陳卓鋒

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510010）

1 前言

目前正在編制全國性的“混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”?？蓤?zhí)行的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)有：天津、上海、陜西、江蘇、廣東等。異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除應(yīng)符合所在地規(guī)程外，還應(yīng)符合國家頒布的其它規(guī)范、規(guī)程，如：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程、混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（修訂稿）等等。混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（修訂稿）的特殊點(diǎn)之一：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不應(yīng)大于樓層平均值的1.35倍。其它的對異形柱結(jié)構(gòu)的基本要求，應(yīng)參照相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程。

2 異形柱結(jié)構(gòu)的分析模型

異形柱應(yīng)考慮特有的“剪切不均勻系數(shù)”：異形柱的剪切不均勻系數(shù)采用分塊積分法計(jì)算。異形柱的局部坐標(biāo)，截面形心主軸，如圖1所示。

圖1 異形柱的局部坐標(biāo)

與異形柱相連的框架梁，一般應(yīng)選擇“梁柱重疊作為剛域”這個設(shè)計(jì)參數(shù)。此時梁長度變化[1]，如圖2所示。

圖2 梁長度變化

當(dāng)異形柱柱肢較長時，由于梁長度的變化造成結(jié)構(gòu)剛度變化較大。所以，對異形柱結(jié)構(gòu)需要考慮這個影響[2]。

有時異形柱截面會產(chǎn)生變異，此時，最好簡化成矩形柱輸入，按異形柱輸入剛度偏小、配筋也有問題，如圖3所示。

圖3 異形柱截面的變異

3 異形柱的配筋及設(shè)計(jì)

異形柱配筋，應(yīng)按考慮雙偏壓（拉），如圖4所示。

計(jì)算的周期，如圖5所示。

圖4 異形柱配筋

圖5 計(jì)算周期

4 異形柱框架結(jié)構(gòu)在居民住宅小區(qū)工程實(shí)例

4.1 工程概況

廣東省廣州市某小區(qū)建筑總面積達(dá)到了23萬m2，該項(xiàng)目一共有15棟異形柱框輕結(jié)構(gòu)住宅，其總面積達(dá)到了15萬m2，有兩類住宅，一類是帶電梯住宅，另一類是不帶電梯住宅。這兩類住宅都配置了車庫及其閣樓。從整體上面進(jìn)行分析，住宅平面基本上屬于錯層式住宅，其中，地下室高度為3m左右，樓層高度為3.2m左右，然而標(biāo)準(zhǔn)樓層的高度為3m，每層樓之間的間距為3.2m。按照相關(guān)的規(guī)定，與實(shí)際情況相互結(jié)合，并且和建設(shè)所使用一些功能及其相關(guān)的要求相結(jié)合，查看框輕結(jié)構(gòu)的自身情況，而內(nèi)部的隔墻必須選擇取厚為80mm的GRC輕質(zhì)墻板，分戶墻必須選擇厚度為25cm的加氣混凝土砌塊，在梁柱以外貼著厚度為5cm的EPS板，在外墻選擇使用厚度為30cm的加氣混凝土砌塊。我們從現(xiàn)場的地質(zhì)報告當(dāng)中能發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)主要是由一些粉質(zhì)黏土、粉土及其一些細(xì)沙組成的，這個住宅花園小區(qū)屬于中軟場地，也就是II類場地，在地下15m左右有地下水，所以，這個屬于建筑有利地段。結(jié)合工程地質(zhì)狀況及相關(guān)的特征，可以選用設(shè)置伸縮縫的筏板，筏板厚度為50cm。

4.2 結(jié)構(gòu)布置及其選型

在居民小區(qū)工程中，住宅樓一共有七層，還包括地下室和閣樓，因此，算上閣樓和地下室一共有九層。從室外地面開始進(jìn)行計(jì)算，高度滿足小區(qū)其他異形柱規(guī)程給異形柱框輕體系框架結(jié)構(gòu)下的要求，并且這個建筑規(guī)定必須設(shè)置電梯井，因此必須使用異形柱框-剪結(jié)構(gòu)體系。在符合每一層之間的位移要求，還要使得剪力墻部分承受的結(jié)構(gòu)底部地震彎距與結(jié)構(gòu)底部總地震彎距相比至少大一半，然而，為了縮小結(jié)構(gòu)自身的剛度以及減小結(jié)構(gòu)自身的重量，必須把剪力墻安設(shè)數(shù)量設(shè)置盡可能小一些，而且安放位置必須勻稱，這樣才可以防止扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生進(jìn)而造成一系列的影響[3]。對于較長的墻肢，必須進(jìn)行開洞口，這樣才可以讓每一墻段受力均勻，異形柱的安設(shè)以及相關(guān)的尺寸與規(guī)定一致，在設(shè)防的時候應(yīng)該采用數(shù)量多的梁配筋，而且梁寬和柱肢的厚度都必須定在25cm。一般來講，柱肢為55～75cm長，然而由于在躍層處梁豎向錯位，所以，柱凈高為2.1m，而管控這個地方的柱肢長均不大于65cm，這樣就會讓柱凈高超過了肢長三個單位，可以防止超短柱出現(xiàn)[4]。所以，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，盡可能地運(yùn)用T形柱和十字形柱相結(jié)合，盡量減少L形柱的使用，盡量減少一字形柱的出現(xiàn)。

4.3 異形柱框架結(jié)構(gòu)載荷分析

4.3.1 載荷-位移曲線

在工程中，不同形式異形柱框架的推覆分析結(jié)果如圖6和表1所示，表中屈服位移通過通用屈服彎矩法來確定，極限位移取峰值荷載下降到85%時對應(yīng)的位移。

圖6 推覆對比曲線

表1 力-頂點(diǎn)位移計(jì)算結(jié)果

從圖1及表1可看出，SRC異形柱框架和CFST異形柱框架的位移延性系數(shù)較RC異形柱框架有顯著提高，且延性系數(shù)提高倍數(shù)達(dá)到1.3左右，表明在異形柱中適當(dāng)配置型鋼或采用鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)都可有效地提高異形柱框架的位移延性。對比幾種類型異形柱框架結(jié)構(gòu)的受剪承載力，CFST異形柱框架最高，較RC異形柱框架提高了1.7倍，SRC異形柱框架次之，較RC異形柱框架提高了1.4倍?？梢姡珻FST結(jié)構(gòu)既具有較高的承載能力，又具有良好的延性[5]。

4.3.2 軸壓比的影響

考慮到工程異形柱中柱設(shè)計(jì)軸壓比是邊柱的二倍，取邊柱軸壓比參數(shù)N分別為0～0.3，三種異形柱框架結(jié)構(gòu)Pushover對比計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同軸壓比下異形柱框架推覆對比曲線

從圖7可知，軸壓比對3種異形柱框架的彈性剛度影響較小，但對水平承載力及曲線下降段形狀均有影響。對于RC異形柱框架，隨軸壓比增大，結(jié)構(gòu)承載能力適當(dāng)提高，延性隨之降低，但軸壓比大于0.2之后其影響很??；對于SRC異形柱框架和CFST異形柱框架，隨軸壓比增大，結(jié)構(gòu)承載能力降低，并且延性也隨之降低，主要是由于截面不規(guī)則導(dǎo)致，因此設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格控制SRC異形柱框架和CFST異形柱框架的軸壓比[6]。

4.3.3 出鉸機(jī)制

圖8 出鉸順序

圖8為SRC異形柱框架出鉸計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比分析，由圖可以知道兩榀框架均為梁先出鉸，柱后出鉸，基本符合抗震框架結(jié)構(gòu)中“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)要求，但計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的出鉸順序有所差別，主要原因是試驗(yàn)中各節(jié)點(diǎn)材料存在一定的差異，真實(shí)抗彎承載力不同，導(dǎo)致試驗(yàn)中塑性鉸出鉸順序沒有規(guī)律性，而計(jì)算中塑性鉸出鉸順序較為規(guī)律，底層和中間層梁端出鉸較早，同一根梁一般均為左側(cè)先出鉸。試驗(yàn)中柱頂施加豎向集中荷載，局部約束效應(yīng)使得頂層中柱承受較大彎矩而出現(xiàn)塑性鉸，但數(shù)值計(jì)算中難以模擬此現(xiàn)象。

4.4 構(gòu)造措施

異形柱框輕結(jié)構(gòu)的住宅一般層高不高，并且柱側(cè)移剛度非常大，所以底層柱對于一層樓板溫度變形的制約力非常大。如果房屋長度值比較大，這樣在溫度變化的過程當(dāng)中，很容易影響到樓板內(nèi)部應(yīng)力變化，進(jìn)而形成一定的內(nèi)力，這樣就會使得樓板出現(xiàn)一系列的裂縫[7]。因此，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，工程必須嚴(yán)格控制伸縮縫之間的間距，一般不能超過45m。而且，在設(shè)計(jì)樓板負(fù)筋在頂層和一層必須進(jìn)行貫通好，應(yīng)該在中間層一半進(jìn)行貫通。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文在以計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，經(jīng)過了一系列的計(jì)算模型的簡化處理，并且和結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀況相同。與此同時，還應(yīng)該準(zhǔn)確地對計(jì)算結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，將此運(yùn)用到工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。本工程設(shè)計(jì)經(jīng)過了當(dāng)?shù)毓こ淌┕D設(shè)計(jì)的審查，并通過?，F(xiàn)在，這個工程已經(jīng)交付很多年，沒有出現(xiàn)過居民小區(qū)住宅樓板裂縫的問題。

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[3]高 俊.混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].綠色環(huán)保建材，2018（04）：102～108.

[4]田存.方鋼管混凝土組合異形柱住宅體系工程應(yīng)用研究[D].河北工程大學(xué)，2017.

[5]陳建強(qiáng).民用住宅設(shè)計(jì)中異形柱框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2017（46）：117～118.

[6]蔣琳琳.抗震功能的多層住宅異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施分析[J].建材與裝飾，2017（42）：49～50.

[7]游劍龍.小高層住宅結(jié)構(gòu)選型及工程應(yīng)用研究[D].福建農(nóng)林大學(xué)，2016.