異形柱框架結構設計與應用范文

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1異形柱框架結構與矩形柱框架結構的差異

與普通矩形柱對比，異形柱框架結構的柱截面里，形心和剪心間位置有偏差，在外荷載的情況下，各肢的截面會存在較大的正應力和剪應力，由于剪應力會使得各肢混凝土發生開裂，出現腹剪斜裂縫．從而降低柱延性。因此異形柱框架結構的抗震性能比普通框架結構差，異形柱框架結構的各抗震措施及構造措施應該比矩形柱框架結構要求嚴格。根據《規程》1.0.2，異形柱框架結構主要適用于非抗震設計和抗震等級為6度～8度(0.20g)抗震設計的一般居住建筑，可見異形柱框架結構不適用于高烈度區建筑或公共建筑，其適用范圍不如矩形柱框架結構廣。根據《規程》表3.1.2，無剪力墻的異形柱框架結構禁止應用在高層建筑中，其結構所適用的最大高度為普通框架結構的約0.3～0.42倍左右，要求相當嚴。根據《規程》3.2.5條，異形柱結構樓層承載力突變時，薄弱層的地震剪力增大系數為1.2，大于普通框架結構的增大系數。此外，異形柱框架結構的不規則扭轉位移比限值和樓層位移角限值都比普通框架結構要嚴。根據《規程》表6.2.2，異形柱的軸壓比限值按截面形式和抗震等級不同，但均小于相同抗震等級的矩形柱限值，要求更嚴。表中無Z形、一字形柱的軸壓比限值，筆者建議:Z形柱的軸壓比限值按L形柱，一字形柱的軸壓比限值按相同抗震等級的L形柱的限值減0.05。一字形柱因弱軸方向抗彎能力較弱，因盡量避免布置，當實際工程中必需采用時，應采用更嚴的軸壓比限值。根據《規程》4.2.4條，7度(0.15g)和8度(0.20g)的時候，應該補充驗算與主軸成45°的方向抗震情況，如果建筑有較多的異形柱(不等肢)結構，則應該適當補充計算不同角度的地震作用，同時，還應該注意異形柱框架結構的底部、荷載較大處、結構變化部和角部的地震作用以及不同方向的內力變化，然后在里面選擇出不利數據以作為異形柱框架結構的設計依據。

2設計方案

異形柱框架結構在設計方法及構造措施上與矩形柱框架有一定不同，筆者結合以往實際工程經驗，總結了以下幾點異形柱框架結構設計注意事項。由于異形柱本身柱肢比較長，梁和柱在節點上的重合部分大，因此設計人員應該簡化力學模型，將梁和柱的重合部分設置成剛域，在進行自重的計算時應該將重合部分混凝土的重量除去，梁截面設計時按扣除剛域的梁長計算。因實際工程中異形柱的柱肢厚度一般為200mm，當框架梁與異形柱柱肢垂直相交時，很難保證梁柱節點固接。在實際工程中，應盡量避免框架梁與異形柱柱肢的面外弱連接，如必須使用時，計算模型中應梁端人為設置成鉸接，梁底的局部柱肢應加強配筋，形成暗柱。梁鋼筋彎折前水平段錨固長度抗震設計時不應小于0.4laE，當框架梁與異形柱柱肢垂直相交時，框架梁的縱向鋼筋一般只能采用12mm的規格。異形柱鋼筋同一截面內宜采用相同直徑，直徑不應小于14mm，且不大于25mm。抗震設計時柱截面的最大配筋率不應大于3%，其縱筋最小配筋率及箍筋最小配箍特征值、箍筋最大間距的構造要求均比矩形框架柱的要求更嚴。此外，為保證異形柱框架結構的梁柱節點延性，《規程》表6.3.5嚴格規定了框架梁的最大配筋率，較矩形柱框架結構嚴格許多。此外，2010版的抗規和砼規在總結2008年汶川地震震害經驗的基礎上，對框架結構的強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱桿件措施做相應加強。《規程》于2006年編制，參照了2002版砼規，其中的柱彎矩調整系數、核心區剪力增大系數均小于2010版的抗規和砼規，計算時應按2010版的抗規和砼規取值。

3注意問題

在進行異形柱框架結構的設計時，設計人員應該注意以下問題:(1)在矩形柱多層框架中，其側移通常不會起到控制作用，但是在異形柱框架結構設計時，一般側向剛度比較小且樓層層間位移角限值為1/600，結構側移常常會超出此限值。(2)由于異形柱的荷載方向通常存在任意性，因此在柱的各折角處，應該設置有同樣直徑、作為限制箍筋的受力筋。(3)在進行異形柱框架結構抗震設計時，設計人員應該盡可能地避免扭轉不規則結構，豎向構件最大位移、層間位移和樓層兩端的彈性位移、層間位移平均值的比應該小于1.45，矩形框架結構的比值應該是1.5。(4)無論是進行抗震設計還是非抗震的設計，設計人員皆應該計算異形柱框架結構梁柱節點的受剪承載力，而對于矩形的框架結構，只有要求其抗震等級是一、二、三級時才需要計算梁柱節點的受剪承載力。(5)由于異形柱框架結構比普通框架結構的延性差，而高長比和軸壓比為影響異形柱延性、破壞形態的因素，因此設計人員在進行異形柱框架結構異形柱延性保護措施設計時，應該嚴格控制結構的軸壓比，保證柱肢的高厚比小于4，這樣才能避免小偏壓破壞的出現，保證其延性，滿足工程的抗震要求。當小部分柱肢因工程需要高厚比略大于4時，為了提高柱剪的防切脆性破壞能力，提高異形柱變形能力，應該使用箍筋沿著柱全高加密。

4結束語

雖然異形柱框架結構與普通的框架結構相比，其抗震性較差，安全性不如普通框架結構好，但是其能滿足業主的設計需求，因此十分受歡迎，在現代建筑中具有較為廣闊的發展前景。因此異形柱框架結構的設計人員應該積極順應市場需求，基于異形柱框架結構自身受力特點和破壞機理，合理的利用計算機軟件來構建出異形柱框架結構模型，從而進行科學計算，客觀分析計算結構，重視設計時應注意的問題，在必要時采取適當的構造措施，保證異形柱框架結構的設計結構安全、實用和美觀，以保證異形柱框架結構的質量，推動其應用發展。

作者：隆嘉祥 單位：上海市政工程設計研究總院( 集團) 有限公司