異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)

【關(guān)鍵詞】 異形柱，受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方法 

　　一、概述 

　　鋼筋混凝土異形柱，是指截面形式除矩形、圓形以外的柱，且柱肢的肢高肢厚比不大于4，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型等，異形柱結(jié)構(gòu)體系是指采用輕質(zhì)填充墻及隔墻的現(xiàn)澆鋼筋混凝土異形柱框架及異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。異形柱結(jié)構(gòu)體系用適中的剛度配合輕質(zhì)填充墻的使用，對(duì)減少地震作用很有利，是一種經(jīng)濟(jì)合理的抗震結(jié)構(gòu)體系。 

　　二、異形柱受力性能特點(diǎn) 

　　1、異形柱設(shè)計(jì)要比常規(guī)矩形截面柱設(shè)計(jì)復(fù)雜得多，對(duì)于偏壓構(gòu)件，矩形截面的受壓區(qū)總是矩形，內(nèi)力臂較大；而對(duì)異形柱，受壓區(qū)圖形通常比較復(fù)雜，可能為二邊形，也可能為多邊形。對(duì)于受壓區(qū)呈多邊形分布的截面，壓區(qū)邊緣砼應(yīng)力過(guò)于集中，一旦達(dá)到受壓強(qiáng)度極限，破壞區(qū)域往里滲透得過(guò)陜，不利于外邊緣的砼纖維經(jīng)歷下降段，從而影響整個(gè)截面和構(gòu)件的延性。 

　　2、異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態(tài)下各肢將產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力，剪應(yīng)力使柱肢砼先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫，即產(chǎn)生腹剪裂縫，導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。 

　　3、異形柱在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來(lái)的影響不容忽視，因此，對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按空間體系考慮，宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計(jì)算程序進(jìn)行內(nèi)力與位移分析，pkpm、gscad、tbsa等國(guó)產(chǎn)結(jié)構(gòu)軟件均可做異形柱框架結(jié)構(gòu)計(jì)算。 

　　但以上計(jì)算理論均基于平截面假定，未曾考慮截面翹曲自由度，對(duì)于異形柱來(lái)說(shuō)，很可能出現(xiàn)各柱肢單獨(dú)作用的情況，因此常見(jiàn)的基于平截面假定的公式受到挑戰(zhàn)。而對(duì)異形柱的分析、試驗(yàn)以及設(shè)計(jì)方法等一套體系還沒(méi)有完全建立起來(lái)，這就給異形柱設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度，必須在概念設(shè)計(jì)上予以加強(qiáng)。 

　　三、異形柱結(jié)構(gòu)布置 

　　1、平面布置 

　　（1）平面布置宜對(duì)稱，兩個(gè)主軸方向要協(xié)調(diào)，使合力中心盡可能和剛度中心重合，減少偏心距，盡量減少因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不利影響； 

　　（2）考慮采用雙向承重體系，并縱橫向相連接； 

　�。�3）各柱肢應(yīng)盡量對(duì)齊，使柱肢與梁一起構(gòu)成較規(guī)則、多跨的抗側(cè)力體系。異形柱設(shè)計(jì)的目的主要是合理解決小面積房屋的使用問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)布置在房屋中影響房屋使用的墻角部位，其他部位從受力合理和施工方便方面考慮宜使用矩形柱。 

　　2、豎向布置 

　�。�1）結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。 

　　（2）異形柱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向宜均勻分布，樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的75%，或其上相鄰三層剛度平均值的85%。 

　　（3）樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的85%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的70%。 

　　（4）異形柱框架不應(yīng)采用樓層錯(cuò)層的設(shè)計(jì)方案。 

　　（5）異形柱不宜在樓層半層處單面設(shè)置挑梁。 

　　3、構(gòu)件尺寸 

　�。�1）柱肢寬度，一般取與墻體相同的厚度（如200mm），不低于180mm和不超過(guò)250mm。若肢寬偏低會(huì)造成施工困難，偏高則導(dǎo)致柱體笨拙且不經(jīng)濟(jì)，也可能造成短柱或剪跨比超限。 

　�。�2）肢長(zhǎng)根據(jù)2≤肢厚比≤4的控制指標(biāo)進(jìn)行確定，且肢長(zhǎng)不宜超過(guò)600mm（考慮角柱扭轉(zhuǎn)明顯，肢長(zhǎng)應(yīng)取高值，且箍筋全長(zhǎng)加密）。此外，異形柱剪跨比也要控制在2～4范圍內(nèi)控制肢長(zhǎng)或肢厚比的目的在于：當(dāng)異形柱肢長(zhǎng)增大時(shí)，柱剛度增大，受震害越大，因而對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能不利。 

　　四、設(shè)計(jì)方法 

　　1、在PKPM系列軟件中，由PMCAD模塊可解決異形柱的定位和荷載導(dǎo)入，由TAT和SATWE模塊可以完成整個(gè)體系的結(jié)構(gòu)計(jì)算和配筋計(jì)算，在定義L、T、+字形柱時(shí)，應(yīng)用里面的“十字形”截面定義，并且應(yīng)把截面相同而轉(zhuǎn)角不同的柱定義成幾個(gè)不同的截面，不宜采用轉(zhuǎn)角的方式；由于異形柱的柱肢較長(zhǎng)，梁柱重疊部分大，在計(jì)算時(shí)應(yīng)選擇“梁柱重疊部分作為剛域”；建議采用雙向偏心受壓、雙向偏心受拉、正截面承載力計(jì)算。 

　　2、在一般的矩形柱的多層框架結(jié)構(gòu)中側(cè)移多不起控制作用，而對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu)，由于側(cè)向剛度較小，有時(shí)側(cè)移會(huì)超出規(guī)范允許值； 

　　3、對(duì)柱的凈高與柱截面長(zhǎng)邊尺寸之比小于4的異形柱，應(yīng)沿柱高全高加密箍筋，以減少地震作用下柱剪切脆性破壞的危險(xiǎn)性和改善柱的變形性能； 

　　4、對(duì)抗震等級(jí)三級(jí)及三級(jí)以上的結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，以保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的可靠性； 

　　五、構(gòu)造及配筋 

　　1、按照規(guī)范及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，柱肢的厚度最小不小于160mm，一般常用200mm比較合理。對(duì)于8層及以上框架其下面兩層梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋有時(shí)顯得比較密集，因此不宜減薄。在梁跨度較大時(shí)，柱子往往顯得截面不足，軸壓比太大，鋼筋過(guò)分密集。因此最好把一二層砼標(biāo)高提高到C30以上，避免采用加大壁厚的方案。 

　　2、在選用縱向受力鋼筋時(shí)，數(shù)量宜少，直徑宜大，一般只要不大于Φ25均應(yīng)選較大的直徑減少根數(shù)，而每邊鋼筋的數(shù)量宜用2根，多則做兩排設(shè)置。底層每邊鋼筋的數(shù)量也可以用3根，但穿出樓面的柱筋每邊單排配筋還是不要多于2根為宜，否則節(jié)點(diǎn)施工困難。 

　　3、縱向構(gòu)造鋼筋在柱肢寬較大時(shí)應(yīng)該設(shè)置，以保證縱向鋼筋間距不大于350mm的規(guī)范要求，因?yàn)楫愋沃�的縱向構(gòu)造鋼筋比較多，因此其直徑的選取也是影響經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的一項(xiàng)因素，根據(jù)我國(guó)鋼筋砼設(shè)計(jì)規(guī)范和國(guó)外有關(guān)資料以及有關(guān)剪力墻的構(gòu)造規(guī)定，取Φ12、Φ14還是比較合理的，不必選用更粗的鋼筋。 

　　4、按照我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，箍筋的設(shè)置最小直徑可以選用Φ6，加密區(qū)長(zhǎng)度取柱截面的長(zhǎng)邊尺寸、層間柱凈高的1/6和500mm的最大值，在加密區(qū)的間距為100。 

　　結(jié)束語(yǔ)：目前民用建筑的市場(chǎng)需求是朝著大開(kāi)間、大空間方向發(fā)展，給異形柱結(jié)構(gòu)體系帶來(lái)廣泛應(yīng)用的前景，相關(guān)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論也得到不斷的累積和發(fā)展，作為設(shè)計(jì)人員，需要我們善于思考、勤于總結(jié)，利用正確的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，使異形柱結(jié)構(gòu)體系逐漸地得到發(fā)展、推廣和應(yīng)用。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　[1] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ149-2006） 

　　[2] 異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工/沈蒲生編著.-北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.01