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        論房屋建筑工程中異形柱的設(shè)計及其應(yīng)用

        2015-12-02 01:46:32中鋁瑞閩股份有限公司福建福州350000
        江西建材 2015年20期
        關(guān)鍵詞:異形延性抗震

        ■王 敏 ■中鋁瑞閩股份有限公司,福建 福州 350000

        1 異形柱設(shè)計的必要性

        異形柱(specially shaped column)是一種用于建筑工程中的柱子,要求既能夠達到結(jié)構(gòu)剛度的要求和架構(gòu)承載力的要求,還要以建筑使用的功能為依據(jù),根據(jù)建筑設(shè)計圖紙的布置要求來選擇形狀不同、截面不同的柱[1]。隨著房地產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,在我國各個城鎮(zhèn)上,不斷增加建設(shè)高層民用住宅,民用住宅對建筑平面的靈活性要求較高,并且要求建筑結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能,保障用戶的安全,這就需要利用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。但是一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的框架柱通常是運用矩形斷面的方式,而且斷面的寬度要大于墻面的寬度,這就使柱子超出房間內(nèi)墻,從而形成墻角,不僅使房屋的美觀受到影響,還會為用戶帶來很多不便,并且減少了房間的可用空間,降低用戶的滿意度。為了使這個設(shè)計問題得到解決,設(shè)計人員開始采用鋼筋混凝土異形柱。而異形柱的使用能夠解決設(shè)計鋼筋混凝土框架體系中的問題。由于異形柱符合建筑結(jié)構(gòu)對剛度和強度的要求,設(shè)計人員根據(jù)房屋建筑的實際情況,將異形柱設(shè)計成T 形、Z 形、工字型等形狀,圖1 為幾種異形柱常見形狀。

        圖1 異性柱的幾種形狀

        異形柱的肢厚度是不相同的,需要結(jié)合建筑的實際需求,在民用多層住宅中,一般將異形柱肢厚度設(shè)計在180mm 至250mm 的范圍內(nèi)。如果是高層的辦公樓,樓層底部一般是用于商業(yè)商鋪,不能將柱肢的厚度設(shè)計的過大,一般控制在300mm 至500mm 之間,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的功能區(qū)分,來對異形柱進行設(shè)計,能夠防止在房屋建筑中利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,為工程建設(shè)降低了成本。

        2 異形柱常用的加固方法及特點

        綜合比較分析,增大截面加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、置換混凝土加固法等幾種常用加固方法(見表1)。

        表1 常用的異形柱加固方法及特點

        3 異形柱的計算分析

        3.1 計算方法

        對于烈度較低的地區(qū),異形柱的截面對稱軸在水平力的作用下,一般設(shè)計為十字形,利用彈性分析的計算方法,計算出其翹曲應(yīng)力較小,相當(dāng)于其偏壓構(gòu)件受到水平力的影響,這時還可以依據(jù)平截面假定原理進行分析,根據(jù)混凝土的設(shè)計規(guī)范進行計算。在烈度較高的地區(qū),水平力一般對異形柱的非主軸的方向產(chǎn)生影響,這時就需要注意其翹曲應(yīng)力,如果其平截面的假定出現(xiàn)很大的誤差時,就要利用有限元的分析方法對異形柱的結(jié)構(gòu)進行分析,以此來確定內(nèi)力的大小和配筋的位置。對內(nèi)力大小進行計算和對配筋多少進行計算,要利用具有計算功能的軟件進行,例如中國建筑科學(xué)研究院的TAT,SATWE 程序。

        3.2 計算模型

        在實際施工過程中,會布置很多的豎向構(gòu)件,這些豎向構(gòu)件中并不全都是異形柱,還會采用一些墻肢較長的剪力墻,這樣就形成一種特殊的結(jié)構(gòu),即異形柱—剪力墻結(jié)構(gòu)。將計算模型輸入到這種結(jié)構(gòu)中,不同的人員會產(chǎn)生不同的結(jié)果,因為有的人員在輸入時會把短肢剪力墻也輸進去,就會造成一定的誤差。然而,結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)誤差,其穩(wěn)定性與安全性都會受到影響。

        4 異形柱在房屋建筑工程中的應(yīng)用

        4.1 異形柱的應(yīng)用特點

        異形柱的截面并不都是一樣的,這就會造成墻肢平面內(nèi)部方向的剛度與外部方向的剛度會出現(xiàn)很大的差別,兩個方向的承載能力也就有所區(qū)別;如果異形柱在(H/h >4)范圍內(nèi),可以不對剪切變形進行考慮。當(dāng)軸壓值很小時,說明其受力比較明確,有著良好的變形能力。如果異形柱在(H/h <4)范圍內(nèi),就會受到剪切變形的影響,降低構(gòu)件的變形能力;變形能力降低,就會明顯的破壞脆性,尤其是異形柱的翼緣柱肢在壓力的影響下,其延性就會降低。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)的試驗分析資料,異形柱受到破壞時呈現(xiàn)出的狀態(tài)主要為小偏壓破壞、彎曲破壞和壓剪破壞。

        4.2 異形柱的應(yīng)用條件

        鋼筋混凝土異形柱,其截面形式多種多樣,除了常規(guī)的圓形和矩形外,還有T 字形、L 形、十字形、工字型等等[2]。將異形柱作為豎向構(gòu)件形成的結(jié)構(gòu)體系被稱作鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點,如使用安全、技術(shù)比較先進、能夠合理的控制成本等,這種結(jié)構(gòu)能夠在地震烈度為7 度或者7 度以下的房屋建筑中使用,非常適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多層房屋建筑。

        4.3 異形柱應(yīng)用的注意事項

        (1)異形柱框架結(jié)構(gòu)不是單指全部柱截面均為矩形截面。有的人以為異形柱體系中的柱子都是采用的異形柱,但實際上并不是這樣,建筑施工的要求較高時才會全部使用異形柱,異形柱在建筑中一般是布置在周邊的位置。

        (2)梁柱鋼筋應(yīng)在柱頭處打折插入柱內(nèi),以避免與柱主筋交叉。異形柱短邊的尺寸一般都比較小,在柱、梁的交接處對其進行布置有一定的困難。在施工時要克服此問題,一般都要在柱內(nèi)將打折的柱頭插進去,這樣可以有效避免柱主筋與異形柱出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。

        (3)要注意柱的延性。柱的延性非常重要,能夠?qū)⒌卣鸬哪芰肯?,對框架的倒塌能夠起到防止作用。柱的延性受到軸壓比的影響,對異形柱結(jié)構(gòu)進行試驗,發(fā)現(xiàn)軸壓比越高,延性就越低。所以對軸壓比進行控制非常重要,異形柱結(jié)構(gòu)的剪力中心如果不能與截面的中心重合,混凝土柱肢很容易出現(xiàn)裂縫,明顯的降低了異形柱的脆性,要想控制異形柱的延性,就必須對軸壓比進行嚴格的控制。

        4.4 異形柱的應(yīng)用舉例

        4.4.1 異形柱在別墅住宅中的應(yīng)用[3]

        (1)別墅概況:a.建筑層數(shù):地下1 層,地上3 層。b.基礎(chǔ)型式:人工挖孔樁,柱下獨立基礎(chǔ),墻下條形基礎(chǔ)。c.結(jié)構(gòu)型式:異形柱結(jié)構(gòu)d.設(shè)計基本數(shù)據(jù)。e.建筑耐火等級:三級。f.結(jié)構(gòu)安全等級:二級。g.地基基礎(chǔ)設(shè)計等級:乙級。h.結(jié)構(gòu)合理使用年限:50 年。i.抗震設(shè)計參數(shù)。j.建筑抗震設(shè)防類別:丙類。k.地震設(shè)防烈度:6 度。

        (2)此別墅所采用的異形柱截面型為L形、T形等。實踐證明,此別墅選型合理,內(nèi)力的計算結(jié)果非常精確,根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計別墅的構(gòu)造,從而使得異形柱能夠很好的應(yīng)用到此工程中。

        4.4.2 異形柱在某庭院的實際應(yīng)用

        庭院概況:某庭院為多層異形柱框架結(jié)構(gòu)住宅,共-1 +6 層(-1為半地下自行車庫)。建筑工程抗震設(shè)防類別為丙類,建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級,所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6 度,設(shè)計分組:第一組;場地類別:Ⅱ類;特征周期Tg=0.35s,異形柱框架結(jié)構(gòu)抗震等級為四級。實踐證明,異形柱在該庭院中得到較好的的應(yīng)用。

        5 結(jié)語

        異形柱的產(chǎn)生猶如許多新生事物一樣,具有很強的生命力和競爭實力進入建筑市場。異形柱能夠使室內(nèi)框架柱防止出現(xiàn)凸出的現(xiàn)象,能夠使房屋建筑的觀瞻得到改善,使房屋建筑的設(shè)計更加靈活,能夠?qū)崿F(xiàn)房屋建筑的各項使用功能;將墻體改革結(jié)合起來,需要采用良好的墻體材料,墻體材料需要具備輕質(zhì)、保溫、隔熱的性質(zhì),即符合節(jié)約能源和土地的要求,又能對廢料進行合理利用,還能保護環(huán)境,在房屋建筑工程中的應(yīng)用具有重要意義。

        [1]魏山山.型鋼混凝土L 形短肢剪力墻承載力性能分析研究[D].南昌大學(xué),2010.

        [2]侯曉曦.L 形鋼骨混凝土異形柱受力性能研究[D]沈陽建筑大學(xué),2011.

        [3]秦雪濤.異形柱在別墅住宅中的應(yīng)用[J].科技信息,2008,29∶442-443.

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