異形柱框架結構設計探討

徐霓虹

[摘要]異形柱結構是鋼筋混凝土框架結構或框架—剪力墻結構的一種特殊的案例。雖然對于異形柱結構的設計可以參照一般的框架或框架—剪力墻結構來進行,但是由于異形柱結構本身具有著自身的特點,所以在異形柱的結構設計中也存在著特殊之處。本文主要結合某住宅建筑采用的異形柱結構設計案例,主要探討了異形柱框架結構設計的主要內容等。

[關鍵詞]異形柱 框架結構 設計

1 工程概況

我市某住宅公寓一期項目的18棟多層住宅,總建筑面積達到10萬m²,多數住宅單元為雙樓梯單元形式,戶型面積從90-130m²分布,采用標準層高2.8m,本項目的住宅抗震烈度設計為7級,抗震等級框架為三級,剪力墻為二級,場地類別為Ⅱ類。基本風壓為0.60KN/m²。本項目在結合了相關的設計依據和標準之后擬采用主體結構為鋼筋混凝土異形柱框架-剪力墻結構形式,基礎采用鋼筋混凝土柱下獨立基礎設計。

2 異形柱框架結構設計特點

(1)由于柱截面為異形,在雙向壓彎作用下,隨著荷載角的變化,其受壓區的形狀也隨之變化。在某些荷載角情況下,會使柱截面的受壓區高度較大而表現出很大的脆性。

(2)異形柱的柱肢截面較薄,框架梁應沿平行于柱肢的方向插入柱肢。若沿垂直方向插入柱肢,則梁縱向鋼筋的水平錨固長度難以滿足規范要求;

(3)由于柱截面較薄,所以不應配置過多的縱向鋼筋。當柱肢厚度為200mm時,每排應配置2根縱向鋼筋;當柱肢厚度為250mm時,每排應配2-3根縱向鋼筋。

(4)框架梁的截面寬度可與柱肢厚度相同或大于杜肢厚度。若二者相同,梁的縱筋應在柱筋的內側穿過,并采取一定的構造措施;若梁寬大于柱肢厚度,梁的外側縱筋可在柱筋的外側穿過;

(5)為避免出現冷橋,對沿外墻的異形杜和框架梁應采取保溫措施。

3 結構布置設計

結構布置遵循框架-剪力墻結構結構布置的一般原則。柱網布置盡量簡單規則,剛度分布勻稱,框架雙向設置,使結構在縱橫兩個方向均有較強的抗側力能力。

在房屋的角部布置L形角柱,沿外墻設置T形邊柱,在房屋的中間根據內隔墻的具體位置設置L形或十字形的中柱。由于層高為2.8m,除去0.9m高的窗臺、1.5m高的窗和30厚的樓面面層,沿外墻的框架梁最大可以做到370mm高,因此在開間較大的跨度中問設置扁長的柱子,以減小框架梁的跨度。

異形柱肢厚的確定主要考慮以下兩個因素:首先,考慮在北方地區建筑外墻有保溫和隔熱的要求,在鋼筋混凝上柱的內側或外側需貼一定厚度的保溫材料。本工程外墻的厚度為300mm,在柱的外側貼100厚的加氣混凝土砌塊保溫,使之正好與外墻的厚度相同,以保持墻面的平整。其次,雖然對于多層結構異形柱的最小肢厚可以做到150mm,但考慮到構造和施工的因素,肢厚太薄易造成配筋困難,并使混凝土難以澆筑,不易保證混凝土的成型質量,故肢厚不宜太薄。所以設計中采用異形柱的肢厚確定為200mm,200mm對于多層結構的異形柱來說,是一個比較理想的肢厚。

梁的寬度與異形柱的肢厚相同,采用200mm。沿外墻的框架梁可向外設置l00mm寬的挑檐,以承托300mm厚的外墻。除沿外墻的框架梁的梁高考慮到建筑要求定為370mm外,其它的框架梁高均按梁的跨度取用適當的值,最大梁高為550mm,其跨度為6.9m。

4 結構計算

異形柱框架結構的內力和位移應該按照彈性方法進行計算,并考慮抗側力結構的共同作用。一般采用比較多的方法是先將異形柱截面換算成等慣性矩的矩形截面住,然后再次利用常用的空間分析程序進行結構和位移的計算等內容。

異形柱的截面尺寸主要考慮的是軸壓比,還需要同時綜合考慮其他方面的因素來確定。設計計算內容主要包括:異形柱結構截面承載力計算、異形柱結構的延性和剛度計算以及異形柱結構抗震性能的研究等主要內容,本文將不再重點探討此部分內容。

5 主要構造措施

5.1異形框架柱

異形柱的截面肢厚取用200mm,既能保證鋼筋與混凝土間的粘結強度,又能充分保證施工質最,而且又能和外墻的保溫構造措施相匹配,因此對于多層建筑來說,200mm的肢厚是比較合適的。

框架柱非加密區箍筋的數量應滿足受剪承載力計算值的需要,且箍筋數量不宜小于加密區的50%;箍筋間距應符合下列要求:對二級抗震等級不應大于10d;對于三級抗震等級不應大于15d(d為縱向鋼筋直徑)。框架柱凈高與柱截面長邊尺寸之比不大于4時,應沿柱全高加密箍筋,箍筋間距不應大于100mm,且箍筋的體積配箍率不宜小于1.0%。

為避免形成短柱,柱的凈高與肢長之比不宜小于4,以保證異形柱的延性。為保證柱截面的穩定性,柱的肢長與肢厚之比不應大于4。對于多層建筑來說,由于柱的軸力較小,以上要求是比較容易滿足的。

5.2梁柱節點

異形柱結構的梁柱節點構造基本與普通柱框架結構相同。但由于柱的肢厚和梁的寬度均較小,因此鋼筋的構造還是有一些特殊之處。

在同一截面內,縱向受力鋼筋宜采用相同直徑,其直徑不應大于25mm,且不應小于14mm。

內折角處應設置縱向受力鋼筋。當柱中縱向鋼筋間距超過250mm時,其間應設構造鋼筋,直徑可用12mm,并設拉筋,拉筋間距為箍筋間距的2倍。

異形柱肢厚小于200mm時,縱向受力鋼筋每排不應多于2根;肢厚200mm-250mm時,每排鋼筋不應多于3根,必要時可分兩排設置。

本工程柱的肢厚和梁的寬度均為200mm,為避免梁柱的縱向鋼筋相碰,采取如下的構造方法:梁的縱向鋼筋在柱的縱筋的內側繞過,為了避免梁縱筋受拉時產生很大的向外的張力,應使其彎折的角度盡量地小,一般不大于1/25,并在柱截面外側梁中設2Φ8附加箍筋,用以抵消縱筋的張力。

從設計方案中也可看出,梁、柱的縱筋每排不宜多于2根,否則將使節點區鋼筋過密,難以保證混凝土的澆筑質量。

參考文獻:[1]中華人民共和國國家標準.混凝土結構設計規范GB50010-2002.北京:中國建筑工業出版,2002.[2]楊春凌.異形柱框架體系的設計探討.山西建筑,2008.34(4).[3]DG/TJ08-009A-2001.鋼筋混凝土異形柱結構設計規程(試行).[4]趙西安.現在高層建筑結構設計.北京:科學出版社,2000.