黃紅晶

【摘要】隨著人們對(duì)住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來(lái)越高，普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對(duì)建筑平面與空間的分隔已越來(lái)越不能被房屋使用者所接受，，因?yàn)樗苯佑绊懙绞覂?nèi)家具的布置及空間的使用。建筑師要求結(jié)構(gòu)工程師配合解決這個(gè)問(wèn)題，因而在框架結(jié)構(gòu)中以異形截面柱代替矩形柱。異型柱框架結(jié)構(gòu)體系在一定程度上滿足了上述要求，它博采了框架及剪力墻結(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。

【關(guān)鍵詞】異型柱；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)方法

1、異形柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1由于異形柱采用T形、L形、十字形等截面形式，所以使得墻肢平面內(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。異形柱由于多肢的存在，其剪切中心與截面形心往往是不重合的，且在平面范圍之外，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)力的存在，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，即產(chǎn)生腹剪裂縫，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。

1.2特別是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差。由國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)資料和理論分析表明，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長(zhǎng)比（剪跨比），配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜，設(shè)計(jì)中必須通過(guò)可靠的計(jì)算和必要的構(gòu)造措施來(lái)保證其強(qiáng)度和延性。

2、異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題

2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算方面

（1）進(jìn)行柱的配筋計(jì)算時(shí)，單偏壓、雙偏壓計(jì)算均適用于一般框架結(jié)構(gòu)，但單偏壓計(jì)算不適用于異形柱結(jié)構(gòu)，因此，只能選用雙偏壓計(jì)算。

（2）兩個(gè)主軸方向除了計(jì)算水平地震作用，還要驗(yàn)算抗震驗(yàn)算，此外，7度與8度還要驗(yàn)算與主軸成45°方向。

（3）柱框架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，根據(jù)《抗震》相關(guān)規(guī)定：建筑樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移與層間位移，對(duì)比該層兩端彈性水平位移與層間位移之間的平均比值要小于1.5，但對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)此比值應(yīng)小于1.45。

（4）按照規(guī)定，建筑樓層承載力出現(xiàn)變換時(shí)，薄弱層地震剪力按照1.15倍系數(shù)增加，但異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按照1.2倍系數(shù)增加，設(shè)計(jì)者應(yīng)該注意此系數(shù)并進(jìn)行調(diào)整。

2.2截面方面

一般矩形結(jié)構(gòu)，當(dāng)其截面高寬之比值小于4且厚度小于300時(shí)，結(jié)構(gòu)柱的受力性能就會(huì)下降，異形柱不適用，用于異形柱必須加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.3配筋方面

一般來(lái)說(shuō)，框架梁配筋的布置遵循梁寬同柱寬的方式，但是在梁與柱的節(jié)點(diǎn)位置，需要把梁的鋼筋彎入柱的縱筋內(nèi)側(cè)，由于異形柱柱肢厚度不足，容易導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)位置的鋼筋間距過(guò)密，因此，框架梁配筋應(yīng)結(jié)合異形柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

舉例說(shuō)明：當(dāng)框架梁寬度為200mm且柱縱筋直徑為1.6cm時(shí)，對(duì)于普通框架梁，其上部配置3根縱筋即可，假設(shè)梁縱筋直徑為a，當(dāng)在異形柱結(jié)構(gòu)的梁上部配置3根縱筋時(shí)，便出現(xiàn)如下結(jié)果：2×30-2×16-3a-3×1.5a=200，那么a=14.4mm，結(jié)果表明：在異形柱200mm寬的梁上部按普通框架梁一樣配置3根縱筋時(shí)，其直徑必須小于14mm，此值未考慮施工誤差；假如只配置3根14mm寬的鋼筋，在實(shí)際工程中，現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)位置也可能出現(xiàn)鋼筋過(guò)密的問(wèn)題，所以，異形柱結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋數(shù)應(yīng)≤2根。

2.4梁柱節(jié)點(diǎn)剪承載力方面

對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu)，由于其柱肢厚度較小，異形柱結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受剪承載力會(huì)小于普通框架結(jié)構(gòu)的受剪承載力，造成異形柱梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受剪承載力出現(xiàn)超限情況，所以，進(jìn)行異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)等方法解決此問(wèn)題。

3、異型柱框架的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)的布置

異形框架結(jié)構(gòu)在進(jìn)行布置的過(guò)程中，其異形柱的所設(shè)置的隔墻交叉點(diǎn)，必須要充分的滿足要求。不僅僅要對(duì)結(jié)構(gòu)的合理布置進(jìn)行考慮，還必須要最大限度的確保柱子所分布的均勻性，并且保證良好的改造余地。同時(shí)，對(duì)于跨度也應(yīng)當(dāng)要合理的進(jìn)行調(diào)整，不要在客廳以及主臥室之中進(jìn)行梁設(shè)置。如果在某些特殊情況下，客廳和陽(yáng)臺(tái)臥室需要進(jìn)行梁設(shè)置，那么可以采取在板內(nèi)進(jìn)行暗梁的方式。同時(shí)在有陽(yáng)臺(tái)的臥室、客廳之中，可以直接向陽(yáng)臺(tái)的兩側(cè)進(jìn)行異形柱的翼柱外伸設(shè)置。如果說(shuō)建筑結(jié)構(gòu)的單元強(qiáng)和建筑的劉體檢不是出在一個(gè)共同的軸線位置之上，那么在對(duì)于拒不應(yīng)力進(jìn)行解決的過(guò)程中，就需要對(duì)T、L、Z型柱進(jìn)行的設(shè)置。在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元之中，要的進(jìn)行矩形柱設(shè)置，只要能夠設(shè)置都要進(jìn)行設(shè)置。如果說(shuō)在建筑之上有部分柱子需要進(jìn)行錯(cuò)位，那么為了避免過(guò)多柱體的錯(cuò)位變換而出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)的可能性，就需要保證變截面位置能夠形成極大的應(yīng)力集中性，不采取下手上擴(kuò)的形式來(lái)進(jìn)行，僅僅知識(shí)在上層進(jìn)行收應(yīng)力處理。為了加強(qiáng)剛度可以把電梯和四周連接成筒，對(duì)平面剛度的對(duì)稱也要注意。剛度分布如果不均勻，在結(jié)構(gòu)計(jì)算的時(shí)候要考慮因扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)造成的影響。

3.2設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)在異型柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面國(guó)家還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，只有天津和廣東兩個(gè)省對(duì)其有一定的施工標(biāo)準(zhǔn)可以供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不能簡(jiǎn)單的把異型柱當(dāng)作矩形柱的計(jì)算方法來(lái)計(jì)算，因?yàn)榫匦沃彤愋椭慕孛嫘问讲町愋院艽蟆，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)異型柱截面計(jì)算和設(shè)計(jì)軟件有天津大學(xué)的鋼筋鹼異型柱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算程序CRSC、，廣東省建院的SS、SSW程序和建研院的TAT、SATWE程序。在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到上述僅僅是地方的標(biāo)準(zhǔn)，則還需考慮一下部分：對(duì)柱的凈高與柱截面長(zhǎng)邊尺寸之比小于4的異形柱，應(yīng)沿柱高全高加密箍筋，以減小地震作用下柱剪切脆性破壞的危險(xiǎn)性和改善柱的變形性能；位于l形柱角處的縱向受力鋼筋為雙向共用；因荷載方向角的任意性，在異形柱內(nèi)折角處也應(yīng)設(shè)置相同直徑的受力筋；按肢長(zhǎng)與肢寬之比定義異形柱或短肢墻很大程度是為了學(xué)術(shù)上的便利。但用TAT程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，按異形柱模式可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度下降，應(yīng)適當(dāng)增加抗地震力；施工過(guò)程中對(duì)異形柱及其節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)加以重視，采用骨料粒徑較小的混凝土進(jìn)行澆筑，以確保施工質(zhì)量

3.3框架的計(jì)算

異型框架比較特殊，在截面對(duì)稱軸收到作用力時(shí)，其撓曲應(yīng)力在彈性分析時(shí)比較小，這時(shí)候就相當(dāng)于承受水平力的偏壓構(gòu)件，還可以按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范和平面假定分析計(jì)算。如果框架柱水平作用力較小的時(shí)候，仍可以按偏壓柱分析計(jì)算，此時(shí)誤差很小。異型柱可以通過(guò)面積和剛度相等的原則換算成矩形柱進(jìn)行整體的分析和計(jì)算。水平力作用不是在主軸方向，水平作用力如果很大，那么撓曲應(yīng)力就不能忽略，就需要對(duì)其進(jìn)行有限元分析，來(lái)計(jì)算出配筋、內(nèi)力的位置和大小。對(duì)內(nèi)力和配筋計(jì)算時(shí)，選擇的軟件要能計(jì)算異型柱。

4、結(jié)語(yǔ)

異形柱框架結(jié)構(gòu)雖然在結(jié)構(gòu)上存在一定的缺陷，但有其存在的市場(chǎng)價(jià)值，在工程實(shí)踐中也的確經(jīng)常被使用。所以我們應(yīng)該在掌握其受力特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、了解其結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上選用合理的結(jié)構(gòu)形式，正確地運(yùn)用電算結(jié)果，滿足規(guī)范要求的各種構(gòu)造措施，才能夠保證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有可靠的安全度。

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