异形柱在小高层住宅中的应用

异形柱在小高层住宅中的应用论文摘要无锡广瑞花园小区工程位于无锡市广勤路的北侧。小区由8栋住宅楼组成，最低7层，最高11层。该地区抗震设防烈度为6度，设计地震加速度为0.05g，地震分组为第一组,Ⅲ类场地土；基本风压为0.45KN/m2;地下为1层联体地下室，基础采用梁板式筏基。该结构处在6度地震设防区，且房屋高度未超过34米，所以首先想到的结构形式是采用异形柱框架结构。根据江苏省地方标准《钢筋混凝土异形柱框架结构技术规程》对轴压比的控制要求的，适当的增加了短肢剪力墙，并在电梯间的位置设置了剪力墙核心筒。这种由异形柱、短肢剪力墙和电梯剪力墙核心筒形成的框架－剪力墙结构体系既解决了矩形柱影响住户使用的问题，又形成了预防地震破坏的多道防线，从而有效的保证了建筑物的安全。在地震烈度较低地区的小高层建筑，采用异形柱框架－剪力墙结构是一种安全、合理的结构方案。有效地控制构件的轴压比，并通过对结构不断地优化设计，最终能达到建筑功能、结构可靠合理、经济合理等方面的和谐统一。一、工程概况 无锡广瑞花园小区工程位于无锡市广勤路的北侧。小区由8栋住宅楼组成，最低7层，最高11层。地下为1层联体地下室，基础采用梁板式筏基。该地区抗震设防烈度为6度，设计地震加速度为0.05g，地震分组为第一组，Ⅲ类场地土；基本风压为0.45KN/m2。龙二、扫上部嘱结构选型估及计算解辩考虑到在住宅猪楼中使用矩形顺柱将影响住户眠的使用，蜻该结构检又婶处德在难6支度地震购设防悄区，且房屋高处度门未超过衰34犹米绪，童所以首先想到上的结构形式是船采用异形柱框宽架结构。昨初步试算时许袄多异形柱是不结能满足江苏省该地方标准《钢吓筋混凝土异形桌柱框架结构技羞术规程》对轴墙压比的控制要舍求的，而适当活的增加短肢剪阔力墙既解决了隐这个问题，又梨增加了结构构领件的延性；另烫外窗与窗之间余的距离一般插在封1.床0丹到牙1.间4互米掉之间，如果使掏用异形柱，从钓柱到窗边始1牙0盟公分南到悄3惠0已公分圆的距离就要用眼填充墙砌筑，肤而两种不同的琴材料会在后期刮的使用过程中咐出现裂缝，影嘴响用户正常使鹅用，所以在此颤处使用短肢剪靠力墙也是必然丑的结果。从截分面性质来看雨剪力墙面延性挡最大袍，虫其次是短肢剪走力墙贱，紫异着形皂柱最小交，所以我们在馒电梯间的位置拥设置了裂剪力墙核心筒很。之后赶通过对墙、柱荣布置和截面的谨优化设计，或结构在各种荷套载作用下，其跨周期、层间位包移、抗扭刚度庄等都能很好地杀满足规范规定拆的要求泽，各构件在外藏力的作用下都赚能充分发挥各世自的潜能；基裂本保证了各异初形柱的刚度均厘匀，轴压比比躺较接近，丈而且异形柱都显是构造配筋鉴。魔这种由异形柱炭、短肢剪力墙葬和电梯剪力墙最核心筒形成的吩框架－剪力墙宵结构体系既解对决了矩形柱影椅响住户使用的鄙问题，又形成跃了预防地震破争坏的多道防线尚，从而有效的闲保证了建筑物币的安全。湖三、设计中应朋注意的若干问膝题浓1腿、异形柱的截仓面设计伪1.1肠应避免使止用迎“拍一晚”鲜和寄“跪Z段”税晶形柱截面岩。开“玉一蚁”苦形柱截面两主博轴方向抗弯能抗力相差甚大。贪不论是在风荷周载作用下还是辅在地震作用下仰结构中的柱一原般都是贪同时绩受到两个方向邮弯矩的同时作逝用，其受力后创正截面承载力件很弱。初“员一诱”杏形柱在双向剪萍力作用下性能掩也不好，由柱《塞混凝土结构设录计规范伸》恶GB5001炸0及柱双向受剪承愚载力计算公式是可见，柱截面努相邻两边长理度商相差越多，其晶斜向受剪承载喝力越低。袭“爱Z逼”封形截面柱辛与摊“醋一适”庆形截面柱类似淋，即两主轴方颜向抗弯能力相独差甚大，如图序示。傻其正截面受弯物及双向受剪性忘能市与片“婚一墓”库形截面柱历相差不多庙。小1.2释L剥、勇T边、史+骆形截面的两个侵正交方向的肢拒长或肢厚可以兄不相等茧，但要分满足柱肢长度朗与柱肢厚度之浇比不大于烧4条及柱净高与柱草截面肢长之比恨不小于族3遮这两条要求焦。返如果，截面一炊个肢长为防800捞mm螺，若另一肢肢怒长小于雷500决mm蔬，则柱的双偏错压计算表明，吼该柱的两轴抵淡抗弯矩图是一完个很扁的椭圆拢，即两轴的抵叨抗弯矩值相差姻很多，忍和怎“严一永”绕形柱截面杜的情况很接近聚。蚂1.3药果柱截面肢长愧不可过短，由慰于坊一般异形柱肢跃较薄（望200洁mm期或接250势mm缠）块，楼再加上肢长较峰短驴，剧此予时拾柱上节点核心嚷区过小，节点裹的受剪承载力鬼可能不足。飞1.4秆倚平面布局较为复规则的异形柱休结构要在结构状的两个主轴方坐向及与两主轴距呈俊45°辱方向应分别计纷算水平地震作届用并进行抗震组验算破，雷形柱截面主轴恼与结构主轴呈大饲致蛾呈妄45°男方向纯，对控两主轴呈晨45°月方向计算水平耐地震作用并进超行抗震验算便是应该和必要堡的。双1.5舒由于扭异形柱的两个粱最为薄弱的环毁节是节点受剪撑承载力与柱的悬延性性能胜，而厚异形柱包节点核心区箍笑筋间距在施工铲中不易保证，夫所以应在设计蹲说明中强调保个证敌异形柱角节点核心区箍拨筋间距的问题使。智1.6钥异形柱截面上巩受力纵筋的位近置如下图所示坑。始2成、框联架梁截协的设计椒2.1赤国异形柱结构框眼架梁截面高度蛙抗震设计时不斯应小于储400mm顶，从而保证了筛节点核心区骂异形柱鞋钢筋挽粘结应抚力我不致过大浇，避免冬节点区柱纵向划钢筋全长粘结庆破坏、现象发秋生海。火2.2辆谁应严格禁止祥框架梁毫搭在租异形柱珠柱肢和剪力墙惑墙身的豪短边方向暖，因为挡梁柱测（墙）裙节点的核心区编面积只有柱悲（墙）毒厚乘梁宽授的范围内，种承受不了它受事到的节点剪力浓，另外解框架梁绑的水平锚固长记度也很难满足项要求。宫2.3拳诞由于建筑隔墙灶一般为蜓200mm封厚，寄异形柱睛和框架梁一般展也为倒200mm糕厚，框架梁纵都筋穿越涂异形柱升时要在柱纵筋阳内侧通过，梁迈上下受力纵筋纸每层应只配两崖根，以保证核错心区混凝土的蝇振捣质量和施需工时的易操作拜性。且梁的纵坑筋直径不应大脏于恨22mm苗。茧2.4纸短肢剪力墙太截面高度与厚策度之比辈为潮5特～办8篇，所以当桃短肢剪力墙余做为楼面梁的疲中间支座时，洲梁的上部纵筋辟应在校短肢剪力墙旺中贯通。如果伙短肢剪力墙仅两侧来梁的上部纵筋很直径不同，则泡两侧梁的上部援纵筋分别在照短肢剪力墙聚中锚固，这样锋对售短肢之墙在墙、梁节胆点处的受力是罪非常不利的。伯四悼、昆剪力墙与异形蛾柱结构受力分蜘析酿与探讨度短肢剪力墙结原构束对短肢剪力墙干结构的设计计肥算，因其是剪警力墙大开口而乎成，所以基本学上与普通剪力基墙结构分析相帖同，可采用三框维怎杆拐-耕系簿壁柱空间舅分析方法或空蹲间鲜杆分-漠墙组元分析方惩法，其中空间鸦杆墙组元分析姨方法计算模型勉更符合实际情香况，精度较高足。虽然三维杆纸系搜-齿簿壁柱空间分准析程序使用较凑早、应用较广莲，但对墙肢较傍长的短肢剪力沫墙，应该用空唯间布杆案-炕墙组元程序进济行校核。幅在进行以上分乖析后，按《高练层建筑结构设屑计与施工规范毕》进行截面与室构造设计，相绢对于异形柱结庄构，短肢剪力队墙结构的理论周与实践较为成敞熟，但这种结浪构在结构设计岗中仍然有需要独引起重视的方罢面。赚1.1董短肢剪力墙结兵构的抗震薄弱坊部位是建筑平仍面外边缘的角折部处的墙肢，豆当有扭转效应慕时，会加剧已昏有的翘曲变形狡，使其墙肢首葛先开裂，应加注强其抗震构造贿措施，如减小削轴压比，增大梦纵筋和箍筋的政配筋率冶。榆1.2露高层短肢剪力痛墙结构在水平蛮力作用下，显夜现整体弯曲变酷形为主，底部尿外围小墙肢承浩受较大的竖向在荷载和扭转剪催力，由一些模攀型试验反映出则外周边墙肢开惩裂，因而对外衣周边墙肢应加天大厚度和配筋远量，加强小墙焦肢的延性抗震龄性能。短肢墙悔应在两个方向讨上均有连接，自避免形成孤立抄的仅“殿一兵”呀字形墙肢；旬1.3陕各墙肢分布要折尽量均匀，使斑其刚度中心与询建筑物的形心踩尽量接近，必子要时用长肢墙杂来调整刚度中盈心兽。暂1.4楚高层结构中的鼓连梁是一个耗骨能构件，在短昼肢剪力墙结构届中，墙肢刚度虏相对减小，连斤接各墙肢间的帅梁已类似普通细框架梁，而不魂同于一般剪力万墙间的连梁，虹不应在计算的圆总体信息中将付连梁的刚度大传幅下调，使其志设计内力降低央，应按普通框用架梁要求，控违制混凝土压区钩高度，其梁端捕负弯矩钢筋可套由塑性调竟幅筑70%-80逗%状来解决，按强扒剪弱弯，强柱婚弱梁的延性要砌求进行计算。变2德．但异形柱结构葱异形柱结构是馆指柱肢的截面辞高度与柱肢宽招度的比值在手2搬-笼4笼，相对于正方肺形与矩形柱而清言是异形的柱捡子。它包括异技形柱框架和异沙形柱框架剪力筋墙，碌截面形式蒙常用的蔬有盼“兼L涂”贸型何、求“害T宁”铜型货、击“朽十洪”辨字型。吨这种结构的特严点是：浇①惩由于截面的这阳种特殊性，使论得墙肢平面内溜外两个方向刚越度对比相差较劳大，导致各向专刚度不一致，区其各向承载能菠力也有较大差它异虚。累②陷对于长柱笔（说H/h>雹4矮）可以不考虑复剪切变形的影乱响，控制轴压黑比较小时，受商力明确，变形腰能力较好。而暂对短柱稿（帅H/h<已4羊），剪切变形蚕占有相当比例扁，构件变形能乳力下降。异形纷柱通常在短柱疤范围，且属薄校壁构件，即使谦发生延性的弯湖曲形破坏，也私因截面曲制率趟M/E油I间或品ε待cu惹/葱χ陪(帝ε肯c怕u吓为混凝土的极辰限压应变街，寄χ蹄为截面受压区镜高颤度警)浓较小，使弯曲帅变形性能有限惹，延性较差聋。超③催异形柱由于是糠多肢的，其剪梨切中心往往在括平面范围之外林，受力时要靠苏各柱肢交点处莫核心混凝土协菠调变形和内力春，这种变形协政调使各柱肢内胡存在相当大的兔翘曲应力和剪刚应力，而该剪份应力的存在，这使柱肢易先出铲现裂缝，也使曾得各肢的核心牢混凝土处于三吵向剪力状态，丧它使得异形柱械较普通截面柱宗变形能力低，托脆性破坏明显斥。坟④案特别是异形柱僚不同于矩形柱炮，它存在着单百纯翼缘柱肢受彼压的情况，其彻延性更差。由丧国内外大量的贫试验资料和理懂论分析壮[1]按，异形柱的破方坏形态为：弯喉曲破坏、小偏性压破坏、压剪校破坏等，影响够其破坏形态的狭因素有：轴压吵比、柱净高与困截面肢长比（欲剪跨比），配精箍率以及箍筋花间肆距潮S守与纵筋直姑径遣D伞的比值等。由折于其受力性能患的复杂，设计保中必须通过可玉靠的计算和必摔要的构造措施犬来保证其强度绢和延性。蚀在进行异形柱澡结构设计时，趣除满足高规中捎对结构布置要址求外，还应注超意几个方面的爬问题：裤(1背)岗异形框架的计厅算阵由于其截面的辨特殊性，在柱慎截面对称轴内岁受水平力作用奴时，弹性分析粪计算其翘曲应痰力很小，此时刚如同承受水平姿力的偏压构件攀，仍可按平截放面假定分析，混按委混浴凝土慕设计规范计算节。而在水平力猫较大，且水平仗力作用在非主笋轴方向，则翘林曲应力不容忽糖视，按平截面喉假定误差较大期，则应对异形滔柱框架结构进罢行有限元分析棵，决定内力和漏配筋位置及大少小。在进行内咽力计算和配筋欧计算时，宜选笨用带有异形柱泰计算功能的计稳算软件目前，项国内可直接进计行异形柱截面仓内力计算和截秤面设计的软件焰有建研院渣的兽TA顶T借、蓬SATW花E身程序。这些程闭序均用数值积优分法进行正截虽面配筋设计，牵准确性较高，尽经过大量工程特校算，能有效初地满足结构安肾全性要求。雁(2遭)尤轴压比控制饼对框架结构，砖框突-中剪结构，柱的行延性对于耗散颤地震能量，防加止框架的倒塌哈，起着十分重昆要的作用，且残轴压比又是影脉响混凝土柱延阔性的一个关键诚指标。由试验橡结构分析圆[2]遇，柱的侧移延嚼性比随着轴压南比的增大而急恳剧下降。在高讯轴压比情况下贞，增加箍筋用取量对提高柱的装延性作用已很假小，因而轴压似比大小的控制决对柱的延性影去响至关重要，单特别是异形柱而结构剪力中心宫与截面形心不市重合，剪应力淹使混凝土柱肢场先于普通矩形辫压剪构件出现脊裂缝，产生腹引剪破坏，加上荒异形柱多属短败柱，这些导致耻异形柱脆性明货显，使异形柱室的延性普遍低细于矩形柱，因笼而对异形柱的皂轴压比要严格晋控制。法在丽江苏筝规程中岭对交轴压比协有严格的要求尸。异形柱龙适用高度较低沉，一般为涉35m汗。当高层建筑准的高度进一步杨加大时，其水君平力的影响会盐越控来荡越浸显著，对结构垂的延性要求也圾越野高。为在实际驶工作中便于使快用，可按不同肺的截面形式持（蒙L躬、商T稼、十字型）与量不同的抗震等屡级两项指标从呢严控制，对低月烈度地区的这季类结构是能够眯满足其延性要殿求的。币五怀、捷异形柱与短肢讽剪力墙共同使燕用的好处太1烟、纪结合建筑平面掩，利用间隔墙骤位置来布置竖程向构件，基本醋上不与建筑使座用功能发生矛河盾迟。选2得、鼠异形柱剑和短肢剪力设墙的数量可多争可少，肢长可怖长可短，主要灰视抗侧力的需泄要而定，还可林通过不同的尺羡寸和布置来调个整刚度中心的鼠位置谁。悠3浅、厅能灵活布置，方可选择的方案捎较多，楼盖方灭案简单掩。缺4格、瓜连接各墙的梁腰，随墙肢位置梯而设于间隔墙旁竖平面内，可眼隐蔽凑。慎5螺、具根据建筑平面灾的抗侧刚度的砍需要，利用中醒心剪力墙，形棕成主要的抗侧铃力构件，较易柿满足刚度和强贡度要求。拉6签、由润异形柱划、短肢剪力刻墙震和额电梯犁（稻楼梯头）附间婶核心威筒形成警三自道抗震设防霸。六、结论肚在地震烈度较欲低地区的小高坚层建筑，采用不异形柱框架刚－剪力墙桃结构假是肥一