劉丹 秦建法

摘要：在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種非常常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，尤其在高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)一般的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究相對(duì)較多，且設(shè)計(jì)技術(shù)也較為成熟，而對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究還相對(duì)較少。事實(shí)上，異形柱框架結(jié)構(gòu)與其他建筑結(jié)構(gòu)相比，各方面的要求都要更加嚴(yán)格，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要十分注意，以免影響建筑物的整體質(zhì)量。本文就以異形框架結(jié)構(gòu)為例，來(lái)詳細(xì)探討混凝土建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文首先介紹了異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)；其次概述了異形柱框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，最后探討了其計(jì)算要點(diǎn)，希望能夠?yàn)槲覈?guó)建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供借鑒。

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

目前我國(guó)的建筑多為混凝土建筑，與普通的砌塊建筑相比，混凝土建筑的 整體性更好，結(jié)構(gòu)形態(tài)也更多。其中異形柱框架結(jié)構(gòu)就是這樣一種建筑結(jié)構(gòu)形式。異形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，尤其是要注意抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)，不同的建筑物類(lèi)型對(duì)抗震等級(jí)有不同的要求，建筑選擇的結(jié)構(gòu)不同，抗震等級(jí)的要求也不同，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照異形柱框架結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，來(lái)確定抗震等級(jí)，必須保證建筑物的抗震等級(jí)符合要求，保證建筑的質(zhì)量。

一、異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

異形柱框架結(jié)構(gòu)是建筑物中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不注重細(xì)節(jié)，其劣勢(shì)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，影響建筑物的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此一定要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則。

1、結(jié)構(gòu)布置

異形柱框架結(jié)構(gòu)不同于其他結(jié)構(gòu)，在對(duì)其布置時(shí)需要遵循很多原則；首先，在布置時(shí)，要使平面盡可能的對(duì)稱(chēng)，這樣布置的主要目的就是能夠讓平面和剛度保持均勻的狀態(tài)，該結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主軸，在對(duì)其進(jìn)行布置時(shí)，一定要和諧，否則不利于扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，如果在布置時(shí)無(wú)法平面對(duì)稱(chēng)，就要考慮到結(jié)構(gòu)受力的問(wèn)題；其次，要布置時(shí)要注意雙向設(shè)置，并且保證框架柱平齊，與此同時(shí)要拉通框架梁，這樣就不會(huì)出現(xiàn)豎向框架梁與橫向框架梁彼此支撐的現(xiàn)象，而異形柱框架結(jié)構(gòu)就會(huì)有足夠的空間來(lái)承載一定的壓力。這樣布置最大的優(yōu)勢(shì)就是使異形柱框架正整體性能得到有效的提升，尤其是抗震性能方面；最后，如果需要豎向布置，一定要選擇不交規(guī)則的材料，布置時(shí)要考慮應(yīng)力的問(wèn)題，不能過(guò)分的外挑，也不能過(guò)分的內(nèi)收，如果布置不當(dāng)，樓剛度就會(huì)發(fā)生突變，如果沒(méi)有特殊的要求，堅(jiān)決不能采用錯(cuò)層布置的方式。

2、抗震等級(jí)

這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是必須要考慮的問(wèn)題，通常情況下異性框架結(jié)構(gòu)的建筑抗震等級(jí)要求不同，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)建筑物的高度以及選擇的具體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)確定抗震等級(jí)。有很多計(jì)算抗震等級(jí)的方法，每種計(jì)算方法都各有優(yōu)勢(shì)也劣勢(shì)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)具體情況具體選擇，但是無(wú)論選擇哪種計(jì)算方法，都要符合國(guó)家規(guī)定。

3、確定設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)

比如建筑物的高度，之后再根據(jù)其高度確定建筑物的高寬比等，這些參數(shù)都調(diào)查清楚，才能開(kāi)始設(shè)計(jì)方案。比如如果建筑物要求的抗震等級(jí)為7級(jí)，而且其高度為35m，建筑物的層數(shù)為12，這時(shí)就能夠確定出建筑物的高寬比，正常情況下是5。另外，還要根據(jù)建筑的各項(xiàng)參數(shù)確定長(zhǎng)細(xì)比，一旦確定失誤，建筑物就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

4、注重異形柱結(jié)構(gòu)的延性以及粘結(jié)性

如果在設(shè)計(jì)時(shí)，異形柱屬于單調(diào)荷載，尤其是反復(fù)荷載，這時(shí)如果不采取有效措施，異形柱的粘結(jié)性就會(huì)遭到嚴(yán)重的損害，而且延性也會(huì)受到相應(yīng)的影響。影響異形柱結(jié)構(gòu)延性以及粘結(jié)性的因素有很多，比如高寬比、軸壓比等，因此控制器延性的關(guān)鍵就是控制好這些影響因素，一般情況下，高寬比要在3和4之間。因?yàn)楫愋沃蚣芙Y(jié)構(gòu)普遍存在的問(wèn)題就是肢厚比較小，有些甚至于框架梁寬度相同，因此異形框架柱的錨固能力與其他結(jié)構(gòu)相比差距很大，所以要選擇合適的縱向鋼筋，尤其是對(duì)鋼筋直徑要求更加嚴(yán)格。如果在設(shè)計(jì)時(shí)，不希望出現(xiàn)短柱，那么在選擇異形柱時(shí)，其肢高要適度的短一些，但是這又不符合錨固粘結(jié)的要求，為了能夠更好的解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員通過(guò)計(jì)算得出異形柱肢高在50至70cm最適宜，這樣就符合梁縱筋直徑的要求，也不會(huì)出現(xiàn)短柱的情況。

二、異形柱的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

1、直接計(jì)算法

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的部分試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，擬合成經(jīng)驗(yàn)公式。即按T型截面分別計(jì)算出縱向力作用x軸及y軸，考慮相應(yīng)的初始偏心距增大系數(shù)后，按僅考慮曲肘邊縱向受力鋼筋計(jì)算的偏心受壓構(gòu)件所能承載的縱向力Nx和Ny，然后以初始偏心距與截面邊長(zhǎng)的比值為參數(shù)進(jìn)行修正。

2、等代矩形柱計(jì)算法

將異形柱截面折算成慣性矩相等的矩形截面且將等代矩形柱的形心置于異形柱兩肢桿軸線(xiàn)的交點(diǎn)上；將其輸入空間分析程序（如TBSA）進(jìn)行位移和內(nèi)力計(jì)算，可簡(jiǎn)化工作量；以上電算輸出的是作用在等代矩形桿形心處的組合內(nèi)力，需將其回歸到各個(gè)單肢截面的形心處。這樣每個(gè)單肢就可按其各自的組合內(nèi)力進(jìn)行正、斜截面的配筋計(jì)算。這種用面積等效換算作抗壓抗剪分析的方法在工程中應(yīng)用較多，但用這種方法計(jì)算時(shí)應(yīng)明確的是：按矩形柱計(jì)算時(shí)得出的內(nèi)力要轉(zhuǎn)換到異形柱上斷面形心的位置.然后按異形柱計(jì)算配筋。

3、先配筋再?gòu)?fù)核法

對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，在參考一些相關(guān)算例的前提下，可以先對(duì)異形柱配筋再?gòu)?fù)核截面就顯得更為簡(jiǎn)便，截面復(fù)核時(shí)可分x軸和y軸均按T型截面分別復(fù)核。

不論是哪種計(jì)算方法，都可以參與GB 50010 2002混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)偏心受壓構(gòu)件的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

三、異形柱框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算要點(diǎn)

1、剪跨比

剪跨比是反映柱截面所受彎矩與剪力相對(duì)大小的一個(gè)參數(shù)，是影響框架柱破壞形態(tài)的最重要的因素?？刂萍艨绫燃纯刂浦鶅舾吲c柱截面肢長(zhǎng)之比。由于異形柱的抗剪性能差，選擇異形柱截面時(shí)，為避免出現(xiàn)短柱，控制 > 4，亦即 >2。

2、軸壓此的限定

軸壓比是指柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比。即。它是影響柱破壞形態(tài)和變形能力的另一個(gè)重要因素。有關(guān)研究結(jié)果表明：軸壓比對(duì)異形柱的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)普通矩形柱的影響，為保證異形柱的延性，必須嚴(yán)格控制軸壓比，柱應(yīng)具有足夠大的截面尺寸，以防止出現(xiàn)小偏壓破壞，并應(yīng)滿(mǎn)足抗震要求，同時(shí)避免長(zhǎng)細(xì)比小于4的短柱。由于異形柱的截面積比具有相同抗彎剛度的矩形柱小，因此用矩形柱替換后計(jì)算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱。而異形柱的軸壓比的限值在規(guī)范中又無(wú)詳細(xì)規(guī)定，考慮到異形框架柱的抗扭、抗震性能較差，一般認(rèn)為，設(shè)計(jì)中應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的軸壓比限值減少0.05選用。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可知異形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循很多的原則，無(wú)論是結(jié)構(gòu)布置，還是建筑物的各項(xiàng)參數(shù)，都必須在事先調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)與確定，否則會(huì)造成嚴(yán)重的后果。異形柱的計(jì)算方法有很多，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)建筑的具體情況來(lái)選擇合適的方法，以減少計(jì)算的工作量，但是也不能因?yàn)楣ぷ髁康脑?，而選擇適合的算法面，這只會(huì)產(chǎn)生事倍功半的效果。

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