摘 要：隨著人們對(duì)住宅平面與空間的要求越來(lái)越高，原來(lái)普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間的要求。于是在吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)后，逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人在詡i的住宅觀念的結(jié)構(gòu)型式，即異形柱框架結(jié)構(gòu)型式。本文介紹了異形柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，探討異形柱的結(jié)構(gòu)平面布置并介紹了如何對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析和配筋繪圖。

　　關(guān)鍵字：異形柱;異形柱框架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

　　Abstract: With people’s higher and higher demand to the residential plane and space, the original ordinary frame structure with the strict limitation and division by the revealed beam can not satisfy people’s requirements on residential space. Thus, after absorbing the advantages of the frame structure, there gradually developed the structure style baseo on the modern resisdential concept, namely special-shaped columns frame structure form. This paper introduces the structure characteristics of special-shaped columns, discusses the plane layout and introduces how to make the calculation analysis and reinforcement drawings.

　　Key word: special-shaped columns; frame structure of special-shaped column; design

　　中圖分類號(hào)：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

　　近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)也蓬勃發(fā)展起來(lái)，人們的住宅面積越來(lái)越多，自然而然對(duì)住宅的平面和空間要求也越來(lái)越高，已經(jīng)不滿足原有露梁露住的住宅環(huán)境，所以異形柱結(jié)構(gòu)這種體系就應(yīng)運(yùn)而生了。混凝土異形柱結(jié)構(gòu)是以T形、L形、十字形的異性截面柱代替一般框架柱作為豎向支承構(gòu)建而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，以避免框架柱在室內(nèi)凸出，少占建筑空間，改善建筑觀贍，為建筑設(shè)計(jì)及使用功能帶來(lái)靈活性和方便性;同時(shí)結(jié)構(gòu)墻體改革，采用保溫、隔熱、輕質(zhì)、高效的墻體材料作為框架填充墻及內(nèi)隔墻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燒結(jié)普通磚墻，以貫徹國(guó)家關(guān)于節(jié)約能源、節(jié)約土地、利用廢料、保護(hù)環(huán)境的政策。

　　一、異形柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　(一)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。

　　(二)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。

　　二、異形柱的結(jié)構(gòu)平面布置

　　(一)在異形柱結(jié)構(gòu)的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻;結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的不利影響，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移分別不宜大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.4倍;結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比不應(yīng)大于0.85;異形柱框架結(jié)構(gòu)和異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。異形柱結(jié)構(gòu)的框架縱橫柱網(wǎng)軸線宜對(duì)齊拉通;異形柱肢截面厚度中線與梁及剪力墻中線宜對(duì)齊重合;異形柱結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于單跨框架結(jié)構(gòu)。

　　(二)柱布置時(shí)，宜規(guī)整對(duì)齊，并按“密柱小梁”的布置原則，平面節(jié)點(diǎn)(軸向交叉點(diǎn))應(yīng)盡量設(shè)柱，避免主次梁搭接，柱間距一般在3～6m之間取值(柱網(wǎng)尺寸不應(yīng)大于6.0mX6.0m)，柱應(yīng)雙向拉結(jié)，以形成雙向剛接框架。

　　(三)對(duì)于底層大空間的異形柱框架體系，轉(zhuǎn)換層下的支承柱不允許采用異形柱，應(yīng)全部采用矩形柱。對(duì)底層架空層抽柱形成轉(zhuǎn)換層的情況，要求樓板厚度≥150mm;上層異形柱與下層矩形框架柱面積比宜接近1;上層異形柱與下層矩形柱的重疊面積不應(yīng)小于2/3.

　　(四)在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，有時(shí)因?yàn)榻ㄖ�布局的功能和美觀，只能設(shè)置“一”形柱，且僅能保證一個(gè)方向有框架梁通過(guò)，此時(shí)在另一方向應(yīng)沿柱肢寬增設(shè)暗梁，來(lái)保證柱平面外的剛度與穩(wěn)定，且“一”形柱的寬度不應(yīng)小于300。

　　三、異形柱結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算

　　(一)2009版本的SATWE已經(jīng)能夠有效的計(jì)算帶有混凝土異形柱的結(jié)構(gòu)，SATWE在梁的剛度、荷載和截面配筋計(jì)算時(shí)，充分考慮了異形柱框架結(jié)構(gòu)的特殊性。由于混凝土異形柱的柱肢較長(zhǎng)，梁、柱在節(jié)點(diǎn)處的重疊部分較大，合理的力學(xué)模型簡(jiǎn)化應(yīng)將重疊部分作為剛域，自重計(jì)算時(shí)不應(yīng)重復(fù)計(jì)算重疊部分的混凝土重量，SATWE軟件中對(duì)梁考慮了這樣的力學(xué)模型簡(jiǎn)化：

　　1.梁的計(jì)算按扣除剛域后的梁長(zhǎng)計(jì)算;

　　2.梁上的外荷載按梁兩端節(jié)點(diǎn)間長(zhǎng)度計(jì)算;

　　3.截面設(shè)計(jì)按扣除剛域后的梁長(zhǎng)計(jì)算;

　　4.梁端剛域的計(jì)算原則如下：

　　記梁端與柱的重疊部分長(zhǎng)分別為Di和Dj，梁長(zhǎng)為L(zhǎng)(即兩端節(jié)點(diǎn)間的距離)，梁高為H，則梁兩端的剛域長(zhǎng)度分別為：

　　Dbi=Max(0，Di-H/4)

　　Dbj=Max(0，Dj-H/4)

　　扣除剛域后的梁長(zhǎng)為：L0=L-(Dbi+Dbj)

　　(二)異形柱的配筋計(jì)算原則應(yīng)按“雙偏壓計(jì)算”，這樣其配筋計(jì)算會(huì)更準(zhǔn)確。“單偏壓計(jì)算”是將主形心內(nèi)力作用效應(yīng)分解到各個(gè)柱肢上再進(jìn)行單偏對(duì)稱配筋計(jì)算，而“雙偏壓計(jì)算”是將主形心內(nèi)力作用效應(yīng)按異形柱的全截面進(jìn)行配筋，因而有角筋共用。

　　(三)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)正交布置時(shí)，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸分別考慮水平地震作用;有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15度時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用;質(zhì)量與剛度明顯不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，其他情況應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

　　四、異形柱結(jié)構(gòu)的配筋及繪圖

　　(一)在正確的結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算后，截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點(diǎn)，柱肢端部會(huì)出現(xiàn)較大應(yīng)力，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻，一般越靠肢端應(yīng)力越大，對(duì)柱肢形成偏心壓力，進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因而在異形柱配筋時(shí)，應(yīng)在肢端設(shè)暗柱，暗柱的外排鋼筋由計(jì)算而定。離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)2Ф14的構(gòu)造縱筋，箍筋同柱，這樣可限制柱肢的砼裂縫的開(kāi)展，提高異形柱局部抗壓抗剪強(qiáng)度及變形能力。柱上的箍筋不僅能抗剪，也可約束砼變形，增大其延性。異形柱由于不易形成多肢復(fù)合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直徑和加密間距來(lái)實(shí)現(xiàn)。相同配箍率下，箍筋直徑大，其延性指標(biāo)好，因而箍筋且用Ф8、Ф10，其間距可比普通柱箍筋間距小。

　　(二)施工圖畫法

　　1.全樓柱鋼筋歸并;

　　2.平面柱大樣畫法畫異形柱施工圖，應(yīng)注意箍筋加密與普通柱相同;柱分布筋之間設(shè)拉筋，其直徑同箍筋，間距是箍筋的2倍;橫向肢、豎向肢分別按計(jì)算配置一個(gè)矩形箍筋，并分別滿足X、Y向計(jì)算箍筋面積的要求;c豎向筋要滿足最小間距要求，采用對(duì)稱配筋，一排排不下，程序自動(dòng)放兩排;按固定鋼筋(L形角部的角筋雙向共用)和分布筋(豎向架立筋@≤200)的構(gòu)造要求分別配制固定鋼筋和分布筋。d在核心區(qū)箍筋相交處，若無(wú)主筋時(shí)，應(yīng)設(shè)豎向架立筋如T形柱內(nèi)側(cè)，架立筋為構(gòu)造筋，隱含直徑D=14mm。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　總而言之，異型柱框架結(jié)構(gòu)的平面布置比普通矩形柱框架靈活，可以較好滿足建筑功能的要求，具有良好的發(fā)展前景，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解異型柱的受力特點(diǎn)，正確把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，確保工程結(jié)構(gòu)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

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