异形柱结构与矩形柱结构抗震设计若干比较

1、异形柱结构与矩形异形柱结构与矩形 柱结构抗震设计柱结构抗震设计 若干比较若干比较 *建筑科学研究院建筑科学研究院 建筑之家 整理 2010年7月 主主要要内内容容 1. 适适用用范范围围和和抗抗震震等等级级 2. 规规则则性性和和基基本本要要求求 3. 结结构构抗抗震震计计算算分分析析 4. 地地震震作作用用效效应应调调整整 5. 抗抗震震构构造造要要求求 6. 结结语语 2 第一部分第一部分 适用范围和抗震等级适用范围和抗震等级 3 用途、设防类别和使用年限用途、设防类别和使用年限 项目项目 异形柱结构异形柱结构 矩形柱结构矩形柱结构 用途用途 居住居住建筑建筑 (含含商住商住) 工业与民用

2、工业与民用 安全等级安全等级 二二级级 一一三级三级 设防类别设防类别 丙丙 甲甲丁丁 使用年限使用年限 50 年年 25、50、100 年年 4 设防 烈度 结构类型 异形柱结构异形柱结构矩形柱结构 框架框架 框剪框剪 6 24 45 60 130 7 (0.15) 21 40 (18 35) 55 120 8 (0.30) 12 28 (不适用不适用) 45 100 9 不适用不适用25 50 框架框架 框剪框剪 异形柱底部异形柱底部12层抽柱，框架结构层抽柱，框架结构6层，框剪层，框剪10层层 最大适用高度最大适用高度(m) 5 抗震等级抗震等级 框剪框剪 烈度烈度 结构结构 框架框架

3、(21m) 框架框架(30m) 剪力墙剪力墙 异形异形 四四(三三) 四四(三三) 三三 6 矩形矩形 四四 四四 三三 异形异形 三三 三三(二二) 二二 7 矩形矩形 三三 三三 二二 异形异形 三三* 三三*(二二) 二二* 7.5 (.15) 矩形矩形 三三 三三 二二 异形异形 二二 二二 一一 8 8 矩形矩形 二二 二二 一一 *异形柱异形柱 0.15g、类场地、类场地时，框架构造二级，时，框架构造二级， 高度高度30m, 墙构造一级墙构造一级 6 第第二二部分部分 规则性和抗震规则性和抗震设计设计基本基本 要求要求 7 关关于于结结构构选选型型和和布布置置 项项目目 异异形形柱

4、柱结结构构 矩矩形形柱柱结结构构 复复杂杂 体体系系 不不应应采采用用多多塔塔、连连 体体和和错错层层等等复复杂杂体体 系系 9 度度时时不不应应采采用用复复 杂杂高高层层结结构构 单单跨跨 不不应应采采用用单单跨跨框框架架 高高于于 28m 时时不不宜宜 采采用用单单跨跨框框架架 梁梁柱柱 墙墙轴轴 线线 柱柱肢肢中中线线与与梁梁、墙墙 中中线线宜宜对对齐齐 梁梁柱柱、 墙墙柱柱中中线线的的 偏偏心心距距不不宜宜大大于于 1/4 柱柱宽宽 楼楼、电电 梯梯间间 应应根根据据需需要要合合理理布布 置置剪剪力力墙墙或或矩矩形形柱柱 无无专专门门规规定定 8 关于结构选型和布置关于结构选型和布置

5、异形柱异形柱结构结构 矩形柱结构矩形柱结构 项目项目 6 7 7.5 8 6 7 8 框架框架 4 3.5 3 2.5 4 4 3 高高 宽宽 比比 框剪框剪 5 4.5 4 3.5 5 5 4 现浇现浇 4b 50m 3.5b 45m 3b 40m 2.5b 35m 4b 50m 4b 50m 3b 40m 墙墙 体体 间间 距距 装配装配 2.7b 40m 2.5b 35m 2.2b 30m 2b 25m 3b 40m 3b 40m 2.5 30m 9 不规则的类型不规则的类型 (不仅是下列内容不仅是下列内容) 1 平面不规则：平面不规则：沿两个主轴方向布置不匀称沿两个主轴方向布置不匀称

6、如如扭转不规则；凹凸不规则或平面图形重叠；扭转不规则；凹凸不规则或平面图形重叠； 开洞过大、错层不规则；开洞过大、错层不规则；抗侧力构件斜交等抗侧力构件斜交等 2 竖向不规则：竖向不规则：沿竖向布置有突变沿竖向布置有突变 如如侧向刚度突变，几何尺寸突变；侧向刚度突变，几何尺寸突变； 竖向构件不连续；相邻楼层承载力突变；竖向构件不连续；相邻楼层承载力突变； 相邻楼层质量突变等相邻楼层质量突变等 10 规规则则性性要要求求 项项目目 异异形形柱柱结结构构 矩矩形形柱柱结结构构 建建筑筑方方 案案 不不应应采采用用特特别别不不规规则则 的的建建筑筑设设计计方方案案 不不应应采采用用严严重重不不规规则

7、则 的的建建筑筑设设计计方方案案 沿沿平平面面 布布置置 不不规规则则定定义义同同矩矩形形柱柱； 纵纵横横轴轴线线宜宜对对齐齐拉拉通通 给给出出扭扭转转、凹凹凸凸和和楼楼 板板开开洞洞不不规规则则的的定定义义 沿沿竖竖向向 布布置置 不不规规则则定定义义同同矩矩形形柱柱； 宜宜避避免免过过大大外外挑挑和和内内 收收， 避避免免侧侧向向刚刚度度和和承承 载载力力突突变变， 剪剪力力墙墙应应上上 下下对对齐齐、连连续续贯贯通通 给给出出侧侧向向刚刚度度、承承载载 力力突突变变及及竖竖向向构构件件间间 断断的的定定义义 11 不规则结构设计要求不规则结构设计要求 项目项目 矩形柱结构矩形柱结构 异形

8、柱异形柱结构结构 平面不规则平面不规则 竖向规则竖向规则 考虑扭转、 楼盖变形的空间考虑扭转、 楼盖变形的空间 结构分析，结构分析， umax1.5u0 umax0.5 不落地构件地震内力不落地构件地震内力1.251.5倍倍 薄弱层进行弹塑性分析薄弱层进行弹塑性分析 相邻层相邻层 y 比比0.65 1.2fek 抽柱层刚度抽柱层刚度 宜接近宜接近 其余相同其余相同 平 面 竖 向平 面 竖 向 均不规则均不规则 同时满足上述要求同时满足上述要求 竖向不规则危害性更大竖向不规则危害性更大 受力复杂部受力复杂部 位用矩形柱位用矩形柱 12 关于结构材料关于结构材料 项目项目 异形柱异形柱结构结构

9、矩形柱结构矩形柱结构 混凝混凝 土强土强 度度 转换层不低于转换层不低于 c30；其余不应；其余不应 低于低于 c25， 且不， 且不 应高于应高于 c50 框支梁柱、 一级梁柱和节点框支梁柱、 一级梁柱和节点 不低于不低于 c30；其余不低于；其余不低于 c20；梁不宜高于；梁不宜高于 c40，柱，柱 8 度不宜高于度不宜高于 c70 钢筋钢筋 性能性能 纵筋、 箍筋同矩纵筋、 箍筋同矩 形柱；形柱； 钢筋实测钢筋实测性能性能 没有特别规定，没有特别规定， 按矩形柱执行按矩形柱执行 纵筋纵筋 hrb335 和和 hrb400 级热轧钢筋；级热轧钢筋； 箍筋箍筋 hrb335、hpb235 和

10、和 hrb400 级热轧钢筋；级热轧钢筋； 钢筋实测强屈比钢筋实测强屈比1.25，钢，钢 筋屈服强度实测与标准值筋屈服强度实测与标准值 比比1.3 13 第三部分第三部分 抗震设计计算抗震设计计算 14 地震作用方向和计算方法地震作用方向和计算方法 项目项目 异形柱异形柱 矩形柱矩形柱 方方 向向 规则结构规则结构 两主轴分别计算两主轴分别计算 7.5 和和 8 度度 45 两主轴分别计算两主轴分别计算 对称结构对称结构 单向扭转单向扭转 允许用调整系数允许用调整系数 扭扭 转转 不对称结构不对称结构 应进行双向水平应进行双向水平 地震扭转计算地震扭转计算 应进行双向水平应进行双向水平 地震扭

11、转计算地震扭转计算 剪切型结构剪切型结构 宜用振型分解法宜用振型分解法 可用底部剪力法可用底部剪力法 方方 法法 其它其它 应采用耦联应采用耦联振型振型 采用振型分解法采用振型分解法 最小剪力最小剪力 无具体规定无具体规定 按周期、 烈度控制按周期、 烈度控制 相互作用相互作用 无具体规定无具体规定 、 类场地可考虑、 类场地可考虑 15 结构结构抗震验算抗震验算 项目项目 异形柱异形柱结构结构 矩形柱矩形柱结构结构 验算范围验算范围 68 度均应验算；度均应验算； 节点核心区均应验节点核心区均应验 算算 6 度时可不验算；度时可不验算； 三、 四级框架节点核三、 四级框架节点核 心区不验算心

12、区不验算 承载力验算承载力验算 sr/re re r计算公式不同计算公式不同 sr/re re 框架框架 1/600 (抽柱抽柱1/700) 1/550 弹性变形弹性变形 框剪框剪 1/850 (抽柱抽柱1/950) 1/800 框架框架 (抽柱抽柱1/70) 1/50 弹塑性变弹塑性变 形形 框剪框剪 1/110 (抽柱抽柱1/120) 1/100 异形柱弹塑性变形验算范围为异形柱弹塑性变形验算范围为 7 度设防的下列两类结构：度设防的下列两类结构： 1)抽柱转换，抽柱转换，2)竖向不规则竖向不规则的高层建筑的高层建筑 16 框架柱、节点框架柱、节点承载力计算公式承载力计算公式(1) 矩形柱

13、偏压矩形柱偏压 ) 2 ( 1 )( 1 0 re re sycc syycc af x hxbfne afafxbfn s 异形柱异形柱(x 向向)偏压偏压 )()( 1 )( 1 00 xxaxxane aan sjsjsjcicici re ix sjsjcici re 柱受剪公式相同：柱受剪公式相同： )056. 0 1 05. 1 ( 85. 0 1 235. 0 00 0 s a hfnhbfv hbfv sv cyvcctj cccj 17 框架柱、节点框架柱、节点承载力计算公式承载力计算公式(2) 矩形柱矩形柱节点节点 )05. 01 . 1 ( 85. 0 1 353. 0

14、0 s ah af b b nhbfv hbfv sb svjyv c j jjjtjj jjcjj j取取 1.01.5 异形柱节点异形柱节点 ) 3 . 0 1 (1 . 1 ( 85. 0 1 224. 0 0 s ah af af n hbfv hbfv sb svjyv c jjthfnj jjchfnj n、 、h1.0，f取取 1.01.55 18 第第四四部分部分 地震组合内力调整地震组合内力调整 19 框架柱框架柱地震组合内力调整地震组合内力调整系数系数 项目项目 结构类型结构类型 四级四级 三级三级 二级二级 一级一级 异形柱异形柱 1.0 1.1(1.2) 1.3(1.4

15、) 无一级无一级 柱端柱端 (根根)m 矩形柱矩形柱 1.0 1.1(1.15) 1.2(1.25) 1.4(1.5) 柱端柱端 剪力剪力 异形、 矩形异形、 矩形 柱相同柱相同 1.0 1.1 1.2 角柱角柱 m、v 异形、 矩形异形、 矩形 柱相同柱相同 1.0 在上述增大基础上再乘以在上述增大基础上再乘以 1.1 异形柱异形柱 1.0 1.1 1.2 无一级无一级 核心核心 区区 v 矩形柱矩形柱 不需验算不需验算 1.2 1.35 20 梁、墙肢梁、墙肢地震组合内力调整系数地震组合内力调整系数 项目项目 结构类型结构类型 四级四级 三级三级 二级二级 一级一级 梁端剪梁端剪 力力 异

16、形、异形、矩矩 形柱相同形柱相同 1.0 1.1 1.2 矩形柱取矩形柱取 1.3 墙底部墙底部 剪力剪力 异形、矩异形、矩 形柱相同形柱相同 1.0 1.2 1.4 1.6 墙肢弯墙肢弯 距距 异形、矩异形、矩 形柱相同形柱相同 1.0 一级底部加强部位及以上一一级底部加强部位及以上一 层按墙根采用，其它部位取层按墙根采用，其它部位取 1.2 21 第第五五部分部分 抗震构造要求抗震构造要求 22 梁柱截面、尺寸梁柱截面、尺寸 项目项目 异形柱异形柱结构结构 矩形柱结构矩形柱结构 bb 同矩形柱同矩形柱 不宜小于不宜小于 200mm bb/hb 同矩形柱同矩形柱 不宜小于不宜小于 1/4 h

17、b l/10l/15，且不小于且不小于 400mm l/10l/18 ln/hb 同矩形柱同矩形柱 不宜小于不宜小于 4 bc 200mm 300mm hc/bc 4, 肢高肢高500mm 不宜大于不宜大于 3 柱剪跨比柱剪跨比 宜大于宜大于 2，不应小于不应小于 1.5 宜大于宜大于 2 轴压比轴压比 十十形形,四四 0.8,三三 0.7,二二 0.6; t 形减形减 0.1,l 形减形减 0.2; 框剪加框剪加 0.05 框支框支,二二 0.7,一一 0.6 四级无要求四级无要求 框剪加框剪加 0.05 当建筑方案导致异形柱某一个方向的肢高小于当建筑方案导致异形柱某一个方向的肢高小于 50

18、0mm 或缩小成一字形时，或缩小成一字形时，建议建议增增 加肢厚后加肢厚后按矩形柱按矩形柱设计或将另一个方向的肢高加大后设计或将另一个方向的肢高加大后按短肢墙按短肢墙进行设计。进行设计。 23 柱配筋要求柱配筋要求 项目项目 异形柱异形柱 矩形柱矩形柱 保护层厚度保护层厚度 类环境类环境 c40 以上以上,25mm 30mm 纵筋最小、最纵筋最小、最 大总配筋率大总配筋率 中柱、边柱中柱、边柱0.8%; 角柱取值同矩形柱角柱取值同矩形柱；最大；最大3% 四四 0.6,三三 0.7,二二 0.8 角柱加角柱加 0.2；最大；最大 5% 纵筋最大间距纵筋最大间距 二、 三级二、 三级 200mm，

19、 四级四级 250mm； 内折角应设置内折角应设置 不宜大于不宜大于 200mm 箍筋最大间距箍筋最大间距 二二,同矩形柱同矩形柱; 三三 7d 和和 120mm， 四四 7d 和和 150mm；柱根；柱根 100 二二 6d 和和 100mm， 三、三、 四四 8d 和和 150mm 根根 100 箍筋最大肢距箍筋最大肢距 严禁有内折角的箍筋严禁有内折角的箍筋 二、三级不宜二、三级不宜大于大于 200mm， 四级不宜大于四级不宜大于 250mm 二、三级不宜大于二、三级不宜大于 250mm 和和 20dv； 四级不宜大于四级不宜大于 300mm 箍筋最小直径箍筋最小直径 同矩形柱同矩形柱 8

20、mm，四，四 6mm(根根 8) 箍筋加密范围箍筋加密范围 同矩形柱，同矩形柱，三级角柱取全高三级角柱取全高 一般上下端一般上下端 1/6 非加密区箍筋非加密区箍筋 同矩形柱同矩形柱 一般为加密区一般为加密区 50% 24 柱端箍筋体积配箍特征值柱端箍筋体积配箍特征值 轴压比轴压比 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70 0.80 上限上限 异形柱异形柱 无一级无一级 一一 级级 矩形矩形框支框支柱柱 0.12 0.13 0.15 0.17 0.19 0.22 异形柱异形柱 0.08 0.11 0.16 0.20 0.22 二二 级级 矩形矩形框支框支柱柱 0.10 0.11 0.13 0.

21、15 0.17 0.19 异形柱异形柱 0.07 0.08 0.12 0.16 0.20 0.22 三三 级级 矩形柱矩形柱 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 异形异形柱柱 0.06 0.07 0.09 0.12 0.16 0.20 0.22 四四 级级 矩形柱矩形柱 无要求无要求 t 形异形柱比表内增加形异形柱比表内增加 0.01，l 形比表内增加形比表内增加 0.02 25 节点构造节点构造 项目项目 异形柱异形柱 矩形柱矩形柱 梁纵筋最大直梁纵筋最大直 径径 上部钢筋不宜大于上部钢筋不宜大于 hc/30，对，对 c40 的的 中间层，可取中间层，可取 1/25

22、且不大于且不大于 25mm bc/20 普通节点梁筋普通节点梁筋 构造构造 梁侧不超过梁侧不超过 50mm,纵筋距柱纵筋距柱 800mm 外按外按 1/25 坡度折入柱纵筋内侧，且坡度折入柱纵筋内侧，且 在柱面交接处梁端附加在柱面交接处梁端附加 2 根封闭箍根封闭箍 梁纵筋在柱梁纵筋在柱 纵筋内侧纵筋内侧 宽梁节点梁筋宽梁节点梁筋 构造构造 梁侧梁侧 5075mm，允许，允许梁顶和梁底各梁顶和梁底各 30%的梁纵筋从柱纵筋外侧锚入节的梁纵筋从柱纵筋外侧锚入节 点核心区， 但梁侧面在节点区内应设点核心区， 但梁侧面在节点区内应设 置封闭箍筋以及置封闭箍筋以及 s=100mmd8mm 的构造纵筋的

23、构造纵筋 锚入柱纵筋锚入柱纵筋 内侧的梁纵内侧的梁纵 筋 宜 大 于筋 宜 大 于 60% 箍筋最大间距箍筋最大间距 和和最小直径最小直径 同柱端加密区， 三、 四级同柱端加密区， 三、 四级间距间距比矩形比矩形 柱严柱严 同柱端加密同柱端加密 区区 体积配箍特征体积配箍特征 值和配箍率值和配箍率 二级为二级为 0.1 和和 0.8%；三级为；三级为 0.08 和和 0.6%；四级为；四级为 0.06 和和 0.5% 二二 0.1, 0.5% 三三 0.08, 0.4% 26 转换结构要求转换结构要求 项目项目 异形柱结构异形柱结构(柱不落地柱不落地) 矩形柱结构矩形柱结构(墙不落地墙不落地)

24、 落地墙布置落地墙布置 墙全部落地墙全部落地， 间距间距 l24m 且且 l2b 落地墙的洞口宜布置在墙体落地墙的洞口宜布置在墙体 中部，底部应加厚，间距中部，底部应加厚，间距 l 24m 且且 l2b 落地柱布置落地柱布置 和构造和构造 贯通全高，数量贯通全高，数量 70%；转换转换 层以下应为层以下应为矩形柱矩形柱且截面尺且截面尺 寸不宜小于上部异形柱外轮寸不宜小于上部异形柱外轮 廓尺寸，不应采用廓尺寸，不应采用单跨单跨框架框架 对框支柱，详细规定了提高抗对框支柱，详细规定了提高抗 震等级、增大地震内力、最小震等级、增大地震内力、最小 截面尺寸、加严轴压比、增大截面尺寸、加严轴压比、增大 配箍等配箍等 转换梁设计转换梁设计 托柱框架梁宽度托柱框架梁宽度 bb所托所托异异 形柱形柱，bbbc，hbl/8；托；托 柱次梁柱次梁 b400mm，且中线且中线 应与异应与异形柱肢厚中线重合形柱肢厚中线重合 对托墙的框支