數(shù), 用2號(hào)6鋼筋與柱拉結(jié)。鋼筋由柱的每邊伸出, 進(jìn)入墻內(nèi)的長(zhǎng)度: Ò 級(jí)抗震時(shí)沿填充墻全長(zhǎng)設(shè)置；Ó 級(jí)時(shí)不小于填充墻長(zhǎng)的1/ 5 及700 mm。填充墻的砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M2. 5。2) 填充墻長(zhǎng)度大于5 m 時(shí), 墻頂部與梁宜有拉結(jié)措施；填充墻高度超過(guò)4 m 時(shí), 宜在墻高中部設(shè)置與柱連接的通長(zhǎng)鋼筋混凝土水平墻梁。

4節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力

由異形柱的截面特性, 決定了梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域面積較小,而梁柱縱筋交匯使

得箍筋配置不可能太多。為了滿足抗剪承載力的要求, 只能提高混凝土的標(biāo)號(hào), 但隨之帶來(lái)的問(wèn)題是構(gòu)件變脆, 同時(shí)與梁板混凝土強(qiáng)度的協(xié)調(diào)也成問(wèn)題, 有時(shí)為了個(gè)別柱的需要, 而使全部柱的混凝土標(biāo)號(hào)提高, 也造成了投資上的浪費(fèi)。為了解決這一問(wèn)題, 我們?cè)谝呀ǔ傻墓こ讨胁捎昧嗽诠?jié)點(diǎn)核心區(qū)的柱內(nèi)加豎向鋼板的方法, 鋼板伸過(guò)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)上下一定的長(zhǎng)度錨固, 按鋼板與混凝土協(xié)同工作來(lái)計(jì)算分析, 確定鋼板的截面尺寸。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于有較高抗震要求的房屋, 不建議采用異形柱。

根據(jù)平面布置和受力特點(diǎn), 可在各種結(jié)構(gòu)體系中部分布置異形柱, 以充分發(fā)揮異形柱在建筑使用和結(jié)構(gòu)受力上的優(yōu)點(diǎn)。一般的商住樓由于底層大多是大開(kāi)間商業(yè)用房或車庫(kù), 并不受功能上的限制, 因此底層可設(shè)方柱, 以上轉(zhuǎn)為異形柱, 墻肢長(zhǎng)寬比小于4, 轉(zhuǎn)換層處的梁比其他梁適當(dāng)大些, 考慮它有轉(zhuǎn)換功能。

在利用結(jié)構(gòu)軟件( 比如PKPM, TBSA, GSCAD 等) 計(jì)算時(shí)采用墻還是采用柱,小墻肢與異形柱能否互相替代, 應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況而定。

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