異形柱(發(fā)表)

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1、淺談異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：近年來，異形柱框架或異形柱框架一剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種全新的結(jié)構(gòu)形式廣泛用于小高層住宅建筑中，相對(duì)于傳統(tǒng)的短肢剪力墻或框架結(jié)構(gòu)，能更好的滿足建筑需求且造價(jià)略有降低，因此具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文詳細(xì)闡述了異形柱框架的受力特點(diǎn)，對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理、加強(qiáng)構(gòu)造措施等方面進(jìn)行了探討。一、受力特點(diǎn)　　異形柱是指柱截面摒棄了慣用的矩形柱，而采用多個(gè)小墻肢的組合截面柱子，由剪力演變而來。柱肢截面中各肢高厚比不大于4，常用的有L形、T形和十形，亦有采用Z形。柱肢寬度一般使用與墻體相同的厚度，一般為200～250

2、mm，不大于300mm。肢長(zhǎng)較大，《規(guī)程》規(guī)定不小于500mm，一般為600～800。除此之外，不等肢異形柱肢高比一般不超過1.6，各肢截面厚度不能相差過大?！　‰m然異形柱由剪力墻演變而來，但由于柱截面本身的特殊性，異形柱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)既不同于剪力墻結(jié)構(gòu)，也與普通框架相差很大，具有自己的獨(dú)特性，在荷載作用的結(jié)構(gòu)反應(yīng)更加復(fù)雜。異形柱的破壞形態(tài)有：彎曲破壞、小偏壓破壞、剪壓破壞等，影響破壞形態(tài)的因素主要有：荷載角、軸壓比、剪跨比、配箍率等?！　?.正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力　　柱肢截面的差異，導(dǎo)致柱肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向的截面

3、特性相差較大，異形柱截面在軸壓力及彎矩剪力共同作用下，正截面承載力的計(jì)算是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因?yàn)橹孛嬷泻洼S一般不與彎矩作用平面相垂直，也不與截面邊緣平行，其位置隨截面尺寸、混凝土強(qiáng)度、配筋率及荷載角等諸多因素的變化而變化。進(jìn)而導(dǎo)致柱肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向的慣性矩差異明顯，進(jìn)而側(cè)向剛度相差較大，對(duì)不等肢的截面表現(xiàn)尤甚。因此普通柱正截面抗彎驗(yàn)算的計(jì)算公式并不適用于異形柱，《規(guī)程》將異形柱截面劃分為有限個(gè)混凝土單元和鋼筋單元，仍然采用平截面假定給出了雙向偏壓的正截面承載力驗(yàn)算公式?！　∮捎诙嘀拇嬖?，其截面的剪力中心往往在截面外，受

4、力后主要依靠柱肢交點(diǎn)處的核心混凝土協(xié)調(diào)變形和傳遞內(nèi)力，導(dǎo)致各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的剪應(yīng)力和翹曲應(yīng)力，柱肢易首先出現(xiàn)裂縫，核心混凝土處于三向受剪狀態(tài)，變形能力降低，脆性破壞特征明顯。異形柱的斜截面受剪承載力也隨荷載作用方向而變化，但對(duì)同一方向的地震作用由于翼緣的有利作用，通常比等面積矩形柱高，文獻(xiàn)[4]表明，T形截面柱的受剪承載力至少為同截面面積矩形柱的1.15倍，L形柱則基本相同?！?.節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度　　普通框架只要梁柱截面滿足規(guī)范構(gòu)造要求，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)面積大，除二級(jí)或更高抗震等級(jí)的節(jié)點(diǎn)外，一般不需要特別進(jìn)行節(jié)點(diǎn)抗剪驗(yàn)算。但異形柱框架的肢

5、厚不大，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)有效水平截面積小。另外，異形柱由于軸壓比的要求，通常肢長(zhǎng)較大，相對(duì)同截面面積的矩形柱來講，剛度大，地震作用大，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)剪力比相同布置下(柱面積相等)的矩形柱結(jié)構(gòu)大很多。因此異形柱框架節(jié)點(diǎn)一般都需要驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度。同時(shí)，異形柱肢厚度偏薄，節(jié)點(diǎn)斜壓機(jī)制引起的核心區(qū)斜壓力相對(duì)較大，鋼筋握裹性能差，施工質(zhì)量的可靠性也難以滿足?！　‘愋沃孛嫘问降牟煌?，其節(jié)點(diǎn)受剪承載力也差別較大。十形截面柱的翼緣布置在節(jié)點(diǎn)截面中間受力最大的部位，翼緣的作用得以充分發(fā)揮，節(jié)點(diǎn)受剪承載力與同截面面積的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形

6、相差最大，受剪承載力下降最大。文獻(xiàn)[5]研究表明：L形、T形、十形柱節(jié)點(diǎn)的受剪承載力比具有相同有效截面的矩形柱節(jié)點(diǎn)分別低33％、17.5％、8％左右，且用于矩形柱框架節(jié)點(diǎn)抗剪驗(yàn)算的公式已不適用于異形柱節(jié)點(diǎn)。在高烈度地區(qū)控制異形柱結(jié)構(gòu)適用高度的參數(shù)已不單單是柱軸壓比，而是節(jié)點(diǎn)區(qū)的強(qiáng)度。二、構(gòu)造措施　　異形柱的受力情況復(fù)雜，結(jié)構(gòu)延性相對(duì)較差，單純依靠目前的程序計(jì)算配筋尚難滿足結(jié)構(gòu)抗震的延性要求，因此必須加強(qiáng)構(gòu)造措施，從概念出發(fā)，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的安全度。　　1.結(jié)構(gòu)平面布置　　異形柱框架應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向剛接梁柱抗側(cè)力體系，根據(jù)結(jié)構(gòu)平面

7、布置和受力特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)成部分異形柱部分矩形柱的形式，特別注意在受力復(fù)雜部分采用矩形柱。平面布置宜使結(jié)構(gòu)平面剛度均勻?qū)ΨQ，盡量控制或減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)：豎向布置注意體型力求簡(jiǎn)單規(guī)則，避免過大的外挑內(nèi)收，避免樓層剛度沿豎向突變；柱網(wǎng)尺寸不易過大，一般不超過6m，柱矩大梁高也大，一方面建筑凈空難以滿足要求，另一方面柱承受的軸力也大，軸壓比高，于抗震不利。為保證梁板對(duì)異形柱節(jié)點(diǎn)的約束，宜采用現(xiàn)澆樓蓋?！　?.軸壓比及柱配筋　　對(duì)于柱而言，控制其延性的因素很多，不管對(duì)矩形柱還是異形柱，軸壓比無疑是最重要的控制條件之一，其側(cè)移延性比隨著軸壓比的

8、增大而急劇下降，對(duì)異形柱更應(yīng)從嚴(yán)控制。這可以通過控制柱距、采用輕質(zhì)墻體、優(yōu)化結(jié)構(gòu)平面布置改善。柱肢端承受梁傳來的集中荷載，局部壓應(yīng)力大，可設(shè)置暗柱。曹萬林等《鋼筋混凝土帶暗柱異形柱抗震性能試驗(yàn)及分析》表明：帶暗柱異形柱與普通異形柱相比，承載力及延性和耗能能力有顯著提高。　　異