異形柱技術(shù)總結(jié)

異形柱技術(shù)總結(jié)去年年底做了一個(gè)異形柱結(jié)構(gòu)的檢測鑒定，雖然之前很少接觸異形柱，但經(jīng)過這個(gè)工程后，還是學(xué)到了不少有關(guān)異形柱方面的知識和技術(shù)。一、異形柱的基本概念現(xiàn)代住宅建筑要求大開間，平面及房間布置靈活、方便，室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的要求，因而逐漸得到了推廣應(yīng)用。我們先來了解異形柱的定義?！痘炷廉愋沃Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ149-2006)對異形柱的定義是：截面幾何形狀為匚形、丁形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。規(guī)程中目前僅列入了匚形、丁形和十字形三種界面形式的異形柱，因?yàn)閷Υ巳N截面積累的工程經(jīng)驗(yàn)較多。未列入的還有一字形，2字形等。一形柱和2形柱截面類似，即兩個(gè)主軸方向抗彎能力相差甚大。目前，此兩種類型的柱尚未列入規(guī)程中，以后經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究后，應(yīng)該也會經(jīng)入規(guī)程的控制。下圖為幾種異形柱及其鋼筋配置：其余未標(biāo)注的均為受力縱筋，包括內(nèi)外折角處的縱筋異形柱各肢肢長可能相等，也可能不等。我們在抗震設(shè)計(jì)時(shí)宜采用等肢異形柱，當(dāng)不得不采用不等肢異形柱時(shí)，兩肢的肢高比不宜超過1.6,且肢后差不大于50mm(詳見《規(guī)程》條文說明第6.1.4條)。柱截面肢高肢厚比是指異形柱柱肢截面高度與厚度的比值，柱的肢高肢厚比不同時(shí)，柱的性能也會有不同的差異。規(guī)程規(guī)定肢高肢厚比不大于4,試驗(yàn)表明，在此情況下，異形柱在偏心受壓狀態(tài)下的應(yīng)變基本符合平截面假定。二、異形柱與矩形柱的限值對比異形柱和矩形柱相比，在設(shè)計(jì)中差異時(shí)比較明顯的，我們來看看這些差異：當(dāng)建筑物構(gòu)形式相同且所處地域的抗震烈度相同時(shí)，異形柱的最大適用高度要明顯低于矩形柱的最大適用高度，詳見下表：矩形柱：表6.1.E現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度加）雄構(gòu)類型烈度67K9框架麻554525艷.槊一抗虐012010060部分樞或抗爵眉120100穌不應(yīng)采用推果一棱心中筒如150120抵桿一抗需堵403530不廓旅擔(dān)異形柱:表3.1.2異形柱結(jié)構(gòu)適用的房屋最大高度（m）結(jié)祠體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)6度7度8度0、0我S1職0+15g0.20g框架結(jié)構(gòu)2424211812框架-郎力墻結(jié)構(gòu)4545403528在風(fēng)荷載、多遇地震作用下，異形柱結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值比起相同結(jié)構(gòu)類型的矩形柱要嚴(yán)格一些，詳見下表：異形柱:表4.4.1異形柱結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值結(jié)構(gòu)體系園］框架結(jié)構(gòu)1/600(1/700)框架「曹力墻結(jié)構(gòu)1/850(1/95。)注*表中括號內(nèi)的數(shù)字用于底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的昇形柱結(jié)柄矩形柱：衰551彈性層間位移角限值結(jié)構(gòu)類型EI鍋觴混朦上枉架!1/550鋼筋混腕上柄架?抗媵暗、極柱■抗震早，樞架??棱心簡1/800密筋混植上抗底增、商中商1/1000鋼筋混腱土框支/J/IOOO多、高層鍋結(jié)構(gòu)1/300在罕遇地震作用下，異形柱結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角限值比起相同結(jié)構(gòu)類型的矩形柱要嚴(yán)格一些，詳見下表：異形柱：

表4.4.3異形柱結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值結(jié)構(gòu)體系國］框架結(jié)構(gòu)1/60(1/70)框架-勇力墻結(jié)構(gòu)1/110(1/120)注：表中括號內(nèi)的數(shù)字用于底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu).矩形柱：St5.5.5彈塑性層間位移角限值1相1頃鋼筋混篇上框架1燦底部柑架磚陰-中的推架一抗譴嶙日00削前油^上推柴一抗盛成、板柱一抗震燃、推理一核心筒MOO例筋很凝L抗臉瑞，筒中簡]120斜部忌鋼結(jié)構(gòu)1/504.在相同結(jié)構(gòu)形式及相同抗震等級條件下，異形柱的軸壓比限值要明顯嚴(yán)于同種結(jié)構(gòu)類型的矩形柱，詳見下表：異形柱：表6?2.2異形柱的軸壓比限值結(jié)構(gòu)體系截面形式抗震等級二級三級四級框架結(jié)構(gòu)L形0.so0.600.70T形0.550.650.75十字形0.600.70。,80框架-可力墻結(jié)構(gòu)L形0.550.650.75T形0.600.700.80十字形0.650,750.85注、1軸壓比N/</cA）指考慮地震作用組合的異形柱軸向壓力設(shè)計(jì)值N與柱全鍛面面積A和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值人乘積的比值爭2剪跨比不大于2的異形柱，軸壓比限值應(yīng)按表內(nèi)相應(yīng)數(shù)值減小。?05；3框架-聊力墻結(jié)構(gòu)，在基本振型地震作用下，當(dāng)框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%時(shí)，異形柱軸壓比限值應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)采用*矩形柱:結(jié)構(gòu)體系抗宅等級一級二級三級框架結(jié)構(gòu)1一0.80.9框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)0.750.850.95部分框支萸力墻結(jié)構(gòu)0.60.7-注：1軸壓比財(cái)（野）指考慮弛震作用組合的框架柱和框支柱軸向壓力設(shè)計(jì)值N與柱全截面面積腳混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值町乘積之比值；對不進(jìn)行地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)，職無地震作用組合的軸力設(shè)計(jì)值；W當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級為C洗Y70時(shí)，軸壓比限值宜按表中數(shù)值減小0.05；混凝土強(qiáng)度等級為C75Y或時(shí)，軸壓比限值宜按表中數(shù)值減小0.10；演跨比疚2的柱，其軸壓比限值應(yīng)技表中數(shù)值減小。.05；對剪跨比以1.5的柱，軸壓比限值應(yīng)專門研究并采取特殊構(gòu)造措施；4治柱全高采用井字復(fù)合箍，且箍筋間距不大于lOOiran,肢距不大于200^直徑不小于膏皿或沿柱全高采用復(fù)合螺旋箍，且螺距不大于lOOim,肢距不大于2001m,直徑不小于云皿或沿柱全高采用連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍，且螺距不大于8。皿肢距不大于2001?,直徑不小于1。皿時(shí)，軸壓比限值均可技表中數(shù)值增加0.1S上述三神箍筋的配箍特征值知陶應(yīng)按增大的軸壓比由表11.4.17確定；5當(dāng)柱截面中部設(shè)置由附加縱向鋼筋形成的芯柱，且附加縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%時(shí)，其軸壓比限值可按表中數(shù)值增加0.05o此項(xiàng)措施與注4的措施同時(shí)采用時(shí)，軸壓比限值可按表中數(shù)值增加0.1S,但箍筋的配箍特征值知仍可技軸壓比增加10的要求確定；6柱經(jīng)采用上述加強(qiáng)措施后，其最終的軸壓比限值不應(yīng)大于1.皈5.界定“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則類型”的控制點(diǎn)更嚴(yán)，抗規(guī)規(guī)定當(dāng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.45時(shí)可界定為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，而異規(guī)界定1.2。三、異形柱與矩形柱的受力特性比較（一）異形柱的受力特性及抗震性能與矩形柱有著本質(zhì)尚的差別。由于異形柱截面不對稱，在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。由于截面的特殊性，使得墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對比相差較大，導(dǎo)致各向剛度不一致，其各向承載能力也有較大差異。（二）異形正截面的計(jì)算（雙向壓彎構(gòu)件）比矩形柱截面要復(fù)雜。因在雙向壓彎條件下，截面的中和軸一般不垂直于彎矩作用平面，也不與截面邊緣相平行，它的位置隨著截面尺寸、混凝土強(qiáng)度、配筋及荷載的大小形式等多種因素的變化而變化。對于L型及T型截面構(gòu)件，即使在同一軸力下，截面的抗彎能力也會隨著彎矩作用角的變化而大相徑庭，相比之下，矩形柱在此方面的差異要明顯小于異形柱。研究發(fā)現(xiàn)，T型柱的正截面總體承載力要高于矩形柱及L型柱。（三）異形柱的斜截面受剪破壞呈脆性，其粘結(jié)破壞特性較矩形柱更為明顯，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，仍應(yīng)遵循強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)原則，研究表明，當(dāng)異形柱兩肢肢高相近時(shí)，其受剪承載力的大小服從梅花瓣形規(guī)律，當(dāng)兩肢肢高相差較大時(shí)，則服從橢圓規(guī)律。（四）異形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范圍之外，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，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯：四、異形柱中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)A.節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，也即梁柱的交匯點(diǎn)。其作用是將所屬的本層和上層荷載有效的傳遞給下層柱，因此節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的作用力與節(jié)點(diǎn)相連接的梁端和柱端彎矩、軸力、剪力及扭矩等，受力是很復(fù)雜的。試驗(yàn)表明，在相同條件下，節(jié)點(diǎn)水平截面面積相等的匚形、丁形及+形截面柱的節(jié)點(diǎn)受剪承載力比矩形截面柱的受剪承載力分別低33%、18%和8%左右，且異形柱框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)發(fā)生斜壓破壞的上柱底部軸壓比較矩形柱低。異形柱中最薄弱的兩個(gè)環(huán)節(jié)即節(jié)點(diǎn)的受剪承載力及柱的延性，因此不論是抗震設(shè)計(jì)還是非抗震設(shè)計(jì)，我們都應(yīng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)受剪承載力驗(yàn)算。剪跨比剪跨比是決定異形柱截面特性的主要因素，當(dāng)剪跨比較大時(shí),截面正應(yīng)變分布符合平截面假定，隨著剪跨比的減小應(yīng)變分布向曲面方向發(fā)展，異形柱的受力性能越來越接近短肢剪力墻。通常將異形柱分為長柱（》2）、短柱以<2）和極短柱（入<1.5）。一般情況下，長柱長發(fā)生正截面破壞，而短柱和極短柱則多出現(xiàn)斜截面受剪破壞。異形斜截面受剪破壞時(shí)，粘結(jié)破壞較矩形柱顯著，且此種破壞呈脆性，對結(jié)構(gòu)很不利，故設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于2,不應(yīng)小于1.5。此規(guī)定相當(dāng)于異形柱的凈高與柱肢截面之比不宜小于4,抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于3。例如某建筑物標(biāo)準(zhǔn)層層高3300mm，梁高500mm，則異形柱最大為700mm。軸壓比軸壓比是異形柱延性的重要保證措施，柱應(yīng)具有足夠大的尺寸，以防止小偏壓破壞，提高柱的變形能力。在高軸壓比情況下.增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對柱的延性影響至關(guān)重要.特別是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合，剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫.產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱.這些導(dǎo)致異形柱脆性明顯.使異形柱的延性普遍低于矩形柱。因而對異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。廣東《鋼筋混凝土異形柱設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ/T15-15-95）按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ11-89）中所規(guī)定的柱子軸壓比降低0.05取用；天津《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ149-2006）則根據(jù)箍筋間距與主筋直徑之比、箍筋直徑及抗震等級共同確定，其要求比廣東《規(guī)程》嚴(yán)格（天津規(guī)程異形柱軸壓比限值見前面第三頁）。五、異形柱和短肢剪力墻對于柱、異形柱、短肢剪力墻和剪力墻等豎向構(gòu)件，從截面構(gòu)造上劃分，比較統(tǒng)一的認(rèn)識是：設(shè)肢截面高為h，寬為b，當(dāng)矩形截面1^h/b^3且h.b^300mm時(shí)為柱；當(dāng)異型截面3<h/b^5時(shí)為異形柱；當(dāng)5<h/b^8時(shí)為短肢剪力墻；當(dāng)8?<h/b時(shí)為剪力墻。它們適用范圍不同，構(gòu)造措施也不同。其主要區(qū)別是表現(xiàn)在受力變形方面：①異形柱是以承受豎向力為主的構(gòu)件，受力變形接近于矩形框架柱，為剪切變形，計(jì)算時(shí)應(yīng)按柱輸入：②普通剪力墻是以承受水平作用為主的構(gòu)件，屬彎剪變形，計(jì)算時(shí)按墻輸入；③短肢剪力墻變形接近于剪力墻。在結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算中，柱與剪力墻對于整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力性能影響，是大不相同的。選擇不同的輸入方式，無論自振周期、結(jié)構(gòu)側(cè)移，還是基底彎矩和剪力、梁柱內(nèi)力，都有很大的影響和差別。在實(shí)際工作中，所布置的往往不全是異形柱，其中經(jīng)常會混合采用一字柱或一些墻肢相對較長（肢厚比超限）的剪力墻等等。在計(jì)算模輸入時(shí)，如果把異形柱按短肢剪力墻輸入，甚至將異形柱框架結(jié)構(gòu)全部按短肢剪力墻輸入，那樣勢必造成很大的計(jì)算誤差，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全。因此，在程序整體計(jì)算模型輸入時(shí)，一定要特別留意。六、異形柱用PKPM建模鑒定過程中應(yīng)注意的問題a）在PMCAD上定義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。