异形柱结构体系设计探讨

异形柱结构体系设计探讨　邵瑞雄　广东佛山南海贝林建筑设计有限公司　【摘　要】由于异形柱与矩形柱在内力、变形及抗震性　能的显著差异，藉助《混凝土异形柱结构技术规程》最近　的正式实施，介绍了异形柱结构体系的受力计算分析方法　及构造要求与施工要点等。列出了异形柱结构新规范对异　形柱结构设计的一些要求与建议，对一些施工中存在的、　设计人员又容易忽略的施工难点作了简单阐述。　【关键词】异形柱；结构体系设计；受力分析；构造要点　刖茜　随着我国经济建设的快速发展，人们对建筑设计　的要求也越来越高。在目前的中高档次住宅楼盘中，建　设单位及住户对起居室．卧房，甚至卫生间的露梁露柱　十分敏感。在满足结构设计的要求下，如何尽量避免框　架柱在室内凸出、减少建筑空间的占用，是一个突出的　问题。异形柱结构提供了良好的解决方法，其改善了建　筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性，　得到了广大建筑及结构工程师的认同。２００６年８月ｌＯ　日，我国第一部异形柱结构行业标准（（混凝土异形柱结　构技术规程　（以下简称（（异规》）正式实施，为结构设　计人员提供了设计计算依据，下面就此结构形式的结　构分析．构造要求进行探讨阐述。　异形柱结构体系的受力分析　由于形状的不规则性，异形柱的受力性能弱于一般　框架柱。因此　异规　在基本规定中指出，异形柱不应　用于多塔、错层及连体等复杂结构形式，楼梯问、电梯　井应合理布置剪力墙或一般框架柱。与此同时，异形柱　的肢长也受（（混凝土结构设计规范》的约束。其中第ｌＯ．　５．１条指出，当构件截面的长边大于其短边４倍时，宜　按墙的要求进行设计。这就需要结构工程师与建筑师密　切协调配合，兼顾建筑功能与结构功能的合理性，合理　的结构布置无论在非抗震设计还是抗震设计中都具有非　常重要的意义。　１．１水平荷载效应分析计算　异形柱结构与一般框架矩形柱相比，具有不同的　面特性及受力特点。试验及理论分析表明：异形柱的双　向偏压正截面承载力随荷载作用方向不同而有较大差　异。在Ｌ形、Ｔ形和十字形三种异形柱中，以Ｌ形柱的　差异最为显著。当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与　不等肢异形柱时，则差异情况更为错综复杂。笔者在佛　山三水森林公园的住宅某小区工程设计中，发现按４５。　方向水平地震作用计算所得的结构底部剪力，与０。及　９Ｏ。正交方向水平地震作用下的结构底部剪力相比，可　能减小，也可能增大。　要精确地确定异形柱结构中各异形柱构件对应的　水平地震作用的最不利方向，在具体设计中一般可以采　取工程实用方法。着重注意结构底部、角部、负荷较大　及结构平面变化部位的异形柱在水平地震作用不同方向　情况下的内力变化，从中选取最不利情况作为异形柱截　面设计的依据，以增加异形柱结构抗震设计的安全性。　对复杂不规则异形柱结构，可适当补充其他角度方向的　水平地震作用计算，并通过分析比较从中选出最不利数　据作为设计的依据。国内外历次大地震的震害，地震试　验和理论研究均表明，平面不规则，质量与刚度偏心和　抗扭刚度太弱的结构，扭转效应可能导致严重的震害，　对异形柱结构更要在抗震设计中加以重视。　在进行结构内力与位移计算时，可采取楼板在其　自身平面内为无限刚性的假定，以使结构分析的自由度　大大减少，从而减少由于庞大自由系统而带来的计算误　差。实践证明，这种刚性楼板假定对绝大多数多、高层　结构分析具有足够的工程精度，但这时应在设计中采取　必要措施以保证楼盖的整体刚度。现时的建筑设计有相　当部分是非规则布局，存在着楼板大洞口、局部削弱或　２００７年第１期・３７・　维普资讯 http://www.cqvip.com

不连续的情况（图１）。　图１某小区平面图　这时就要对采用楼板面内无限刚性假定计　算方法的计算结果进行造当调整，并采取楼板　局部加厚、设置边梁、加大楼板配筋等措施。如　图ｌ中Ａ板若采用刚性楼板假定，是与实际工程　条件有较大差异的，此时就需要将其设置为弹　性板计算。　１．２异形柱斜截面受剪承载力计算　Ｌ形柱和验算方向与腹板方向一致的Ｔ形　柱的试验表明，外伸翼缘可以提高柱的斜截面　受剪承载力。但规程基于提高框架柱受剪承载　力的原则，并为简化计算，不考虑与验算方向正　交柱肢的作用。对于异形柱框架梁柱节点核心　区的受剪承载力，试验研究表明，是低于截面面　积相同的矩形框架梁柱节点的受剪承载力的。　相同条件下，节点水平截面面积相等时，等肢Ｌ　形、Ｔ形和十字形截面柱的节点受剪承载力分别　比矩形柱节点降低３３％、ｌ８％和８％左右，这主　要是由于节点核心区外伸翼缘的面积在节点破　坏时未充分发挥作用所致。因此梁柱节点是异　形柱框架的薄弱环节。为确保安全，（《异规》要　求对二、三、四级抗震等级的梁柱节点核心区及　非抗震设计的梁柱节点核心区均应进行受剪承　载力计算。　ｆ　异形柱结构的构造要求及施工注　意要点　由于异形柱柱肢宽度与梁相当，所以存在　ｌ０７年第ｌ期　着梁筋与柱筋交接处较密集的问题。《异规》根　据国家标准（《混凝土结构设计规范》第ｌ１．６。７条　规定并考虑异形柱的特点，顶层端节点柱外纵向　钢筋沿节点外边和梁上边与梁上部纵向钢筋的搭　接长度增大到１．６Ｊ　（１．６Ｊ　），但伸入梁内的柱　外侧纵向钢筋截面面积调整为不宜少于柱外侧　全部纵向钢筋面面积的５０％。　当梁的纵向钢筋在本柱肢纵筋的内侧弯折　伸入节点核心区内时，若该纵向钢筋受拉，则在　柱边折角处会产生垂直于该纵向钢筋方向的撕拉　力。折角越大，撕拉力越大。因此对折角起点位　置和弯折坡度要受到规范的限制，并采用增添附　加封闭箍筋来承受该撕拉力。当上部、下部梁角　的纵向钢筋在本柱肢纵筋的外侧锚入柱肢截面厚　度范围外的核心区时，为保证节点核心区的完整　性，除要求控制从柱肢纵筋的外侧锚入的梁上部　和下部纵向受力钢筋截面面积外，尚要求在节点　处ｌ倍梁高范围内的梁侧面设置纵向构造钢筋并　伸至柱外侧。同时，为保证梁纵向钢筋在节点核　心区的锚固，要求梁的箍筋设置到与另一向框架　梁相交处。在施工现场能看到，因梁柱节点钢筋　过密，往往导致节点位置混凝土难以捣实，保持　梁、柱的每层钢筋不多于２根是较好的一种解决　方法，这在三水森林公园某小区的工程实施中取　得了良好的社会经济效益。　３结语　异形柱结构的应用已越来越普遍，由于柱　的截面形式复杂以及目前缺乏充分的研究依据，　在设计中应通过安全、技术、经济和使用条件的　综合分析比较，选用合理的结构体系，以取得良　好的社会效益和经济效益。　作者简介：　邵瑞雄（１９８０－）。男，广东南海　人，助理工程师。现工作于广东佛　山南海贝林建筑设计有限公司，　主要从事建筑设计工作。　■