【摘要】本文主要論述了多層建筑異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的探討，首先對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)與矩形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的區(qū)別進(jìn)行了分析，然后就異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些疑難問(wèn)題，如異形柱的一般規(guī)定、縱筋箍筋的構(gòu)造要求等進(jìn)行了分析，可與共同工作人員共同探討。

【關(guān)鍵詞】多層建筑； 異形柱框架結(jié)構(gòu)； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、異形柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

1、關(guān)于“一”形截面柱及“z”形截面柱

在《規(guī)范》中未采用“一”形截面柱及“Z”形截面柱、“一”形柱正截面承載力方面兩主軸方向抗彎能力相差甚大，不論是在風(fēng)荷載作用下還是在地震作用下結(jié)構(gòu)中的柱一般都是受到兩個(gè)方向的彎矩同時(shí)作用，其受力后果可想而知；同時(shí)“一”形柱在雙向剪力作用下性能也不好，由《混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）柱雙向受剪承載力計(jì)算公式可知，柱截面相鄰兩邊邊長(zhǎng)相差越多，其斜向受剪承載力越低。如沿“一”形柱短邊方向有梁與其相連，則此梁柱節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)面積只有柱厚乘梁寬這一小部分，顯然承受不了它受到的節(jié)點(diǎn)剪力、\"Z”形截面柱與“一”形截面柱類(lèi)似，即兩主軸方向抗彎能力相差甚大。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)避免采用“一”字形截面柱，可采用部分普通矩形截面柱代替。而對(duì)于工程中經(jīng)常遇到需要做“Z\"形柱的情況，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)較好的方法是在PMCAD輸入時(shí)將其按兩個(gè)“L”形柱來(lái)輸入并進(jìn)行內(nèi)力及配筋計(jì)算。因?yàn)閈"Z”形柱受力較大時(shí)易在中間肢劈開(kāi)，劈開(kāi)后（極限狀態(tài)）其受力接近于兩個(gè)“L”形柱，按兩個(gè)“L”形柱處理較為合理。

2、關(guān)于異形柱各肢肢長(zhǎng)

異形柱各肢肢長(zhǎng)，可能相等，或不相等，但是提倡采用等肢異形柱?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)宜采用等肢異形柱，當(dāng)不得不采用不等肢異形柱時(shí)，柱兩肢的肢高比不宜超過(guò)1.6，大于50 mm。試驗(yàn)表明，異形柱的斜向受剪承載力較單肢軸向受剪高。

3、關(guān)于異形柱截面的肢高肢厚比。在《規(guī)范》中指出異形柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4。研究表明，即使是同一種異型截面柱，當(dāng)柱截面肢高肢厚比不同時(shí)，柱的性能會(huì)出現(xiàn)不同的差異，若異形柱截面各肢的肢高肢厚比控制在不大于4的范圍，則異形柱在偏心受壓狀態(tài)下的應(yīng)變基本符合平截面假定，其力學(xué)性能符合柱的特性。需要指出的是，當(dāng)截面肢高肢厚比在5一8范圍時(shí)，根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑混凝上結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程））（JGJ3-2002）的有關(guān)規(guī)定，此時(shí)應(yīng)劃分為短肢剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、異形柱設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)問(wèn)題分析

1、縱筋構(gòu)造要求

一是縱筋的布置。對(duì)“L”形、‘T”形和“十”字形截面雙向偏心受壓柱截面上的應(yīng)變及應(yīng)力分析表明：在不同的彎矩作用方向角時(shí)，截面任一肢端部的鋼筋均可能受力最大，為適應(yīng)彎矩作用方向角的任意性，縱向受力鋼筋宜采用相同直徑；當(dāng)軸壓比較大，受壓破壞時(shí)，在諸多彎矩作用方向角情形，內(nèi)折角處鋼筋的壓應(yīng)變可達(dá)到甚至超過(guò)屈服應(yīng)變，受力也很大，同時(shí)還考慮此處應(yīng)力集中的不利影響，所以內(nèi)折角處也應(yīng)設(shè)置相同直徑的縱向受力鋼筋。異形柱肢厚有限，當(dāng)縱向受力鋼筋直徑太大（d>25 mm） ，會(huì)造成粘結(jié)強(qiáng)度不足及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)鋼筋的設(shè)置的困難。當(dāng)縱向受力鋼筋直徑太小時(shí)（d<14 mm），在相同的箍筋間距s下，由于s/d增大，使柱延性下降，因此也不宜采用。二是縱筋的配筋率。異形柱肢端的配筋百分率按異形柱全截面面積計(jì)算。異形柱肢厚有限，柱中縱向受力鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較差，因此將縱向受力鋼筋的總配筋率由對(duì)矩形柱不大于5%降為不應(yīng)大于4%（非抗震設(shè)計(jì)）和3%（抗震設(shè)計(jì)），以減少粘結(jié)破壞和節(jié)點(diǎn)處鋼筋設(shè)置的困難。

2、箍筋合理配置

異形柱柱端箍筋加密區(qū)的箍筋除應(yīng)滿足受剪承載力計(jì)算要求外，尚應(yīng)滿足體積配箍率條件以及根據(jù)異形柱本身特性確定的構(gòu)造要求。一是箍筋間距與縱筋直徑之比s/d對(duì)縱筋壓曲的影響。研究表明，箍筋間距與縱筋直徑之比s/d，是異形柱縱向受壓鋼筋壓曲的直接影響因素，s/d大，會(huì)加速受壓縱筋的壓曲；反之，則可延緩縱筋的壓曲，從而提高異形柱截面的延性。二是箍筋間距s、縱筋直徑d及體積配箍率pV的合理調(diào)配。在箍筋合理配置的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體積配箍率pV相同時(shí)，采用較小的箍筋直徑d和箍筋間距S比采用較大的箍筋直徑d和箍筋間距S的延性好；只增大箍筋直徑來(lái)提高體積配箍率而不減小箍筋間距并不一定能提高異形柱的延性，只有在箍筋間距S對(duì)受壓縱筋支撐長(zhǎng)度達(dá)到一定要求時(shí)，增大體積配箍率pV，才能達(dá)到提高延性的目的。

3、梁柱節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)是框架的梁柱相交區(qū)，需要承受上層柱柱端及木層梁梁端傳來(lái)的荷載并有效地傳遞到下柱中去。從而作用于節(jié)點(diǎn)區(qū)的邊界力一外力是梁端和柱端的彎矩、剪力、軸力有時(shí)甚至還有扭矩。因此，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)處于十分復(fù)雜的受力狀態(tài)。而對(duì)于異形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)，則尚有另一正交外伸柱肢對(duì)核心區(qū)受剪作用的影響，更為錯(cuò)綜復(fù)雜。試驗(yàn)研究和計(jì)算分析表明，節(jié)點(diǎn)是異形柱框架的薄弱環(huán)節(jié)，其受剪承載力遠(yuǎn)低于截面面積相同的矩形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)。為確保安全，《規(guī)范》中要求，異形柱框架應(yīng)進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力計(jì)算，同時(shí)應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造規(guī)定。《規(guī)范》中對(duì)于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋最大間距和最小直徑以及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍特征值和體積配箍率最小值的規(guī)定，是從構(gòu)造上保證在豎向荷載、風(fēng)荷載和地震作用下，對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝上提供必要的約束并具有基本的抗剪能力。研究表明，梁端和柱端的彎矩、剪力、軸力、扭矩是通過(guò)鋼筋受拉及受壓傳遞到節(jié)點(diǎn)區(qū)的，通過(guò)混凝上受壓的力的傳遞，較易實(shí)現(xiàn)，但通過(guò)鋼筋受拉及受壓的力的傳遞，則必須依賴梁柱的縱向受力鋼筋的可靠錨固和粘結(jié)才能實(shí)現(xiàn)。因此保證梁柱縱向受力鋼筋在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中的可靠錨固和粘結(jié)十分重要。

三、結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，人們對(duì)房屋平面與空間布置的要求越來(lái)越高，從而對(duì)建筑設(shè)計(jì)布局有了新的要求。而且普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對(duì)建筑平面與空間的分隔己越來(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。異形柱框架結(jié)構(gòu)是一種全新的結(jié)構(gòu)體系。異形柱框架結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)體系相比，由于肢厚與填充墻基本等厚。解決了普通矩形柱框架結(jié)構(gòu)在房間內(nèi)露柱造成的使用上不便的問(wèn)題，使用面積相應(yīng)增加了許多，同時(shí)解決了磚混結(jié)構(gòu)超高和大開(kāi)間要求存在的技術(shù)問(wèn)題，因此該結(jié)構(gòu)受到了建筑師及廣大用戶的歡迎，并推廣應(yīng)用。異形柱框架結(jié)構(gòu)樓板在框架整體協(xié)同工作中起到的作用較矩形柱框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)，故建議采用整體現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)，在樓梯間及開(kāi)較大洞口部位設(shè)置矩形柱，角柱為異形柱時(shí)角村邊樓板不宜開(kāi)洞。對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位的樓板還應(yīng)加厚并配置雙層鋼筋。由于異形柱框架結(jié)構(gòu)的角柱多為“L“形柱，在單向地震作用下，角柱受到雙向水平力的作用，由此產(chǎn)生的剪應(yīng)力還伴隨較明顯的附加扭轉(zhuǎn)作用、而“L”形柱的附加扭矩相對(duì)“T”形及“十”字形柱明顯，故在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中對(duì)異形柱特別是角柱僅考慮其受剪力作用是偏于不安全的。有限元分析表明其內(nèi)折角還伴有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)其抗剪及抗扭承載力。

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