异形柱框架结构设计探析.doc

异形柱框架结构设计探析 　　摘要：异形柱是指在满足结构刚度和承载力等要求的前提下，根据建筑使用功能、建筑设计布置的要求而采取不同几何形状截面的柱。异形柱框架结构是指全部或部分柱截面为 L 形、T 形、十字形(以 L 形柱作角柱，T 形柱作边柱，十字形柱作中柱)，截面高与肢厚之比小于或等于4的框架结构。本文就异形柱框架结构设计的一些问题进行探讨。 关键词：异形柱 结构设计 平面布置 中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号： 异形柱结构是采用T 形、L 形、十字形等截面的异形柱代替一般框架柱作为竖向支承构件而构成的结构，在工程设计中可根据建筑设计对建筑功能及建筑布置的要求，在结构的不同部位,采取不同形状截面的异形柱。 1异形柱的结构特点 （1）由于异形柱采用T形、L形、十字形等截面形式，所以使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异。异形柱由于多肢的存在，其剪切中心与截面形心往往是不重合的，且在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，即产生腹剪裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显。 （2）特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析表明，异形柱的破坏形态为：弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有：荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比（剪跨比），配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。 2 异形柱的结构平面布置 （1）在异形柱结构的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀；结构平面布置应减小扭转效应的不利影响，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移分别不宜大于该楼层两端相应平均值的1.2倍，不应大于该楼层两端相应平均值的1.4倍；结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.85；异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构均应设计成双向抗侧力结构体系。异形柱结构的框架纵横柱网轴线宜对齐拉通；异形柱肢截面厚度中线与梁及剪力墙中线宜对齐重合；异形柱结构不应用于单跨框架结构。 （2）柱布置时，宜规整对齐，并按“密柱小梁”的布置原则，平面节点（轴向交叉点）应尽量设柱，避免主次梁搭接，柱间距一般在3～6m之间取值（柱网尺寸不应大于6.0mX6.0m），柱应双向拉结，以形成双向刚接框架。 （3）对于底层大空间的异形柱框架体系，转换层下的支承柱不允许采用异形柱，应全部采用矩形柱。对底层架空层抽柱形成转换层的情况，要求楼板厚度≥150mm；上层异形柱与下层矩形框架柱面积比宜接近1；上层异形柱与下层矩形柱的重叠面积不应小于2/3. （4）在结构平面布置时，有时因为建筑布局的功能和美观，只能设置“一”形柱，且仅能保证一个方向有框架梁通过，此时在另一方向应沿柱肢宽增设暗梁，来保证柱平面外的刚度与稳定，且“一”形柱的宽度不应小于300。 3 异形柱框架结构设计 （1）轴压比控制 框架结构柱的延性对于耗散地震能量、防止框架的倒塌起着十分重要的作用，且轴压比又是影响混凝土柱延性的一个关键，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，必须对异形柱的轴压比进行严格控制。 （2）“Z”形柱的设计计算 工程中经常遇到“Z”形柱的情况。《钢筋混凝土异形柱结构技术规程》未将“Z”形柱列入，在设计计算时可以在PMCAD输入时将其按2个“L”形柱来输入，并进行内力及配筋计算。因为“Z”形柱受力较大时易在中间肢劈开。劈开后(极限状态)其受力接近于2个“L”形柱，按2个“L”形柱处理较为合适。 （3）异形柱框架的计算 由于异形柱截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平面假定分析，按混凝土设计规范计算。框架柱水平力较小，如按一般偏压柱计算，误差较小，此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴主向，则翘曲应力不容忽视。按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，以决定内力和配筋的位置和大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。 4异形柱结构的配筋及绘图