帶你全面了解異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、帶你全面了解異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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。柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對(duì)于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。 01、異形柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1、因?yàn)榻孛娴倪@種特別性，使得墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)照相差較大，導(dǎo)致各向剛度不全都，其各向承載能力也有較大差異；2、對(duì)于長柱（H/h4）可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時(shí)，受力明確，變形能力較好。而對(duì)短柱（H/h4），剪切變形占有相當(dāng)比例，構(gòu)件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍，且屬薄壁

2、構(gòu)件，即使發(fā)生延性的彎曲形破壞，也因截面曲率M/EI或cu/(cu為砼的極限壓應(yīng)變，為截面受壓區(qū)高度)較小，使彎曲變形性能有限，延性較差；3、異形柱因?yàn)槭嵌嘀模浼羟兄行耐谄矫娣秶?，受力時(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力，這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，而該剪應(yīng)力的存在，使柱肢易先消失裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較平凡截面柱變形能力低，脆性破壞顯然；4、特殊是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的狀況，其延性更差。由國內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)資料和理論分析2，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等，影響其破壞形態(tài)的因素有：

3、荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比（剪跨比），配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。因?yàn)槠涫芰π阅艿膹?fù)雜，設(shè)計(jì)中務(wù)必通過牢靠的計(jì)算和須要的構(gòu)造措施來保證其強(qiáng)度和延性。 02、異形柱結(jié)構(gòu)適用條件 1、居住建造（住所及宿舍）；2、抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g及0.15g）和8度（0.20g，I、II、III類場地）；3、柱網(wǎng)尺寸不宜大于6.6m；4、房屋總高度的限制。 03、異形柱結(jié)構(gòu)的平面布置 1、在異形柱結(jié)構(gòu)的一個(gè)自立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面樣子容易、規(guī)章，剛度和承載力分布勻稱。2、結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的不利影響。在考慮偶爾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

4、分離不宜大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層兩端相應(yīng)平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比不應(yīng)大于0.85。3、異形柱框架結(jié)構(gòu)和異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。4、異形柱結(jié)構(gòu)的框架縱橫柱網(wǎng)軸線宜對(duì)齊拉通；異形柱肢截面厚度中線與梁及剪力墻中線宜對(duì)齊重合。5、異形柱結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于單跨框架結(jié)構(gòu)。 04、異形柱結(jié)構(gòu)的豎向布置 1、結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下繼續(xù)貫穿。2、異形柱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向宜勻稱分布，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

5、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。 05、異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列原則考慮地震作用 1、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)正交布置時(shí)，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向分離考慮水平地震作用。2、有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15度時(shí)，應(yīng)分離計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。3、質(zhì)量與剛度顯然不對(duì)稱、不勻稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其他狀況，應(yīng)允許采用調(diào)節(jié)地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響。 06、應(yīng)按照不憐憫況，分離采用下列地震作用計(jì)算方法 1、異形柱結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法，當(dāng)質(zhì)量和剛度不對(duì)稱、不勻

6、稱時(shí)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法。2、高度不超過40m，以剪切變形為豬，且質(zhì)量與剛度沿高度分布較勻稱的異形柱結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法。 07、異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法 1、異形柱截面各肢肢高與肢厚之比不應(yīng)大于4，且肢厚不應(yīng)小于200mm，肢高不應(yīng)小于500mm。2、框架梁截面高度Hb可按（1/101/15）L b決定（Lb為計(jì)算跨度）,且不應(yīng)小于 400mm.梁的截面寬度Bb不宜小于1/4Hb及200mm。3、異形柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C25和不大于C50，這是因?yàn)楫愋沃孛娉叽绫?，混凝土?qiáng)度等級(jí)小于C25的話可能達(dá)不到其與鋼筋之間保證粘結(jié)的要求。強(qiáng)度等級(jí)為C50以上的異形柱構(gòu)件及結(jié)

7、構(gòu)科學(xué)研究相對(duì)較少，還不足以行成編制規(guī)程條文的基礎(chǔ)，所以這次規(guī)程未列入。4、異形柱截面上受力縱筋的位置如下圖所示。實(shí)驗(yàn)和模擬計(jì)算表明這些位置上的縱筋均發(fā)揮大的作用，特殊是當(dāng)軸壓較大時(shí)處于各肢內(nèi)折角處的縱筋的作用不容忽略，一定要作為受力筋處理。5、異形柱結(jié)構(gòu)框架梁截面高度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于400mm 08、異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留意的問題 1、異形框架的計(jì)算因?yàn)槠浣孛娴奶貏e性，在柱截面向稱軸內(nèi)受水平力作用時(shí)，彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力很小，此時(shí)猶如承受水平力的偏壓構(gòu)件，仍可按平截面假定分析，按砼設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算，特殊是在框剪，框筒結(jié)構(gòu)中，對(duì)6度及其以下烈度區(qū)的、類場地，框架柱只擔(dān)當(dāng)水平風(fēng)載的一小部分，如按一

8、般偏壓柱計(jì)算，誤差較小。此時(shí)異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序舉行整體分析。而在水平力較大，且水平力作用在非主軸方向，則翹曲應(yīng)力不容忽略，按平截面假定誤差較大，則應(yīng)對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)舉行有限元分析，確定內(nèi)力和配筋位置及大小。在舉行內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算時(shí)，宜選用帶有異形柱計(jì)算功能的計(jì)算軟件。現(xiàn)在有一些軟件沒有異形柱截面形式，如要用它舉行計(jì)算，要先舉行等剛度等面積換算成矩形柱，舉行整體分析，得到雙向內(nèi)力后再舉行異形柱的截面設(shè)計(jì)，其工作量相當(dāng)大，且截面設(shè)計(jì)的牢靠性不高。目前，國內(nèi)可直接舉行異形柱截面內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)的軟件有建研院的TAT、SATWE程序，廣東省建院的SS、SSW程序以及天津高校

9、的鋼筋砼異形柱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算程序CRSC。這些程序均用數(shù)值積分法舉行正截面配筋設(shè)計(jì)，精確性較高，經(jīng)過大量工程校算，能有效地滿意結(jié)構(gòu)平安性要求。 2、軸壓比控制對(duì)框架結(jié)構(gòu)，框-剪結(jié)構(gòu)，柱的延性對(duì)于耗散地震能量，防止框架的崩塌，起著非常重 要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析3，柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。在高軸壓比狀況下，增強(qiáng)箍筋用量對(duì)提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對(duì)柱的延性影響至關(guān)重要，特殊是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合，剪應(yīng)力使砼柱肢先于平凡矩形壓剪構(gòu)件消失裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱，這些導(dǎo)致異形柱脆性顯然，使異形柱的延

10、性普遍低于矩形柱，因而對(duì)異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。在廣東規(guī)程中，其軸壓比按砼設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求削減0.05，但其適用高度較低，一般為35 m。當(dāng)高層建造的高度進(jìn)一步加大時(shí)，其水平力的影響會(huì)愈來愈顯著，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求也愈高。由天津高校土木系對(duì)異形柱延性資料可知，影響異形柱延性的因素比平凡柱要復(fù)雜，且不同的柱截面形式，如L型、T型、十字型，在相同水平側(cè)移下，其延性性能也有較大差異，因而，軸壓比控制應(yīng)參考天津規(guī)程。但天津規(guī)程的控制過于繁鎖，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，柱的縱筋與箍面的直徑還沒有設(shè)定，因而箍筋間距與縱筋直徑的比值還無法決定。為在實(shí)際工作中便于使用，可按不同的截面形式（L、T、十字型）與不同的抗震等級(jí)兩項(xiàng)指標(biāo)從嚴(yán)控制，對(duì)低烈度地區(qū)的這類結(jié)構(gòu)是能夠滿意其延性要求的。 3、配筋構(gòu)造在正確的結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算后，截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。因?yàn)楫愋沃孛娴奶攸c(diǎn)，柱肢端部會(huì)消失較大應(yīng)力，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不勻稱，一般越靠肢端應(yīng)力越大，對(duì)柱肢形成偏心壓力，進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因而在異形柱配筋時(shí)，應(yīng)在肢端設(shè)暗柱，暗柱的外排鋼筋由計(jì)算而定。離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)214的構(gòu)造縱筋，箍筋同柱，這樣可限制柱肢的砼裂縫的開展，提高異形柱局部抗壓抗剪強(qiáng)度及變形