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1異形柱框架結(jié)構(gòu)與矩形柱框架結(jié)構(gòu)的差異

與普通矩形柱對(duì)比，異形柱框架結(jié)構(gòu)的柱截面里，形心和剪心間位置有偏差，在外荷載的情況下，各肢的截面會(huì)存在較大的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，由于剪應(yīng)力會(huì)使得各肢混凝土發(fā)生開(kāi)裂，出現(xiàn)腹剪斜裂縫．從而降低柱延性。因此異形柱框架結(jié)構(gòu)的抗震性能比普通框架結(jié)構(gòu)差，異形柱框架結(jié)構(gòu)的各抗震措施及構(gòu)造措施應(yīng)該比矩形柱框架結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格。根據(jù)《規(guī)程》1.0.2，異形柱框架結(jié)構(gòu)主要適用于非抗震設(shè)計(jì)和抗震等級(jí)為6度～8度(0.20g)抗震設(shè)計(jì)的一般居住建筑，可見(jiàn)異形柱框架結(jié)構(gòu)不適用于高烈度區(qū)建筑或公共建筑，其適用范圍不如矩形柱框架結(jié)構(gòu)廣。根據(jù)《規(guī)程》表3.1.2，無(wú)剪力墻的異形柱框架結(jié)構(gòu)禁止應(yīng)用在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)所適用的最大高度為普通框架結(jié)構(gòu)的約0.3～0.42倍左右，要求相當(dāng)嚴(yán)。根據(jù)《規(guī)程》3.2.5條，異形柱結(jié)構(gòu)樓層承載力突變時(shí)，薄弱層的地震剪力增大系數(shù)為1.2，大于普通框架結(jié)構(gòu)的增大系數(shù)。此外，異形柱框架結(jié)構(gòu)的不規(guī)則扭轉(zhuǎn)位移比限值和樓層位移角限值都比普通框架結(jié)構(gòu)要嚴(yán)。根據(jù)《規(guī)程》表6.2.2，異形柱的軸壓比限值按截面形式和抗震等級(jí)不同，但均小于相同抗震等級(jí)的矩形柱限值，要求更嚴(yán)。表中無(wú)Z形、一字形柱的軸壓比限值，筆者建議:Z形柱的軸壓比限值按L形柱，一字形柱的軸壓比限值按相同抗震等級(jí)的L形柱的限值減0.05。一字形柱因弱軸方向抗彎能力較弱，因盡量避免布置，當(dāng)實(shí)際工程中必需采用時(shí)，應(yīng)采用更嚴(yán)的軸壓比限值。根據(jù)《規(guī)程》4.2.4條，7度(0.15g)和8度(0.20g)的時(shí)候，應(yīng)該補(bǔ)充驗(yàn)算與主軸成45°的方向抗震情況，如果建筑有較多的異形柱(不等肢)結(jié)構(gòu)，則應(yīng)該適當(dāng)補(bǔ)充計(jì)算不同角度的地震作用，同時(shí)，還應(yīng)該注意異形柱框架結(jié)構(gòu)的底部、荷載較大處、結(jié)構(gòu)變化部和角部的地震作用以及不同方向的內(nèi)力變化，然后在里面選擇出不利數(shù)據(jù)以作為異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)。

2設(shè)計(jì)方案

異形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方法及構(gòu)造措施上與矩形柱框架有一定不同，筆者結(jié)合以往實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。由于異形柱本身柱肢比較長(zhǎng)，梁和柱在節(jié)點(diǎn)上的重合部分大，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該簡(jiǎn)化力學(xué)模型，將梁和柱的重合部分設(shè)置成剛域，在進(jìn)行自重的計(jì)算時(shí)應(yīng)該將重合部分混凝土的重量除去，梁截面設(shè)計(jì)時(shí)按扣除剛域的梁長(zhǎng)計(jì)算。因?qū)嶋H工程中異形柱的柱肢厚度一般為200mm，當(dāng)框架梁與異形柱柱肢垂直相交時(shí)，很難保證梁柱節(jié)點(diǎn)固接。在實(shí)際工程中，應(yīng)盡量避免框架梁與異形柱柱肢的面外弱連接，如必須使用時(shí)，計(jì)算模型中應(yīng)梁端人為設(shè)置成鉸接，梁底的局部柱肢應(yīng)加強(qiáng)配筋，形成暗柱。梁鋼筋彎折前水平段錨固長(zhǎng)度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.4laE，當(dāng)框架梁與異形柱柱肢垂直相交時(shí)，框架梁的縱向鋼筋一般只能采用12mm的規(guī)格。異形柱鋼筋同一截面內(nèi)宜采用相同直徑，直徑不應(yīng)小于14mm，且不大于25mm。抗震設(shè)計(jì)時(shí)柱截面的最大配筋率不應(yīng)大于3%，其縱筋最小配筋率及箍筋最小配箍特征值、箍筋最大間距的構(gòu)造要求均比矩形框架柱的要求更嚴(yán)。此外，為保證異形柱框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)延性，《規(guī)程》表6.3.5嚴(yán)格規(guī)定了框架梁的最大配筋率，較矩形柱框架結(jié)構(gòu)嚴(yán)格許多。此外，2010版的抗規(guī)和砼規(guī)在總結(jié)2008年汶川地震震害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件措施做相應(yīng)加強(qiáng)。《規(guī)程》于2006年編制，參照了2002版砼規(guī)，其中的柱彎矩調(diào)整系數(shù)、核心區(qū)剪力增大系數(shù)均小于2010版的抗規(guī)和砼規(guī)，計(jì)算時(shí)應(yīng)按2010版的抗規(guī)和砼規(guī)取值。

3注意問(wèn)題

在進(jìn)行異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意以下問(wèn)題:(1)在矩形柱多層框架中，其側(cè)移通常不會(huì)起到控制作用，但是在異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般側(cè)向剛度比較小且樓層層間位移角限值為1/600，結(jié)構(gòu)側(cè)移常常會(huì)超出此限值。(2)由于異形柱的荷載方向通常存在任意性，因此在柱的各折角處，應(yīng)該設(shè)置有同樣直徑、作為限制箍筋的受力筋。(3)在進(jìn)行異形柱框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡可能地避免扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)件最大位移、層間位移和樓層兩端的彈性位移、層間位移平均值的比應(yīng)該小于1.45，矩形框架結(jié)構(gòu)的比值應(yīng)該是1.5。(4)無(wú)論是進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)還是非抗震的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員皆應(yīng)該計(jì)算異形柱框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的受剪承載力，而對(duì)于矩形的框架結(jié)構(gòu)，只有要求其抗震等級(jí)是一、二、三級(jí)時(shí)才需要計(jì)算梁柱節(jié)點(diǎn)的受剪承載力。(5)由于異形柱框架結(jié)構(gòu)比普通框架結(jié)構(gòu)的延性差，而高長(zhǎng)比和軸壓比為影響異形柱延性、破壞形態(tài)的因素，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行異形柱框架結(jié)構(gòu)異形柱延性保護(hù)措施設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的軸壓比，保證柱肢的高厚比小于4，這樣才能避免小偏壓破壞的出現(xiàn)，保證其延性，滿足工程的抗震要求。當(dāng)小部分柱肢因工程需要高厚比略大于4時(shí)，為了提高柱剪的防切脆性破壞能力，提高異形柱變形能力，應(yīng)該使用箍筋沿著柱全高加密。

4結(jié)束語(yǔ)

雖然異形柱框架結(jié)構(gòu)與普通的框架結(jié)構(gòu)相比，其抗震性較差，安全性不如普通框架結(jié)構(gòu)好，但是其能滿足業(yè)主的設(shè)計(jì)需求，因此十分受歡迎，在現(xiàn)代建筑中具有較為廣闊的發(fā)展前景。因此異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該積極順應(yīng)市場(chǎng)需求，基于異形柱框架結(jié)構(gòu)自身受力特點(diǎn)和破壞機(jī)理，合理的利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)構(gòu)建出異形柱框架結(jié)構(gòu)模型，從而進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，客觀分析計(jì)算結(jié)構(gòu)，重視設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，在必要時(shí)采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，保證異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全、實(shí)用和美觀，以保證異形柱框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，推動(dòng)其應(yīng)用發(fā)展。

作者：隆嘉祥 單位：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院( 集團(tuán)) 有限公司