异形柱结构设计要点

PAGEPAGE10异形柱结构设计要点一、异形柱结构体系异形柱结构体系是指采用轻质填充墙及隔墙的现浇钢筋混凝土异形柱框架及异形柱框架-剪力墙结构体系。柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。一、异形柱结构特点1、由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；2、对于长柱（H/h>4）可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱（H/h<4），剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，即使发生延性的弯曲形破坏，也因截面曲率M/EI或εcu/χ(εcu为砼的极限压应变，χ为截面受压区高度)较小，使弯曲变形性能有限，延性较差；3、异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；4、特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析［2］，异形柱的破坏形态为：弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有：荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比（剪跨比），配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。二、异形柱结构适用条件1、居住建筑（住宅及宿舍）；2、抗震设防烈度为7度（0.10g及0.15g）和8度（0.20g，I、II、III类场地）；3、柱网尺寸不宜大于6.6m；4、房屋总高度的限制。三、异形柱结构的平面布置：1、在异形柱结构的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。2、结构平面布置应减小扭转效应的不利影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移分别不宜大于该楼层两端相应平均值的1.2倍，不应大于该楼层两端相应平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.85。3、异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构均应设计成双向抗侧力结构体系。4、异形柱结构的框架纵横柱网轴线宜对齐拉通；异形柱肢截面厚度中线与梁及剪力墙中线宜对齐重合。5、异形柱结构不应用于单跨框架结构。四、异形柱结构的竖向布置：1、结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。2、异形柱结构的侧向刚度沿竖向宜均匀分布，楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的75%，或其上相邻三层刚度平均值的85%。3、楼层抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的85%,不应小于其上一层受剪承载力的70%。4、异形柱框架不应采用楼层错层的设计方案。5、异形柱不宜在楼层半层处单面设置挑梁。五、异形柱结构应按下列原则考虑地震作用：1、抗侧力结构正交布置时，应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用。2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。3、质量与刚度明显不对称、不均匀的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。六、异形柱结构应根据不同情况，分别采用下列地震作用计算方法：1、异形柱结构宜采用振型分解反应谱法，当质量和刚度不对称、不均匀时应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。2、高度不超过40m，以剪切变形为猪，且质量与刚度沿高度分布较均匀的异形柱结构，可采用底部剪力法。七、异形柱结构构造做法：1、异形柱截面各肢肢高与肢厚之比不应大于4，且肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。2、框架梁截面高度Hb可按（1/10~1/15）Lb确定（Lb为计算跨度）,且不应小于400mm.梁的截面宽度Bb不宜小于1/4Hb及200mm。3、异形柱的混凝土强度等级不小于C25和不大于C50，这是由于异形柱截面尺寸薄，混凝土强度等级小于C25的话可能达不到其与钢筋之间保证粘结的要求。强度等级为C50以上的异形柱构件及结构科学研究相对较少，还不足以行成编制规程条文的基础，所以这次规程未列入。4、异形柱截面上受力纵筋的位置如下图所示。试验和模拟计算表明这些位置上的纵筋均发挥大的作用，特别是当轴压较大时处于各肢内折角处的纵筋的作用不容忽视，一定要作为受力筋处理。包5坝、蓄异形柱结构框刊架梁截面高度挡抗震设计时不论应小于驳400mm阳八稳、异形柱结构嗽设计时应注意坑的问题屠：料1荡、拉异形框架的计荐算架副由于其截面的蔽特殊性，在柱孙截面对称轴内剂受水平力作用搭时，弹性分析号计算其翘曲应圣力很小，此时稼如同承受水平蜡力的偏压构件副，仍可按平截坐面假定分析，丝按砼设计规范颠计算，特别是员在年框粒—均—逆剪，很框武—烛—驳筒结构中，奶对叹6辆度及其以下烈带度区的谢Ⅰ顿、铃Ⅱ才类场地，框架昏柱只承担水平摘风载的一小部愁分，如按一般刊偏压柱计算，介误差较小。此毅时异形柱可用乘等刚度等面积蚁代换成矩形柱纷后由程序进行夹整体分析。而劫在水平力较大牌，且水平力作父用在非主轴方遣向，则翘曲应奖力不容忽视，智按平截面假定湾误差较大，则价应对异形柱框僚架结构进行有斑限元分析，决烟定内力和配筋裤位置及大小。辰在进行内力计茄算和配筋计算俱时，宜选用带清有异形柱计算错功能的计算软锈件。现在有一跨些软件没有异东形柱截面形式抗，如要用它进枣行计算，要先惹进行等刚度等遵面积换算成矩都形柱，进行整椒体分析，得到鼻双向内力后再锄进行异形柱的沸截面设计，其且工作量相当大待，且截面设计零的可靠性不高秆。目前，国内兽可直接进行异烘形柱截面内力谷计算和截面设凤计的软件有建蹦研院新的换TA迷T刊、漆SATW念E薯程序，广东省德建院梅的程S输S枯、介SS边W垄程序以及天津描大学的钢筋砼罩异形柱结构配歇筋计算程史序匆CRS雾C泻。这些程序均乳用数值积分法咏进行正截面配把筋设计，准确榆性较高，经过吃大量工程校算倡，能有效地满锁足结构安全性膏要求光。钩沸2鸦、嘴轴压比控症制颤呀对框架结构，恐框浴-剥剪结构，柱的三延性对于耗散歇地震能量，防馒止框架的倒塌黎，起着十分重内必要的作用，且仁轴压比又是影草响砼柱延性的角一个关键指标警。由试验结构休分析售［末3知］，柱的侧移尾延性比随着轴麦压比的增大而腰急剧下降。在例高轴压比情况燕下，增加箍筋占用量对提高柱乞的延性作用已武很小，因而轴俭压比大小的控产制对柱的延性脏影响至关重要铜，特别是异形冬柱结构剪力中班心与截面形心舟不重合，剪应眯力使砼柱肢先驴于普通矩形压饮剪构件出现裂搬缝，产生腹剪粮破坏，加上异绪形柱多属短柱锈，这些导致异祸形柱脆性明显律，使异形柱的碍延性普遍低于镰矩形柱，因而沙对异形柱的轴探压比要严格控唱制标。凶布在广东规程中老，其轴压比按蚕砼设计规范中恢的要求减铸少爽0.0绑5摸，但其适用高胞度较低，一般珠为续35m描。当高层建筑掏的高度进一步砍加大时，其水滨平力的影响会包愈来愈显著，拌对结构的延性死要求也愈高。懒由天津大学土某木系对异形柱纤延性资料可知晴，影响异形柱江延性的因素比腐普通柱要复杂慨，且不同的柱凡截面形式，逗如裹L释型格、捐T平型、十字型，交在相同水平侧碍移下，其延性瓜性能也有较大秩差异，因而，防轴压比控制应腾参考天津规程陈。但天津规程培的续控制过于繁锁虽，在结构计算烘中，柱的纵筋叮与箍面的直径菠还没有设定，拳因而箍筋间距搭与纵筋直径的仔比值还无法确喇定。为在实际筒工作中便于使鉴用，可按不同伸的截面形式棍（浆L境、全T盗、十字型）与款不同的抗震等驾级两项指标从训严控制，对低贪烈度地区的这坦类结构是能够苗满足其延性要乔求的。3、配筋构造膨在正确的结构您选型及计算后制，截面内钢筋胸的构造也是保惑证异形柱受力或性能的重要因叶素。由于异形茂柱截面的特点笋，柱肢端部会斯出现较大应力盗，加上梁作用胃于柱肢上应力某的不均匀，一嗽般越靠肢端应耕力越大，对柱鼻肢形成偏心压柿力，进一步加疯大肢端压应力富。因而在异形钻柱配筋时，应牧在肢端设暗柱乳，暗柱的外排态钢筋由计算而客定。离端部厚另度范围内焰设搅2嗓Ф午1牢4系的构造纵筋，浴箍筋同柱，这滔样可限制柱肢披的砼裂缝的开起展，提高异形数柱局部抗压抗共剪强度及变形饲能力。柱上的屈箍筋不仅能抗枕剪，也可约束武砼变形，增大途其延性。异形呜柱由于不易形剥成多肢复合箍难，因而其配筋鞭率只能由加大叛箍筋直径和加符密间距来实现细。相同配箍率押下，箍筋直径幼大，其延性指页标好，因而箍曾筋且变用食Ф诱8笔、种Ф夫1远0继，其间距可比享普通柱箍筋间踩距小碎。拾冰异形柱设计小科结交姥一冶就形柱的概念定幕义殊异形柱：指截陕面肢厚小衰于貌300m勾m规的填L扬、展T拥、架+忌形的截面柱。呆现在建筑界所慌讲较的节“歪异形袭柱踩”某，特点是截面烟肢薄，由此引狭起构件性能与逮矩形柱性能的换差异，这些包回括受力、变形明、构造做法等体一系列差异。本制定规程主要尾是针对肢择厚股20舟0梅、锦250m窝m版的异形柱。其厉形式与短墙肢惜相似，若肢较荐长就称短墙肢恩，很难划分两捏者的界线。称谎呼异议：大多凝数比矩形柱、勺圆形柱称异形瓶柱如建设部留第宵41案5加号批准天津大兴学主编的《混河凝土异途形冰柱结构技术规相程》行业标父准驼JGJ14跑9距—预200侵6磁，（屈自罪200烛6范年妇8旗月群1俭日起实施，）略亦有称异型柱体如上海市同济碌大学主编的《垃钢筋混凝土异在型殿柱结构技术规梢程》地方规范骡。古二响阿“炉一仍”微、帅“否Z勺”绸形柱未列入规自程的原因猾1梨、肃“旨一放”季形柱截面两主首轴方向抗弯能翅力相差甚大。烤不论是在风荷留载作用下还是凉在地震作用下张结构中的柱一剥般都是受到两猪个方向的弯矩丰同时作用，其羽受力后的表现功可想而知，它骨在双向剪力作艇用下性能也不谱好，终由除GB5001闭0受柱双向受剪承威载力计算公式播可见，柱截面接相邻两边长相罚差越多，其斜歌向受剪承载力苦越低。如蜜沿壳“附一熊”孝形柱短边方向多有梁与其相连悟，则此梁柱节击点的核心区面秤积只有柱厚乘饰梁宽这一点点症，显然承受不下了它受到的节敬点剪力。工泛所以异形柱规惨程未益将巩“宁一点”我形柱列入。凳2薯、象“临Z僵”沟形柱在实际工说程中，应用还表是很多的，比墨如阳台转角披。堆“纱Z桂”土形截面柱犹与看“舌一标”嚷形截面柱类似场，即两主轴方捉向抗弯能力相梯差甚大，捏芽多数情况下艇是群Z忧形的上下两水辅平肢受与其方型向一致的力，俯即由两根梁传险来的拉力或压稳力，这只有通机过中间肢的受伸扭来传递，后灌果只能是中间砖肢的断裂！绒3颜、色“条Z跑”焰形异形柱目前飞研究的不是很肃多，但在实际等工程还是有用竟的。如果结构丸中只是个别柱燕为宏Z闹涛形，可以采用尖加强构造的做明法设计，应该络问题不大。字三、异形柱应枝用的意义奶随着国家行业岛标准《混凝土迹异形柱结构技芒术规程》颁布纲，砼异形柱结低构将建筑美观顺、使用功能的隔灵活性与建筑骤结构合理的受际力性能有机地阴结合起来，为祸用户提供了理销想的居住环境搬，受到房地产博开发商和广大及用户的欢迎，谋由于其符合室晕内布置的要求侮，且与墙体（虎指填充墙）连凳接良好，在我士国许多省市的年住宅建筑已有考广泛的实际应宰用，甚至把在吴8循度地震设防区验得到一定程度壤的应用。嘉四、扁平柱的耀使用罪在异形柱结构唉中使用扁平柱济是可以的，建榴议最小厚度激取拘25港0与，梁纵筋像用灰3链级钢，直径不任超拍过叙1硬2旧。各项验算同诚普通框架柱，蝇构造和轴压比要建议控制更严暑格一些。勺因集“爷一着”陕形异形柱不提溜倡用，在某工津程上缺了还不稠行，没办法可撞用扁平柱，其棒计算按矩形柱饲方法计算。历五、己异形柱限制砼径强度等瞎级杜≥芝C2锈5艇和它≤赴C5播0腥原因蚕由于异形柱截红面尺寸薄，砼独强度等级小需于扯C2勾5翠的话可能达不廉到其与钢筋之每间保证粘结的它要求溉；辉C5喜0馆以上的异形柱氏构件及结构科痰学研究相对较或少，还不足以见行成编制规程勾条文的基础，燃所以这次规程贴未列入。堡六习、登底层减柱的限寺制演级1蒸.说落地的框架柱厘应连续贯通房筑屋全高；不落输地的框架柱应中连续贯通转换女层以上的所有东楼层。底部抽碍柱数不宜超过貌转换层相邻上缓部楼层框架柱柜总数司的处30永%盟。转换层下部骨结构的框架柱天不应采用异形竞柱；底部抽柱汽带转换层的异朝形柱结构可用扎于非抗震设计单和礼6裂度棋、知7条度（宽0.10g免）抗震设计的桌房屋建筑；聪2玻.袭底部抽柱，带刃转换层的异形订柱结构在地面陪以上大空间的秘层数：非抗震幅设计不宜超蛇过脸3式层；抗震设计妥不宜超捡过血2搬层；瓶衡底部抽柱带转境换层异形柱结英构适用的房屋秃最大高度应按桥本规程第河谅条规定的限值懂降低不少掀于望10夫%羡，且框架结构营不应超袋过钥6况层。框架－剪貌力墙结角构遭,牲非抗震设计不帆应超拢过忆1孟2便层，抗震设计可不应超葡过识1阁0飞层；走3腿.亿不落地的框架绳柱应直接落在优转换层主结构宽上。托柱梁应票双向布置，可窑双向均为框架脊梁须，事或一方向为框劣架梁，另一方瓜向为托柱次梁连；转换层上部钢异形柱向底部使框架柱转换时颂，下部框架柱娇截面的外轮廓杯尺寸不宜小于鸦上部异形柱截愉面外轮廓尺寸偷。转换层上部插异形柱截面形用心与下部框架斧柱截面形心宜蛋重合，当不重代合时应考虑偏赔心的影响；继4摘.获转换层及下部凭结构的混凝土青强度等级不应板低鸟于艳C3辣0必；转换层楼面招应采用现浇楼夺板，楼板的厚跳度不应小于键150mm剃，且应双层双逝向配筋，每层行每方向的配筋棋率不宜小柳于村0.25岔%扇。楼板钢筋应掉锚固在边梁或软墙体内；窜5热.陷转换层上部结宰构与下部结构顿的侧向刚度比脚宜接辱近降1皇。转换层上、脏下部结构侧向柿刚度比可按国称家行业标准《疮高层建筑混凝布土结构技术规啄程慕》夜JGJ3-2汪00恳2棕第拜E.0.须2罪条的规定计算叫。规程不允许倦次梁转党换组(穴二次转导换喝)那。桨6请.眯托柱框架梁的突截面宽度，不述应小于梁宽度巨方向被托异形酒柱截面的肢高德（就是柱全由坛梁宽包住）或授一般框架柱的尸截面高度；不假宜大于托柱框扇架柱相应方向陆的截面宽度。怖托柱框架梁的镇截面高度不宜寸小于托柱框架悬梁计算跨度哀的喜1/层8珠；当双向均为均托柱框架时，即不宜小于短跨劝框架梁计算跨迟度铅的届1/眯8库。托柱次梁应伴垂直于托柱框拘架梁方向布惰置狼,耀梁的宽度不应遇小于墙400mm邀,盗其中心线应与难同方向被托异位形柱截面肢厚织或一般框架柱灭截面的螺中心线重揪合博.提7尝.距注解：直接承恨托不落地柱的潮框架称托柱框呜架，直接承托镇不落地柱的框规架梁称托柱框厚架梁，直接承余托不落地柱的翅非框架梁称托督柱次梁。七、应用范围延异形柱应用秋在在7独度设防以下。嘴八、地震力系巨数放大莫因用异形柱导纯致刚度下降，对使得地震力减糊小，应采用地械震力放大系数乳来适当地增加橡地震力。断九、自振周期功折减产计算各振型地线震影响系数所豪采用的结构自盈振周期，应考顿虑非承重填充疫墙体对结构整躺体刚度的影响耻予以折减裁。三十、据截面定义呈输入听：悬异形柱调截面有就T退形、十形撒、推L椒形，对一字形封、典Z宏字形规程未列略入应用，首在鞭PM冻CAD裕截面定义樱中输流入距T秘形嘉按垂2请截面工替形输入，不用闪的地方遍输固0坊；十形樱按沙6裂截面嘉十形输入（该纽正正该负负）匙；莫L坏形路用汤5壶截面槽钢兔形输入（定义蚂某肢长扮为员0愁）。其宽均镇为显24誉0察，肢长应为密60载0驱。输入轴线节睡点处应注意偏休心（以竖向肢曾中点来定位）辆材料应定为砼榨。为减少输入语偏心转角的麻义烦，在定义时扬要多定几个不杯同的截面类型华。朽十一、扣配筋计算：册配筋计算：采板用双偏压、拉牵计算，（角柱注程序在编制过孝程中就默认采气用双偏压来计谁算，即使你在夸选择系数时选深的单偏压计算揭模式，程序仍森然按照双偏压呀计算）箍筋采墨用双剪箍。异句形柱肢长与肢饮宽灾比怜≤恰4杀时缎（组梁的刚度计算倡跨度以柱形心贼为准，这时色在栗‘精参数修中正辰’蝇菜单中选择不授考虑梁柱重叠碍影响，即不考驱虑梁的刚域）键，否则应考虑坑梁的刚域那（侍梁的刚度计算劝跨度以柱净跨框为准，这样梁丑的刚度计算长赌度就短，刚度间就大）。这时疫梁柱重叠部分箱，按刚域参数强考虑。勇十二、死施工图画法：薪a时全楼柱钢筋归尚并六；疾b乡平面柱大样画割法画异形柱施拘工图，应注意得箍筋加密与普蔬通柱相同；柱颗分布筋之间设跨拉筋，其直径露同箍筋，间距坚是箍筋救的盯2聋倍；横向肢、炉竖向肢分别按村计算配置一个分矩形箍筋，并沫分别满烂足粪X甜、宇Y砌向计算箍筋面接积的要求课；年c假竖向筋要满足菠最小间距要求牢，采用对称配良筋，一排排不施下，程序自动邻放两排；按固崭定钢筋次（敏L壤形角部的角筋赶双向共用）和硬分布筋（竖向滴架立句筋类@准≤位20犯0印）的构造要求揭分别配制固定杀钢筋和分布筋疤。高d奏在核心区箍筋丘相交处，若无枣主筋时，应设连竖向架立筋震如测T插形柱内侧，架恋立筋为构造筋辱，隐含直拿径伶D=傍14mm昨。十三、其它禁顶层托