浅谈异形柱设计.pdf

第11卷第71期
山装饰
Vol11, No71
2010年2月
Building Materials and Decorations
February, 2010
文章编号:1674-3024(2010)02-0043-02
谈设
张雄文
(广东省冶金建筑设计研究院,广东广州510080)
摘要:从异型柱结构的自身受力特点出发,结合丁程实践经验,提出异型柱在结构设计中应注重的相关问题。
关键词:异形柱;设计
Abstract: start from the load-carrying charar ics of the shaped colum itself, put forward the corresponding issues
to be highlighted during the structural design of the shaped columns in combination with the experiences of engineering
practices.
Key Words: shaped columns; design
1引言
框架体系承受竖向及水平荷载。
普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带
(2)异形柱框架一剪力墙结构,在异形柱框架
结构中设置一定数量的剪力墙,从而来提高结构体
来极大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面
积,对住宅结构设计提出了一项新的要求。异型佐系的抗侧刚度,所设的剪力墙主要承受水平荷载。
框架结构体系在一定程度士满足了上述要求,从结
构受力角度来说,它博采框架加剪力墙体系之长,
平立面布置近于框架结构,柱的截面形式又不拘泥
于矩形,将截面向.丁.程轴外铺开成T形、十字形
图1异形柱截面形式
L型等,用较少的混凝土材料获得了较大的刚度;
同时配合轻质填充墙的使用,结构重量比一般框架3异形柱的特点
更轻。适中的刚度和较轻的自重,对减小地震作用
(1)根据建筑上的需要,异形柱在房问的分隔
很有利,是一种经济合理的抗嚴住宅结构体系。
墙交点处灵活布置,平面刚度疏散、均匀,经常会
2异形柱结构的主要体系
有梁纵、横不贯通,结构较难简化为平面结构计
算
所谓异形柱是指柱肢的截而高度与柱肢宽度的
(2)由于异形柱的截面较薄,故受压能力较
比值在2~4之间的柱,柱子截而不是常规的矩形截差,当梁跨度较大或建筑物层高太高时,柱的轴压
面,而是在满足刚度和强度的前提下,根据房间布比较大,可能出现非传统控制内力控制配筋的情
置情况以及柱子具体位置需要,采用L、T、十形况。
等柱截面。L形柱较多采用墙的转角处,T形柱则
(3)由于截面的特殊性,使得墙肢平面内外两
用于纵横墙交接处。异形柱柱肢宽度与砌体墙厚度个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,
相同,异形柱截面的肢厚在200~300mm之间,肢其各向承载能力也有较大差异。
高不应小于500mm,使柱子不露出棱角,具有良好
(4)对于长柱(Hh>4)可以不考虑剪切变形
的建筑使用功能,从而达到更好地满足人们使用的的影响,控制轴压比较小时,受力明确,变形能力
目的。
较好。而对短柱(Hha<4),剪切变形占有相当比
异形拄结构形式为异形柱框架结构和异形柱框例,构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围,
架一剪力墙结构。
且属薄壁构件,即使发生延性的弯曲形破坏,也因
(1)异形柱框架结构,即以梁、异形柱组成的截面曲率MEI或ecuk(cu为混凝土的极限压应
万方数据
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变,X为截面受压区高度)较小,使弯曲变形性能布起决定性作用。而对称布置剪力墙可基本保证水
有限,延性较差。
平力从刚度合力点通过,减少扭转影响,否则必须
(5)异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在考虑扭转影响,这将带来剪力墙数量的增加。
平面范围之外,受力时要靠各柱肢交点处核心砼协
(4)异形柱配筋计算。由于其截面的特殊性,
调变形和内力,这种变形协调使各柱肢内存在相当在柱截面对称轴内受水平力作用时,弹性分析计算
大的翘曲应力和剪应力,而该剪应力的存在,使柱其翘曲应力很小,此时如同承受水平力的偏压构
肢易先出现裂缝,也使得各肢的核心砼处于三向剪件,仍可按平截面假定分析,按混凝土设计规范计
力状态,它使得异形柱较普通截而柱变形能力低,算,特别是在框一剪中,对6度及其以下烈度区的
脆性破坏明显。
I、Ⅱ类场地,框架柱只承担水平风载的一小部
(6)异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯翼缘分,如按一般偏压柱计算,误差较小。此时异形柱
柱肢受压的情况,其延性更差。由国内外大量的试可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体
验资料和理论分析,异形柱的破坏形态为:弯曲破分析。而在水平力较大,且水平力作用在非主轴方
坏、小偏压破坏、压剪破坏等。
向,则翘曲应力不容忽视,按平截面假定误差较
由于其受力性能的复杂,设计中必须通过可靠大,则应对异形柱框架结构进行有限元分析,决定
的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。异内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计
形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能算时,宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。
与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称,在水
(5)轴压比控制。对框架结构,框一剪结构,
平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影柱的延性对于耗散地震能量,防止框架的倒塌,起
响不容忽视。因此,对异形柱结构应按空间体系考着十分重要的作用,且轴压比又是影响砼柱延性的
虑,宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内一个关键指标。由试验结构分析,柱的侧移延性比
力与位移分析。
随着轴压比的增大而急剧下降。在高轴压比情况
4异形柱结构设计应注意的问题
下,增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小,因
而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要,特
(1)楼面体系的选择。结构中各竖向抗侧力结别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合,剪应
构,通过楼面结构连为整体。多数的计算程序均规力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝,产生
定楼板平面无限刚性,将水平力通过楼板结构进行腹剪破坏,加上异形柱多属短柱,这些导致异形柱
分配和传递,同时由于异形柱的不对称性,易造成脆性明显,使异形柱的延性普遍低于矩形柱,因而
平面扭转,因此要求楼板在自身平面内有足够大的对异形柱的轴压比要严格控制。当高层建筑的高度
刚度,宜采用现浇混凝土楼板。
进一步加大时,其水平力的影响会愈来愈显著,对
(2)混凝土材料和配合比。设计时正确选择配结构的延性要求也愈高。为在实际工作中便于使
制混凝士的原材料,对其提出具体要求,如优选水用,可按不同的截面形式(L、T、十字型)与不同
泥品种,重视骨料质量等,是获得耐久性的关键环的抗震等级炳项指标从严控制,对低烈度地区的这
节,其目的是增加混凝土的密实性,提高其抗滲类结构是能够满足其延性要求的。
性、抗裂性和抗冻性。
(6)构造设计。在正确的结构选型及计算后
(3)结构布置要求。目前,随着计算程序的不截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要
断发展,对结构的抗震计算逐步精确,但由于地震因素。由于异形柱截面的特点,柱肢端部会出现较
作用的随机性,使得弹性计算不能准确反映地震作大应力,加