[12-11 16:59:40] 来源：http://www.tmgc8.com 工程设计 阅读：3758次
随着我国住宅产业的迅速发展以及人们对房屋平面与空间布置要求的不断提高,普通矩形框架柱结构中露梁、露柱给室内使用造成的不便,已越来越不能被房屋使用者所接受。在这种需求下,混凝土异形柱结构代替一般框架柱作为竖向支承构件的结构形式在一定程度上满足了上述要求,它避免了框架柱在室内的突出,少占建筑空间,为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。从结构受力角度说,它集框架与剪力墙体系之长,平立面布置近于框架结构,柱的截面形式又不拘泥于矩形,将截面积向工程轴外铺开成T形、十字形、L型等,用较少的混凝土材料。获得了较大的刚度,是一种经济合理的抗震住宅结构体系。
一、混凝土异形柱框架结构的特性
《混凝土异形柱结构技术规程》(GJl49-2006)(以下简称《异规》)对异形柱的定义是:截面几何形状为L形、T形和十字形,且截面各肢的肢高肢厚比(柱肢截面高度与厚度的比值)不大于4的柱。
(一)异形柱框架结构与普通矩形柱框架结构之间的差异
1.对于相同烈度和结构类型的两种体系而言,异形柱结构适用的房屋最大高度有较大幅度的降低。
2.对于相同结构类型的两种体系而言,异形柱结构弹性层间位移角限值、弹塑性层间位移角限值更加严格一些。
3.抗震设计时,扭转不规则的异形柱结构,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45,而矩形柱框架结构的该比值为1.50。
4.抗震设计时,对于相同结构类型的两种体系而言,异形柱的轴压比限值均有不同幅度的降低,意味着其要求更加严格。
5.异形柱结构的地震作用计算,一般情况下,应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算,各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担,7度(0.15g)及8度(0.20g)时应对与主轴成方向进行补充验算。
(二)混凝土异形柱框架结构的受力特点
1.异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载(作用)方向不同而有较大差异。在L形、T形和十字形三种异形柱中,以L形柱的差异最为显著。当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与不等肢异形柱时,则差异情况更为错综复杂。应尽量避免。
2.实验表明,异形柱在单调荷载特别在低周反复荷载作用下粘结破坏较矩形柱严重。对柱的剪跨比不应小于1.5的要求。是为了避免出现极短柱,减小地震作用下发生脆性粘结破坏的危险性,为了设计方便,当反弯点位于层高范围内时,柱的净高与柱肢截面高度之比不宜小于4,抗震设计时不应小于3。
3.异形柱有多肢,剪切中心往往在平面尺寸之外,受力时要靠各肢交点处核心混凝土协调变形和内力分布。这种变形协调使各柱肢存在相当的翘曲正应力和剪应力,而该剪应力的存在,首先使柱肢混凝土先于普通压剪构件出现裂缝;其次使各肢相交之核心混凝土单元应力呈三维剪压状态,由此使异形柱较普通框架柱变形能力低,脆性破坏明显。
4.异形柱截面仅有一根对称轴或没有对称轴,对荷载的方向角敏感,抗扭刚度较差,相应的也造成异型柱结构的荷载方向敏感性。且稍有不对称或偏心,抗扭能力降低较大。
5.异形柱作为压剪构件,由于其肢长与肢宽之比以及肢宽等介于普通框架柱和剪力墙肢之间,说明异形柱是介于两者之间的一种“过渡性”构件。试验和分析表明其破坏形态有:弯曲破坏,小偏压破坏,粘接破坏,高压剪破坏以及剪压破坏,剪拉破坏和斜压破坏。和其破坏形态相关的主要因素是:轴压比、柱净高与截面肢长之比(即剪跨比)、纵筋配筋率等。通过必要的构造措施可以防止粘结、剪拉及斜压等脆性破坏。提高柱肢的小偏压及剪压破坏的延性。
6.试验研究表明,异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点的受剪承载力,是异形柱框架的薄弱环节。为确保安全,对抗震设计的二、三、四级抗震等级柱节点核心区以及非抗震设计的梁柱节点核心区,均应进行受剪承载力计算。在设计中,可采取各类有效措施,包括例如梁端增设支托或水平加腋等构造措施,以提高或改善梁柱节点核心区的受剪性能。对于纵横向框架共同交汇的节点,可以按各自方向分别进行节点核心区受剪承载力计算。
二、混凝土异形柱框架结构设计中的相关问题
进行结构设计现在已经完全借助计算机软件进行计算的,除此之外更重要的是概念设计,设计者只有对异形柱结构的特性完全清楚,才能更好地借助计算机进行设计。通过对实际异形柱框架结构工程的设计,将笔者设计心得叙述如下:(1)《异规》提出:异形柱结构宜采用规则的结构设计方案,抗震设计的异形柱结构不应采用特别不规则的结构设计方案。比现行健筑抗震设计规范》对一般钢筋混凝土结构的有关规定更为严格,这是根据异形柱结构抗震性能和抗震设计特点而提出的。(2)柱网不宜过大,不要求全部柱截面均为非矩形截面,在楼、电梯间及受力复杂部位应当合理的布置剪力墙或一般框架柱。(3)在模型输入中,对相同肢长、肢厚不同方向的异形柱定义时在其他地方编号记忆,有利于以后结构计算调整便于修改。(4)在异形柱计算结果检验中相比普通矩形框架柱来说对梁柱节点核心区受剪承载力计算要求更加严格,也是在用计算机反复调整计算的主要方面。从节点核心区的剪力公式中可以看出影响其大小的因素有砼等级、肢厚、肢长三个因素,而从对异形柱框架柱的核心区的位置可以看出,其主要控制因素的为砼等级和肢厚,如一味地加大肢长反而对其不利。当通过对砼等级和肢厚的调整仍无法调整效果后,可以通过增加与该异形柱连连接方向梁的高度来调整,并且比较明显。增加粱高度一方面可以调整刚度的分配,更主要的是相当于“加腋”增加粱与异形柱节点核心区的连接面。(5)在对柱子配筋施工图中对柱子的配筋应当按照《异规》6.2节的规定进行复核调整,以纵向受力钢筋每排两根为宜。www.tmgc8.com
三、结语
异形柱框架结构在多层建筑中具有广阔的应用前景,因其在设计及施工中有着自身的独特性,只有充分了解异形柱的受力特点及其破坏机理,在设计中进行合理的结构布置、准确的结构计算及合理的构造措施,在施工中保质保量的施工。确保工程结构的安全可靠,经济合理。
